海洋环境下干湿循环对结构混凝土性能影响的研究现状、存在问题及其发展趋势

干湿循环是导致干湿交替区混凝土劣化的主要原因.从海洋环境下干湿循环区结构物易遭受干湿循环-环境因素耦合作用破坏的现状出发,针对干湿循环破坏机理、影响干湿循环下混凝土性能的因素、干湿循环与环境因素耦合下混凝土力学性能、耐久性能演变规律等几个方面,对干湿循环影响海洋环境下结构物性能的研究现状进行了归纳与总结.分析了此研究领域存在的问题,提出了加强干湿循环条件、干湿循环-碱骨料反应共同作用对混凝土长期性能演化规律的研究,引入能更加准确反映干湿循环下混凝土材料力学性能损伤程度的指标,深入研究三轴应力状态下混凝土性能损伤变化规律等新的研究思路.     

再生骨料混凝土抗氯离子渗透性能研究进展

氯离子侵蚀是影响混凝土结构耐久性的主要因素之一,再生骨料要作结构性材料,须明确再生骨料混凝土的抗氯离子渗透性能.从界面过渡区特征分析了再生混凝土中氯离子的渗透机理,综述了再生骨料取代率、水灰比、掺合料、施工工艺、应力水平等因素对再生混凝土抗氯离子渗透性能的影响,并阐述了再生骨料强化对再生混凝土抗氯离子渗透的改进效果.最后指出需进一步研究多因素耦合作用下再生混凝土的抗氯离子渗透性能.     

混凝土碱硅酸反应膨胀预测模型的研究进展

本文综述了混凝土碱硅酸反应(alkali-silica reaction, ASR)膨胀预测模型的研究现状,ASR对混凝土结构造成的损伤修复难度高,修复成本大,应对这类耐久性问题主要以预防为主,补救为辅,而精确的预测模型可以评估混凝土结构的实时状态,有助于抑制混凝土中的ASR。本文首先概述了混凝土ASR的过程和机理,然后详细介绍了ASR膨胀预测模型的研究现状。ASR建模过程中需要考虑反应物含量、温度、湿度、胶凝材料组成和骨料尺寸等多种因素的影响。ASR模型主要包括理论模型、结构模型(宏观模型)和材料模型(细观模型),理论模型主要用来描述ASR的化学机理和预测骨料的最劣粒径,但该模型只适用于特定类型的骨料;材料模型在材料层面上解释了受ASR影响的混凝土的劣化机理,却忽略了混凝土收缩和徐变等因素的影响;结构模型通常被用来模拟和预测混凝土结构在ASR下的力学行为,但未充分考虑碱硅酸膨胀的化学过程以及离子扩散对ASR膨胀的影响。     

隧洞洞渣制超高性能混凝土的耐久性能研究

研究隧洞洞渣料单料掺入和综合利用于超高性能混凝土（UHPC）中时,对UHPC的耐久性能影响,检测隧洞洞渣骨料的碱活性,结果表明,隧洞洞渣骨料为非活性材料,不会产生膨胀应力,导致膨胀裂缝的产生;隧洞洞渣掺入UHPC中时,UHPC内部未发生碳化反应,具有良好的抗碳化性能;UHPC表面未产生裂缝,具有良好的抗早期开裂性能。     

应力损伤轻骨料混凝土抗冻融性能

通过反复加载对浮石轻骨料混凝土预制初始应力损伤,采用"快冻法",以相对动弹性模量和质量损失率为评价指标,研究损伤度分别为0、0.05、0.12、0.19、0.27的轻骨料混凝土抗冻融性能。借助扫描电子显微镜分析冻融后应力损伤轻骨料混凝土的微结构特征,探讨初始应力损伤对轻骨料混凝土抗冻融性能的影响机理。最后,通过对轻骨料混凝土冻融损伤演化过程的分析,以Loland混凝土损伤模型为基础建立包含初始应力损伤和冻融损伤的轻骨料混凝土力学损伤演化方程。结果表明:初始应力损伤的存在会加速轻骨料混凝土冻融损伤的发展,且初始应力损伤越大,冻融损伤越严重;力学损伤演化方程拟合值和试验值吻合良好,可为灾变后轻骨料混凝土的抗冻融性能预测及维护加固提供理论依据。     

