持续荷载与冻融循环耦合作用下纤维混凝土损伤性能研究

为了研究纤维混凝土在持续荷载与冻融循环耦合作用下的损伤性能,开展了不同压应力水平(0、0.3、0.5)作用下的纤维混凝土冻融循环试验,研究了不同应力水平作用下试件质量损失、相对动弹性模量和抗压强度损失等参数随冻融循环次数的变化规律。结合损伤力学,以超声波波速为损伤变量,分析了冻融损伤与荷载耦合作用的变化关系,并基于Weibull分布建立了冻融损伤预测模型,推导出冻融损伤与抗压强度的演化方程。结果表明,随着冻融循环次数的增加,冻融损伤程度表现出加剧上升的现象,应力水平为0.3的耦合作用能减小纤维混凝土的冻融损伤,应力水平为0.5的耦合作用会进一步加剧纤维混凝土的冻融损伤。建立的损伤预测模型具备较高的可行性,能够较精准预测不同冻融循环次数后的损伤,推导的演化方程相关性较好,能灵活实现损伤与强度之间的转化。     

冻融循环作用下半套筒灌浆连接节点试验研究

通过对φ14 mm与φ20 mm两种规格的半灌浆连接接头试件进行冻融循环及单向拉伸试验,对比常温及冻融循环作用下接头试件力学性能,分析冻融循环条件、冻融循环次数及钢筋直径对半套筒灌浆接头力学性能的影响.结果 表明:与常温下试件相比,经冻融循环作用后试件的极限承载力较常温下试件出现一定程度下降,且随冻融循环次数增加下降幅度增大;经冻融循环作用后试件的破坏位移较常温下试件出现一定程度增加,且位移增加幅度随冻融循环次数增加而增大,破坏位移越大,表明钢筋与灌浆料之间的锚固性能越差;尽管试验用接头试件经冻融循环作用后力学性能出现一定程度下降,但其仍满足规范所需强度要求,可用于寒冷地区冻融循环条件下装配式建筑的施工.     

基于孔结构特征的再生骨料透水混凝土抗冻耐久性试验

为探究冻融循环作用下透水混凝土渗透性能和力学性能演变规律与孔隙结构特征之间的关系,以再生骨料透水混凝土为研究对象,对比分析了连续孔隙率、透水系数和抗压强度随冻融次数的变化规律,并借助CT技术获得不同冻融次数下试件内部的孔结构破坏特征.试验结果表明,再生骨料透水混凝土的连续孔隙率、透水系数、平均孔径均随冻融循环次数的增加而增大,抗压强度随着冻融次数的增加逐渐降低;建立了连续孔隙率、透水系数、抗压强度和平均孔径随冻融循环次数变化的回归曲线方程;孔隙结构特征直接影响透水混凝土的各项物理性能和力学性能,根据再生骨料透水混凝土冻融破坏机理,建立强度-平均孔径模型,连续孔隙率和透水系数与平均孔径模型,该成果可为再生骨料透水混凝土的工程应用提供借鉴.     

氯盐环境对PVA纤维增强水泥基复合材料抗冻性的影响

在氯盐环境和淡水环境中进行聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料(polyvinyl alcohol fiber reinforced engineered cementitious composite,PVA-ECC)快速冻融试验,研究了氯盐环境对试件外观形貌、质量损失率、相对动弹性模量和耐久性指数的影响.结果表明:氯盐环境中,PVA-ECC试件质量在冻融循环初期呈增大趋势,在冻融循环后期因表层严重剥落,导致质量下降,质量损失率显著增大,整个冻融循环过程中试件的耐久性指数较小,相对动弹性模量明显下降;淡水环境中PVA-ECC试件经历冻融循环后基本保持原有形状和尺寸,质量损失率变化幅度较小,相对动弹性模量下降趋势平缓,耐久性指数较大.与淡水环境相比,氯盐环境中PVA-ECC试件的抗冻性显著下降,表明氯盐环境对PVA-ECC抗冻性有重要影响.     

冻融循环下沙漠砂纤维混凝土损伤模型研究

为研究冻融循环作用下沙漠砂纤维混凝土的损伤模型,对沙漠砂纤维混凝土进行0次、25次、50次、75次、100次、125次及150次的快速冻融试验,分析不同冻融循环次数后沙漠砂纤维混凝土相对动弹性模量、抗压强度及劈裂抗拉强度的衰减规律。结合试验数据,基于指数函数和二次函数建立沙漠砂纤维混凝土的冻融损伤劣化模型。结果表明:与沙漠砂混凝土相比,掺入聚丙烯纤维的沙漠砂混凝土的抗冻融能力有效提高;相对动弹性模量随冻融循环次数的增加而下降;与未冻融相比,150次冻融循环后,沙漠砂纤维混凝土的抗压强度降低了49.5%,劈裂抗拉强度降低了70.13%;建立了两种冻融循环下沙漠砂纤维混凝土损伤模型,其计算值与试验值吻合较好,可为沙漠砂纤维混凝土在严寒地区的应用提供理论参考。     

