低温(3℃)养护条件下不同水胶比对引气混凝土孔结构参数及抗渗性的影响

针对西部寒冷以及盐渍土地区的灌注桩混凝土,主要研究了低温(3 ℃)养护环境下不同水胶比对引气混凝土孔结构参数以及抗渗性能的影响.试验结果表明:随着水胶比的增大,引气混凝土的孔隙率与气泡间距系数都呈现增大的趋势,低温养护条件下孔隙率与气泡间距系数大于标准养护条件下;低温养护条件下混凝土主要孔径分布范围明显大于标准养护条件;低温养护条件下混凝土抗渗性能小于标准养护条件下混凝土,随着水胶比的增大,抗氯离子渗透性能下降,水胶比越大,抗渗性能下降越快;混凝土电通量和氯离子迁移系数与混凝土孔结构参数(孔隙率、气泡间距系数、孔径分布)呈现高度正负相关.     

再生混凝土的强度及耐久性能研究

基于基本的力学方法和耐久性方法研究了再生混凝土的抗压强度、抗碳化性能和抗冻性能.并采用压汞法对再生混凝土的孔结构进行研究.结果表明:再生混凝土的抗压强度比普通混凝土的抗压强度略有降低,孔隙率相比普通混凝土的孔隙率增加了49.5%;其抗碳化能力小于普通混凝土的抗碳化能力;再生混凝土的抗冻性远远小于普通混凝土的抗冻性,180次循环之后其质量损失率接近普通混凝土质量损失率的3倍.     

橡塑改性沥青路面top-down开裂性能分析

通过劈裂试验、三轴重复荷载试验和小梁弯曲试验对比了橡塑改性沥青混合料与SBS改性沥青混合料的性能，通过构建有限元模型分析了动荷载作用下沥青路面上面层裂缝的应力变化规律。结果表明，橡塑改性沥青混合料的抗拉性能与高温抗变形性能优于SBS改性沥青混合料，橡塑改性沥青可提高沥青混凝土路面的抗变形能力；橡塑改性沥青混合料的低温抗裂性能优于SBS改性沥青混合料，前者可提高沥青路面抗top-down裂缝开裂性能；在动荷载作用下，沥青路面结构层中的上面层拉应力逐渐增加，导致沥青路面发生top-down裂缝开裂，橡塑改性沥青混合料可增加上面层破坏时的最大拉应力，从而降低沥青路面发生top-down裂缝开裂的可能性。     

往复荷载下含孔洞缺陷衬砌混凝土的力学性能试验研究

通过添加不同含量的发泡聚苯乙烯(EPS)颗粒来预制目标孔隙率以模拟混凝土的不同孔洞缺陷,制备了不同孔隙率的C25和C30两种强度等级的混凝土试件,开展单调及往复荷载下含孔洞缺陷混凝土力学性能的试验研究,分析了混凝土试件破坏形态、强度、应变、弹性模量等随孔隙率的变化规律,探讨不同孔洞缺陷对混凝土力学性能的影响。试验结果表明:单调及往复荷载下,无预制孔洞缺陷的混凝土试件均表现为脆性破坏特征。但随着孔隙率的增加,混凝土试件的强度明显降低,应力-应变曲线逐渐趋于鱼肚状分布,试件由脆性向延性破坏转变,逐渐呈现多裂缝扩展特征,特别是对于往复加载情况。两种加载方式和两种强度等级条件下,试件主要力学参数随着预制孔隙率的增加均表现出一致的变化规律。峰值应力和弹性模量随孔隙率的上升呈指数下降,而峰值应变和应变极值呈线性增大。往复荷载下试件力学性能受孔隙率的影响程度均大于单调加载情况,而且,这种影响随混凝土强度的提高而减小。在往复加载过程中,孔隙率越大,峰值应力前试件的刚度比值越大,而峰后的刚度退化也愈严重。对于相同的孔隙率,混凝土强度等级越高,峰值应力前的刚度增长率及峰后的刚度退化程度越小。     