陶瓷抛光砖粉对混凝土抗氯离子渗透性能的影响

以陶瓷抛光砖粉为混凝土掺合料,采用膨胀珍珠岩作活性集料,测试陶瓷抛光砖粉对碱集料反应的影响;利用电通量法测定标准养护28 d混凝土的电通量值,采用硝酸银显色法分别测定标准养护28 d水泥胶砂经10次、20次干湿循环后氯离子渗透深度,通过压汞法、SEM等测试手段分析掺陶瓷抛光砖粉水泥硬化浆体的显微结构,研究陶瓷抛光砖粉作掺合料对混凝土抗氯离子渗透性能的影响,并将之与粉煤灰对比.结果表明:混凝土电通量测试结果与水泥胶砂硝酸银显色法的测试结果之间具有较好相关性.陶瓷抛光砖粉作混凝土掺合料,能发挥其二次水化作用及对水泥硬化浆体孔结构的细化作用,增强混凝土抗氯离子渗透能力,抑制碱骨料反应.在相同掺量条件下,单掺抛光砖粉混凝土抗氯离子渗透能力优于掺试验用Ⅱ级粉煤灰混凝土.与单掺抛光砖粉相比,复掺抛光砖粉与粉煤灰,其后期抗氯离子能力较强.抛光砖粉与矿渣复掺效果优于抛光粉与粉煤灰复掺;随矿渣掺量的增加,混凝土抗氯离子渗透能力增加.     

骨料包浆预处理对礁石混凝土性能的影响

本文对比研究了不同礁石骨料包浆预处理方法以及高性能包浆胶凝材料对礁石骨料物理性质、氯离子溶出行为以及力学性能的影响;并将包浆预处理后的礁石骨料用于制备礁石混凝土,讨论了包浆预处理和骨料替代率对礁石混凝土力学性能、氯离子渗透特性以及体积稳定性的影响。结果表明,包浆静置后烘干较包浆后自然风干与包浆后标准养护的预处理方式具有最好的骨料改性效果,礁石骨料的空隙率、吸水率、压碎值以及氯离子溶出特性等均被优化。当礁石骨料以20%、40%、60%体积替代率掺入混凝土中时,包浆礁石混凝土28 d抗压强度较未包浆礁石混凝土分别提高了6.67%、15.40%、20.05%,氯离子扩散系数分别降低了6.25%、17.31%、38.10%,干燥收缩率分别降低了5.81%、17.05%、24.43%。礁石骨料经过包浆后改变了其与水泥砂浆之间的界面过渡区,进而改善了礁石混凝土的力学性能、氯离子渗透性能以及体积稳定性。     

再生骨料混凝土抗氯离子侵蚀的多相数值研究

为定量分析再生骨料混凝土各组成相对其抗氯离子侵蚀性能的影响,研究建立可实现任意体积分数再生粗骨料随机分布的再生混凝土五相细微观数值模型,包括新砂浆、新界面过渡区、旧砂浆、旧界面过渡区和核心区原始天然骨料.根据各相氯离子扩散性能和几何性质的不同,探究再生粗骨料体积分数、旧砂浆附着率及新、旧界面过渡区厚度等关键几何参数对再生混凝土抗氯离子侵蚀性能及离子时空分布的影响.结果 表明:作为再生骨料混凝土的重要组成部分,附着旧砂浆和核心区天然骨料的性质与含量对其抗氯离子侵蚀性能起着相互博弈的效应,导致再生骨料混凝土有效氯离子扩散系数随着骨料体积分数的增大而产生明显波动,尤其是当旧砂浆附着率较小时,此现象尤为明显;当骨料体积分数一定时,再生骨料混凝土氯离子扩散性能随着旧砂浆附着率的增大而增强,且增幅随着骨料体积分数的增大而增大;再生骨料混凝土抗氯离子侵蚀性能与新、旧界面过渡区的厚度呈负相关关系.     