引气混凝土在冻融环境下耐久性试验研究

制备相同水灰比的普通混凝土试件和引气混凝土试件,通过冻融循环试验、毛细吸水试验和氯离子侵蚀试验,研究不同冻融损伤下两种混凝土试件耐久性能,再通过数据对比得出引气剂掺入对混凝土耐久性的提高。试验结果表明:引气混凝土可以有效提高混凝土抗冻性能。当冻融循环次数为0时,引气剂的掺入降低了混凝土的抗渗透性,总毛细吸水量和毛细吸收系数均较普通混凝土提高;但是随着冻融循环次数的增加,普通混凝土抗渗透性能劣化严重,而引气混凝土抗渗透性能变化幅度较小。     

不同冻融介质作用下再生骨料透水混凝土耐久性试验研究

为探索不同冻融介质下再生骨料透水混凝土的冻融耐久性,分别以清水和3.5wt％ NaCl溶液为冻融介质,分析比较了不同冻融环境下再生骨料透水混凝土质量损失、动弹性模量、剩余抗压强度、CT扫描断面平均孔隙率随冻融循环次数的变化规律.试验结果表明,不同冻融介质作用下,再生骨料透水混凝土的质量损失率、相对动弹性模量、平均抗压强度与CT扫描断面平均孔隙率的劣化程度均随冻融循环次数增加而逐渐增大,氯盐环境下更易引起再生骨料透水混凝土的冻融破坏;再生骨料透水混凝土相对剩余抗压强度与相对动弹性模量之间具有良好的相关性,可通过测量冻融后再生骨料透水混凝土相对动弹性模量来评估其剩余抗压强度;最后基于两参数Weibull概率分布函数建立了再生骨料透水混凝土冻融损伤演化方程,可用于表征不同冻融介质作用下再生骨料透水混凝土试件的冻融损伤破坏程度.     

纤维水泥基材料抗冻性与孔结构关系的变化规律

本文探究了冻融循环过程中纤维水泥基材料性能的变化规律与劣化机理。采用压汞法测量纤维水泥基材料在未经历冻融和经历300次冻融循环后,其孔隙特征参数(总孔体积、总孔隙率、最可几孔径、临界孔径和平均孔径)与体积百分比(无害孔、少害孔、有害孔和多害孔)。并运用灰色相对关联度将纤维水泥基材料在未经历冻融和经历300次冻融循环后的抗冻性指标与孔隙特征参数和体积百分比分别进行关联分析。研究表明,随着冻融循环次数的增加,纤维水泥基材料的质量损失率逐渐降低,即质量呈现增加趋势,抗压强度、动弹性模量和超声波波速均有不同程度的减小。其内部孔隙特征参数和体积百分比的变化规律可以解释抗冻性指标产生变化的微观原因。经历过冻融循环后,纤维水泥基材料的平均孔径和孔隙体积百分比与抗冻性指标的相对关联度有明显的提高。     

内蒙古中部隆盛庄古建筑青砖墙体冻害损伤研究

经分析,冻融是造成隆盛庄古建筑墙体产生病害的主要原因。为了进一步研究严寒环境对古建筑墙体损伤劣化的影响,通过对青砖试样进行冻融试验,分析冻融前后质量、抗压强度和表面硬度的变化规律;基于Weibull分布,分别建立了质量、抗压强度和硬度3个指标下的冻融损伤模型,并通过统一3个损伤模型的形状参数(m)值对模型进行了修正。结果表明:青砖材料的抗压强度、质量损失量和表面维氏硬度随冻融次数的增加呈指数型下降;相同冻融循环次数下,表面硬度的损伤程度远比质量和抗压强度的损伤程度大;建立的Weibull损伤模型与试验曲线具有较高的吻合度,修正后的冻融损伤模型可以较好地反映青砖在严寒环境下的损伤规律。     

冻融循环后混凝土冲击劈拉强度预测模型

为预测混凝土材料冻融循环后冲击劈拉强度,本文对混凝土标准冻融试件和混凝土劈拉试件进行0、25、50、75、100次的冻融循环试验,通过动弹仪对混凝土标准冻融试件进行动弹性模量测试,采用电液伺服万能试验机和分离式霍普金森压杆系统分别在0.5和0.5×10⁶、1.0×10⁶、2.0×10⁶ kN/s的力加载速率下对劈拉试件进行劈拉试验,分析了冻融损伤以及力加载速率对混凝土冲击劈拉强度的影响。结果表明：随着冻融次数的增加,标准冻融试件的表观状况、质量、相对动弹性模量均不断劣化;当冻融次数一定时,随着力加载速率的提高,混凝土试件的冲击劈拉强度不断提升。在上述试验基础上,建立了冻融循环后混凝土冲击劈拉强度预测模型,该模型可为冻融循环后混凝土冲击劈拉强度的预测提供理论依据。     