盐冻融与干湿作用下沥青混凝土的高低温力学性能分析

制备了沥青混凝土样品,并进行了不同次数的盐冻融干湿循环试验。在此基础上,测试了沥青混凝土的高温车辙深度、动稳定度和低温抗弯拉强度,得到了车辙深度、动稳定度和抗弯拉强度随盐冻融干湿循环次和盐浓度的变化规律,研究了盐冻融与干湿作用下沥青混凝土的高低温力学性能。研究结果表明:(1)沥青混凝土60min车辙深度随盐浓度的增加和冻融循环次数的增多而呈线性增长的趋势;(2)沥青混凝土的抗高温变形能力随盐冻融干湿循环次数的增多而逐渐弱化;(3)沥青混凝土的抗弯拉强度经历9次和15次盐冻融干湿循环后分别下降22%~26.4%和42.6%~51.5%;(4)冻融干湿循环次数一定时,沥青混凝土的抗弯拉强度随盐浓度的增加而缓慢下降,并且当盐浓度达到12%时,沥青混凝土的抗弯拉强度减小就很不明显。     

膨胀剂和减缩剂对预制箱梁混凝土的防裂效果研究

测试C50箱梁混凝土的力学、抗裂、变形、热学性能,采用B4Cast软件仿真分析构件混凝土的温度、应力发展规律和开裂趋势,并研究膨胀剂、减缩剂对箱梁混凝土的防裂效果。结果表明:C50箱梁混凝土抗裂性较差,早期平板总开裂面积达310 mm²/m²,圆环开裂时间约为52 h;箱梁混凝土与外部环境最大温差为16~18 ℃,在翼板两侧和底板两侧拐角处混凝土表层拉应力达到最大,分别约为0.8 MPa、0.9 MPa。膨胀剂、减缩剂对C50混凝土拌合物工作性、力学性能、热学性能影响不大,仅单掺减缩剂会使混凝土力学性能略有降低。膨胀剂、减缩剂的掺入,可降低C50混凝土平板总开裂面积68%~95%,延后圆环开裂时间105.5~227.5 h;可使自生体积收缩变形减小63%~78%,干缩减小38%。膨胀剂与减缩剂复掺,可削减箱梁混凝土温峰达4 ℃,降低最大拉应力52%,混凝土抗裂安全系数可达3.05,开裂风险明显下降。     

碳化硅晶须对水泥基材料抗拉及断裂性能的影响

碳化硅晶须具有高强度、高弹性模量等优良特性。以减水剂作为分散剂制备碳化硅晶须,用来改性水泥基复合材料。通过“8”字模抗拉试验、圆环抗裂试验,以及基于数字图像相关法的预制裂缝三点弯曲试验来测试断裂性能,通过压汞试验研究孔结构,并通过SEM观测碳化硅晶须改性水泥基复合材料微观结构。结果表明,碳化硅晶须能使材料在裂缝扩展时产生裂纹偏转。碳化硅晶须的桥接效应和拔出机制可以有效控制裂纹扩展,增强水泥基材料的抗裂性能和抗拉强度;碳化硅晶须的掺入会使水泥砂浆的总孔隙率略有增加,但对水泥基材料抗拉强度和断裂性能无不利影响。     

钢筋锈蚀膨胀对钢筋-混凝土抗拔性能的三维数值分析

由于地下水和空气的存在,承担拉应力的地下结构物因混凝土初始裂缝而较易发生钢筋锈蚀。钢筋锈蚀产物引起混凝土产生锈胀应力,若锈胀应力超过混凝土材料强度,混凝土容易开裂,导致钢筋与混凝土的接触面积下降,界面粘结强度、摩檫力和机械咬合力降低,进而影响钢筋-混凝土的抗拔性能。常规数值模拟方法主要通过修正钢筋-混凝土界面弹簧刚度,较难准确模拟锈胀效应引起的混凝土开裂。本文针对钢筋锈蚀膨胀对钢筋-混凝土抗拔性能的影响,建立了钢筋-混凝土试块拉拔的三维模型,分析不同锈胀程度下钢筋-混凝土的抗拔性能。结果表明,钢筋锈蚀膨胀引起了初始混凝土损伤,引起钢筋-混凝土抗拔性能的降低。     