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。     

复掺偏高岭土-矿渣对轻骨料混凝土性能的影响

轻骨料混凝土具有收缩较大和渗透性较差的特性,矿物掺合料的加入可以改善轻骨料混凝土的性能.将偏高岭土(MK)和矿渣(S)以低于25％的总掺量复掺到轻骨料混凝土中,研究复掺掺合料及不同掺量对轻骨料混凝土的力学性能、氯离子扩散系数和干燥收缩的影响.利用XRD、TG、SEM等测试方法,对其影响机理进行探讨.结果表明,复掺10wt％偏高岭土与10wt％矿渣对轻骨料混凝土力学性能和抗氯离子渗透性能有显著的改善;复掺10wt％偏高岭土和15wt％偏高岭土能有效降低轻骨料混凝土干燥收缩.偏高岭土复合矿渣能优化水泥浆体的组成与结构,增强骨料与水泥浆体间的结合,降低界面过渡区的钙硅质量比,从而提高轻骨料混凝土各龄期抗压强度的抗渗性能.     

Residual mechanical properties of steel fiber reinforced concrete damaged by alkali silica reaction and subsequent sodium chloride exposure

Infrastructures treated with de-icing salts and those which are in direct contact with sea water are subjected to degradation by chloride ingress. Concrete composed of reactive sources of silica and used near such regions can suffer from both, alkali silica reaction (ASR) and chloride ingress subsequently. This research aims at empirically investigating the residual mechanical properties of plain and steel fiber reinforced concrete damaged by alkali silica reaction (ASR) and subsequent chloride ion ingress. Accelerated degradation tests on three concrete mixes such as plain concrete (PC,control), steel fiber reinforced concrete (SFRC) and high strength fiber reinforced concrete (HSFRC) were done. Specimens were initially damaged by ASR, and then submerged in chloride solution at temperature ranges of 5 ^oC, 25 ^oC and 40 ^oC. 1 mol/L NaOH solution and 3% NaCl solution were used for a period of 20 and 40 weeks. Steel fibers were found to be effective in reducing surface crack widths at 5 ^oC and 25 ^oC. Accelerated mortar bar test showed that steel fibers were able to reduce expansion by 31.5% and 65.3% using single and double hooked fibers. By examining the residual compressive and flexure strengths, it was found that exposure to chloride environment aided in hydration reaction which counter-balanced the damage due to ASR. Fiber-matrix bonding developed over time inducing friction which led to higher ductility and less damage in flexure strength in steel fiber reinforced concrete prisms.     

Corrosion effects on pullout behavior of hooked steel fibers in self-compacting concrete

Fiber reinforced concrete structures are subjected to chloride and carbonation penetration that could initiate corrosion of steel fibers, with eventual pernicious consequences in terms of structural and durability performance. Cracks in concrete are known to hasten initiation of steel corrosion in reinforced concrete structures. The investigation of the impact of cracks on the corrosion initiation and the associated interfacial damage between concrete and steel fibers is important for understanding the mechanical behavior of steel fiber reinforced concrete.In the present work, with the aim of studying the corrosion action on the mechanical behavior of cracked Steel Fiber Reinforced Self-Compacting Concrete (SFRSCC), an experimental program was performed to characterize the corrosion of hooked-end steel fibers and to assess the fiber pullout behavior in cracked concrete, previously subject to the action of corrosion by exposure to aggressive chloride environment.     

高聚物黏结炸药的力学性能研究进展

从材料的力学行为特性、实验方法、本构模型和强度理论4个方面对高聚物黏结炸药(PBX)的力学性能特征进行了归纳和评述。指出应变率和温度对材料应力状况的影响及动态力学性能分析是目前PBX研究的热点和难点。认为可以借鉴研究混凝土和高聚物的一些方法来建立PBX的本构模型和失效准则。指出选择和改进现有测试技术时,须考虑PBX的含能敏感性、大变形等特性。对PBX力学性能的理论研究、实验技术及数值模拟等方面需要开展的工作提出了一些看法。认为复杂环境下的力学响应和细观建模模拟应是今后研究的重点方向。附参考文献93篇。     

Effect of Interface Structure on Mechanical Properties of Advanced Composite Materials

This paper deals with the effect of interface structures on the mechanical properties of fiber reinforced composite materials. First, the background of research, development and applications on hybrid composite materials is introduced. Second, metal/polymer composite bonded structures are discussed. Then, the rationale is given for nanostructuring the interface in composite materials and structures by introducing nanoscale features such as nanopores and nanofibers. The effects of modifying matrices and nano-architecturing interfaces on the mechanical properties of nanocomposite materials are examined. A nonlinear damage model for characterizing the deformation behavior of polymeric nanocomposites is presented and the application of this model to carbon nanotube-reinforced and reactive graphite nanotube-reinforced epoxy composite materials is shown.     