CFRP修复加固冻融损伤混凝土构件抗弯性能研究

为了进一步研究碳纤维复合材料(CFRP)修复冻融混凝土构件损伤的力学效果,对CFRP修复混凝土构件试件进行抗弯试验,结果表明:CFRP能有效提高损伤试件的承载力和延性性能,尤其是全包方式;试件的承载力受冻融影响较大,但受冻融次数影响较小;随着冻融次数的增加,CFRP修复试件的中性轴上移越来越快,逐渐不符合平截面假定,试件剪跨区的受力也越来越不均匀;经过理论推导,得到了CFRP修复不同冻融损伤程度混凝土构件的抗弯承载力公式,利用ABAQUS模拟CFRP加固冻融损伤混凝土构件的力学性能,得到的计算值、模拟值与试验值进行比较,结果吻合较好。     

冻融循环下水泥石灰改良软土力学特性试验研究

为研究冻融循环对水泥石灰改良软土力学特性影响,通过不同冻融次数的无侧限抗压强度试验和直剪试验,得到了水泥及石灰剂量和冻融次数对改良软土力学特性影响规律。结果表明:水泥石灰改良软土冻胀率分别与水泥剂量、石灰剂量负相关,且冻融3次后冻胀率达到最大值后逐渐减小;无侧限抗压强度随冻融次数增加递减,冻融7次后抗压强度逐渐收敛;随着水泥剂量的提高,改良土抗压强度经历相同冻融次数后抗压强度减小速率逐渐趋向稳定,冻融10次后抗压强度较未冻融的改良土抗压强度分别平均降低了57%～63%;同一冻融次数下,各石灰剂量改良土内摩擦角随水泥剂量提高呈线性增长,3%石灰剂量改良土黏聚力与水泥剂量线性相关。     

融雪剂对再生沥青混合料路用性能影响研究

为研究融雪剂对再生沥青混合料路用性能的影响,选用CaCl2和NaCl两种常见的氯盐类融雪剂溶液对再生沥青混合料AC-13C试件进行冻融循环,然后依次展开车辙试验、低温弯曲试验及冻融劈裂试验来探究其路用性能。研究结果表明:融雪剂对再生沥青混合料进行冻融循环会造成其路用性能降低;随着冻融循环次数或融雪剂浓度的增加,再生沥青混合料的路用性能逐渐下降;CaCl2融雪剂造成再生沥青混合料路用性能降低程度小于NaCl融雪剂。研究结果对再生沥青路面养护具有意义。     

干湿-冻融循环下水泥固化淤泥土的力学性能与裂隙发育特征

针对水泥固化淤泥土性能受干湿-冻融循环效应的影响,开展了不同干湿-冻融循环次数下的土体三轴剪切试验、CT扫描试验和SEM扫描试验,研究了干湿-冻融过程中水泥固化淤泥土的力学特征和微结构损伤规律。结果表明:水泥固化淤泥土的应力-应变曲线呈应变硬化特征,内摩擦角与黏聚力指标随干湿-冻融循环次数增加而逐渐减小,且分别表现为指数型和线性衰减趋势;根据二值化的CT扫描图像定量分析了裂隙演化规律,发现试样的裂隙率随干湿-冻融循环次数增加呈指数型增加;由SEM扫描试验可以观测到干湿-冻融循环后试样中的水泥基胶结物流失,颗粒间密实度下降,这是导致水泥固化淤泥土发生裂隙扩展与力学性能弱化的微观机制。     

纤维混凝土抗冻性能及损伤劣化模型研究

为了提高寒冷地区建筑的安全性和使用寿命等问题,通过分析不同纤维、粉煤灰掺量的混凝土试件在相应冻融次数下的质量损失率、相对动弹性模量及强度(抗压强度、劈裂抗拉强度)变化规律,研究掺入纤维的比例对混凝土抗冻性的影响.结果 表明:掺入钢纤维(SFs)和PVA纤维时,抗压强度、劈裂抗拉强度显著提高,在冻融次数相同的情况下,掺量与强度呈正相关;随着冻融次数的增加,质量损失率曲线先下降后上升,相对动弹性模量曲线呈下降趋势,掺入4％(质量分数)的SFs及0.05％(质量分数)的PVA纤维时,混凝土试件抗冻性能最优;掺入适量粉煤灰可有效改善混凝土质量、动弹性模量及强度损失.基于相对动弹性模量、强度数据建立冻融循环损伤模型来评价纤维混凝土的损伤程度,选用二次函数衰减模型进行数据拟合,发现建立的模型拟合程度较高,可有效反映冻融循环作用下纤维混凝土的冻融损伤程度.     