碳纤维再生混凝土循环受压性能及本构关系研究

为了研究循环荷载下碳纤维再生混凝土(CFRAC)的受压性能,以再生粗骨料取代率、碳纤维体积掺量和加载速率作为变化参数,设计并制作了40个圆柱体试件进行循环受压加载试验。试验观察了试件的破坏形态,获取了应力-应变曲线,分析了不同变化参数对峰值应力、峰值应变、塑性应变、刚度退化和应力退化等性能的影响规律。结果表明：碳纤维再生混凝土试件在循环荷载作用下主要发生脆性破坏;碳纤维改善了再生混凝土的循环受压性能,与未掺碳纤维混凝土相比,当碳纤维体积掺量为0.3%时,峰值应力和峰值应变分别提高了11.33%和12.22%;刚度退化与应力退化程度得到降低;当再生粗骨料取代率为100%时,峰值应力和峰值应变分别提高了10.16%和14.29%;最后,提出了碳纤维再生混凝土在循环受压下应力-应变本构方程。     

热疲劳作用对混凝土力学性能及微观结构的影响

我国西北地区日、年温差大,混凝土经历着温差产生的热疲劳劣化。保持环境湿度恒定,在20 ℃、30 ℃、40 ℃温差下开展两种强度等级的混凝土热疲劳试验,测定其抗压强度、劈裂抗拉强度等宏观性能变化规律;通过超声无损检测技术和压汞试验测定微观结构。结果表明:热疲劳劣化效应明显,随循环温差的增大和循环次数增加,混凝土强度下降明显,C40混凝土下降幅度大于C25混凝土,且劈裂抗拉强度较抗压强度对热疲劳作用更敏感;超声波速呈减小趋势,说明混凝土内部裂隙缺陷增多;同一循环温差下,混凝土的孔隙率、孔隙总体积、平均孔径、中值孔径、最可几孔径随温差循环次数增加而增大,孔隙总表面积减小,孔隙结构表现出粗化的特征且呈劣化的趋势,C40混凝土的孔隙率小于C25混凝土,但其孔隙率相对变化值更大,从微观层面揭示了混凝土在热疲劳作用下强度损伤的内在原因。     

干湿循环作用下混凝土力学性能及微观结构研究

为揭示混凝土在干湿循环作用下的劣化机理,本文对不同强度等级的混凝土进行干湿循环试验,并在试验过程中测定混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度、超声波速、孔隙率等物理量,探究了干湿循环作用对混凝土物理力学性能的影响,并从微观尺度上分析了混凝土强度与孔结构的关系。结果表明:混凝土的强度随干湿循环次数的增加先升高后降低,干湿循环40次后,C20、C30、C40、C50混凝土的相对抗压强度分别下降了13.33%、12.47%、8.45%、6.58%,相对劈裂抗拉强度分别下降了25.93%、23.06%、20.59%、19.03%,相对劈裂抗拉强度较抗压强度衰减更为显著;超声波速和超声波幅表现出不同的变化规律,随着干湿循环次数的增加,超声波速先略有增加而后减小,超声波幅则不断增大;在干湿交替的环境中,混凝土试样的孔隙率、孔隙总体积、平均孔径、中值孔径、最可几孔径随着干湿循环次数的增多,先减小后增大,最终表现出孔径粗化特征,这也是混凝土强度后期损失的内在原因。     

低温下泡沫混凝土的动态力学性能

为了研究低温下泡沫混凝土的动态力学性能,采用φ100 mm的铝制分离式霍普金森压杆(SHPB)装置对不同温度下泡沫混凝土试件进行冲击压缩试验,得到了不同温度、应变率下的泡沫混凝土的应力应变曲线、能量参数、破碎形态等。结果表明:当应变率在62.59 s^-1以下时,泡沫混凝土应力应变曲线分为线弹性阶段、屈服阶段、破坏阶段;当应变率超过62.59 s^-1时,其应力应变曲线分为线弹性阶段、屈服阶段、局部失稳、应力平台、破坏阶段;常温、0 ℃、-10 ℃、-20 ℃和-30 ℃下,泡沫混凝土的动态抗压强度以及吸收能在对应的应变率分界点前表现出显著的应变率效应,但超出该分界点后,应变率效应便不再明显;泡沫混凝土的动态峰值抗压强度与吸收能随温度的降低而提高,但峰值应变随温度降低而降低;泡沫混凝土冲击破碎后的块度随着温度的降低逐渐变大。在低温环境下泡沫混凝土的抗动载设计中,对于泡沫混凝土的峰值抗压强度、吸收能,应优先考虑温度效应的影响,而对于其峰值应变,应优先考虑应变率效应。     