海洋大气环境下粉煤灰混凝土耐久性研究

海洋大气环境中的混凝土结构不仅要遭受盐雾腐蚀,同时还要受碳化影响。在盐雾腐蚀及碳化双重作用下,混凝土结构极易发生钢筋锈蚀。本文开展了盐雾腐蚀及碳化双重作用下的氯离子侵蚀试验研究。研究结果表明:当粉煤灰掺量不超过30%时,粉煤灰混凝土的抗氯离子侵蚀能力随粉煤灰掺量的增加而提高。碳化反应不仅造成混凝土孔隙溶液pH值下降,同时粗化了混凝土的孔隙,引起混凝土微观结构重分布,破坏原有的过滤机制,使得侵蚀环境中的氯离子更容易渗入。采用修正后的Fick第二扩散定律解析解对盐雾环境下混凝土中的氯离子浓度进行非线性拟合,具有良好的相关性。     

剪应力作用下混凝土结构氯离子传输试验研究

实际工程中混凝土结构受到正应力和剪应力共同作用会加速耐久性劣化,但混凝土结构在剪应力作用下的氯离子侵蚀规律研究却鲜见报道.提出新的耐久性试验加载方式使混凝土小梁承受长期剪应力作用.试验研究了剪应力作用下混凝土结构氯离子侵蚀规律,结果表明,剪应力作用会使混凝土结构的氯离子渗透性增加,随着荷载水平的提高,氯离子扩散系数Di显著增大.最后,根据试验数据建立了混凝土试件在剪应力作用下氯离子扩散系数数学模型,量化分析了剪应力作用大小对混凝土氯离子扩散系数的影响.     

沿海混凝土结构氯离子对流区深度计算模型

沿海干湿交替环境下的氯离子传输方式和影响机理等问题是混凝土耐久性研究的主要内容,描述混凝土内部氯离子传输行为的计算模型通常由偏微分方程组成,求解方法较为复杂。为了简单而相对精确地分析氯离子的传输过程,本文提出了计算修正Fick定律模型中对流区深度参数Δx的新途径,通过综合考虑混凝土细观尺度组成、环境温度场变化、水分迁移和氯离子传输等因素,建立起干湿交替区域氯离子传输的计算模型,依据该模型可以较为准确地得到Δx的数值,进而对不同服役环境中的氯离子传输展开分析,根据计算结果给出考虑服役时间、日平均气温和干燥湿润时间比等参数的对流区深度Δx时变公式。这些公式提高了预测干湿交替环境中氯离子传输的修正Fick定律模型的适用性与准确性,可为干湿交替环境中的混凝土结构耐久性设计提供了简单有效的计算方法。     

Properties of concrete produced from multicomponent blended cements

This paper presents a study on the behavior of concrete produced from multicomponent blended cements. These blends were prepared by blending 20–60% ASTM Type I cement with the combination of Class C fly ash and clean coal ash. Two percent to four percent sodium sulfate anhydrite was added to the blends as a chemical activator. Tests were conducted on the prepared concrete for strength development, freezing and thawing resistance, resistance to chloride ion penetration, sulfate resistance, and alkali silica reaction. Test results show that concrete produced from blended cements had equivalent or higher strength than the control mixture at all test ages. Blended cements were effective in controlling expansions due to sulfate attack or alkali silica reaction. They also reduced the deterioration of concrete due to freezing and thawing action and greatly increased the resistance to chloride ion penetration into the concrete.     

海洋混凝土结构防护用聚脲涂层研究进展

综述了聚脲涂层的抗氯离子渗透性、抗冻融性、耐海水冲蚀磨损性及耐海洋环境老化性的研究成果。介绍了聚脲涂层在海洋混凝土工程上的最新应用。研究结果表明,聚脲涂层能有效提高海洋混凝土结构的耐久性。