聚酯纤维掺量和冻融循环对沥青混合料水稳定性影响

为研究聚酯纤维掺量和冻融循环次数对沥青混合料水稳定性能的影响,制作聚酯纤维掺量为0、0.1%、0.2%、0.3%的沥青混合料试件.对试件进行冻融循环次数分别为0、2、4、6、8次的冻融劈裂试验.结果表明:随着聚酯纤维掺量的增加,沥青混合料的冻融劈裂抗拉强度呈先上升后下降的趋势,聚酯纤维的最佳掺量为0.2%.冻融循环为0次时,聚酯纤维掺量为0.1%、0.2%、0.3%较不掺聚酯纤维的沥青混合料的冻融劈裂抗拉强度分别提高19.8%、30.2%、13.4%,聚酯纤维的掺入会提高沥青混合料的水稳定性.聚酯纤维掺量为0.2%时,冻融循环2、4、6、8次时,对应沥青混合料的冻融劈裂抗拉强度比分别为86.0%、80.2%、70.1%、61.5%.随着冻融循环次数的增加,沥青混合料的水稳定性逐渐降低.     

再生混凝土冻融损伤可靠性分析

针对再生骨料混凝土受冻融损伤的问题,选取再生粗、细骨料双掺成型再生混凝土,采用快速冻融方法研究其质量损失与相对动弹性模量变化的规律,基于Weibull概率方法以质量损失和相对动弹性模量为指标建立损伤模型进行冻融可靠度分析.结果 表明,在冻融循环下质量损失逐渐增大,相对动弹性模量逐渐变小;Weibull概率分布可有效地描述再生混凝土试件抗冻性能退化规律,可靠度指标中,质量损失较动弹性模量更敏感,基于试验数据,运用该方法建立的可靠度函数能够直观反映试件可靠性与冻融循环之间的关系,并反映试件的剩余寿命.     

冻融循环后钢纤维混凝土氯离子侵蚀性能研究

为探索经受冻融循环后的钢纤维混凝土在氯盐环境作用下的耐久性能,通过对冻融循环不同次数后的钢纤维混凝土试件开展氯离子侵蚀试验,分析了钢纤维掺量、冻融循环次数等因素对氯盐侵蚀环境下钢纤维混凝土耐久性的影响规律并探索了冻融损伤对钢纤维混凝土氯离子侵蚀性能的影响机理.研究结果表明:钢纤维掺量在0～1.5％范围内,钢纤维掺量越大,相同渗透深度处混凝土氯离子扩散系数越小,混凝土抵抗氯离子侵蚀的性能越好;冻融循环次数越大,钢纤维混凝土氯离子扩散系数越大,混凝土抵抗氯离子侵蚀的性能越差.     

荷载-冻融耦合作用下充填层自密实混凝土的耐久性及损伤模型

为掌握处于冻融服役环境条件下充填层自密实混凝土(SCC)的耐久性,设计了轴压荷载-冻融耦合作用模拟试验,对比研究了SCC在冻融循环作用、荷载-冻融循环耦合作用下的质量、峰值应力、峰值应变等参数随冻融循环次数的变化规律;结合统计损伤理论,建立了相应的损伤本构模型,讨论了损伤变量与冻融循环作用次数的变化关系。结果表明:相较于单一冻融作用,1/3应力水平的轴压荷载与冻融循环耦合作用下的充填层自密实混凝土劣化速率更大,此时难以抵抗300次冻融循环作用,掺适量聚丙烯纤维或橡胶粉可较好改善其在荷载-冻融循环耦合作用下的耐久性。所建立的损伤本构模型可较好地描述荷载-冻融耦合作用后混凝土应力-应变关系,其损伤变量与冻融次数具有良好相关性。     

掺纤维橡胶混凝土抗冻性能研究

通过测定10组100 mm×100 mm ×400 mm混凝土试件能够经受的快速冻融循环次数,研究了橡胶粒和玄武岩纤维掺量变化对纤维橡胶混凝土抗冻性的影响规律,分析了纤维橡胶混凝土冻融破坏的损伤机理.研究结果表明:橡胶和纤维掺入混凝土能有效降低混凝土受冻融循环而发生的损伤劣化程度,明显提高混凝土的抗冻融循环性能.而且随着橡胶粒、纤维掺量的增加,混凝土相对动弹模量下降趋势越平缓,在本试验橡胶粒、纤维掺量范围内,橡胶粒掺量为60 kg/m3,纤维掺量为2.5 kg/m3时,混凝土抗冻融循环性能最佳,较基准混凝土提高150次.