The effect of w/c ratio and curing temperature on the permeability of hardened cement paste

The importance of concrete permeability is discussed relative to its effect on durability. Experimental studies were made of the effect of water/cement ratio and curing temperature on the porosity, pore size distribution and permeability of cement pastes. Although total porosities of samples cured at 60°C are smaller than in those cured at 27°C, the pore volume larger than 750Å radius is greater in the 60°C samples and is related to higher permeabilities also in the latter.     

硫酸盐对超深井井壁混凝土力学性能的影响及劣化机理

针对深部地下工程中混凝土材料面临的高地温、高地应力、高渗透压、强腐蚀的恶劣服役条件,选取C70仿钢纤维混凝土(C70-ISFRC)和高性能超深井井壁混凝土(HUC)作为研究对象,研究两种混凝土在硫酸盐干湿循环条件下力学性能、破坏形态及冲击倾向性等变化,并采用扫描电镜及能谱分析其劣化机理。结果表明:随着硫酸盐干湿循环的进行,两种混凝土力学性能均表现为先增强后减弱的趋势,但HUC的性能更为优异,且劈裂抗拉强度较抗压强度对硫酸盐干湿循环机制更加敏感;两种混凝土的韧性均变差,但HUC中的镀铜钢纤维的抗拉性能优于聚丙烯仿钢纤维,使HUC板“坏而不断”;两种混凝土的冲击倾向性均增强,但HUC的冲击倾向性弱于C70-ISFRC;在硫酸盐干湿循环中,HUC与C70-ISFRC的腐蚀类型分别以石膏类腐蚀与钙矾石类腐蚀为主,表明混凝土内部存在膨胀应力,导致了混凝土内部结构的开裂。     

玄武岩纤维混凝土耐高温性能分析

对不同玄武岩纤维体积率混凝土进行室内高温试验,总结与分析了温度和纤维体积率对混凝土立方体抗压强度、劈裂抗拉强度和静弹性模量的影响规律。研究结果表明:玄武岩混凝土的抗压强度、抗拉强度和弹性模量均在200℃高温出现拐点,200℃高温后玄武岩纤维混凝土的力学性能均出现不同程度的降低;混凝土的力学性能随玄武岩纤维体积率的增大而呈现出先增大后减小的趋势,最优的玄武岩纤维体积率为0.15%;玄武岩再生混凝土的力学性能随再生骨料取代率的增大而减弱,再生骨料取代率不宜大于30%。     

高温后混凝土初始压实阶段应力-应变关系

本文对经历5种温度(20 ℃、200 ℃、400 ℃、600 ℃和800 ℃)后的混凝土进行了单轴压缩试验。通过定义压实系数φ和相对密实度Φ两个指标,评价了高温后混凝土的密实程度,探讨了混凝土初始压实阶段随温度的变化规律。同时采用统一形式的分段函数建立了考虑初始压实阶段的高温后混凝土应力-应变全曲线方程。结果表明,当温度为200 ℃和400 ℃时,混凝土峰值应力和弹性模量小幅下降,基体密实度较高,应力-应变曲线的初始压实阶段几乎可以忽略,整个压缩损伤过程呈脆性特征。当温度为600 ℃和800 ℃时,峰值应力和弹性模量大幅减小,峰值应变迅速增加,基体密实程度迅速下降,应力-应变曲线具有明显的初始压实阶段,并且整个压缩损伤过程呈延性特征。本文建立的应力-应变全曲线方程具有拟合度高且参数较少的优势。