早期受冻掺合料混凝土服役性能试验研究

为评定早期冻融损伤对混凝土结构服役期承载性能及耐久性能的影响规律,通过不同掺合料种类及掺量、不同起冻时刻的混凝土早期受冻试验,对比了不同受冻时刻混凝土服役期的表面损伤形态,研究了起冻时刻、掺合料掺量对早期受冻混凝土服役期抗压强度、劈拉强度、动弹性模量、渗透性的影响规律,探讨了早期受冻对混凝土服役性能的损伤机理。结果表明：起冻时刻对混凝土抗压强度、劈拉强度、动弹模的影响程度均表现为2 h > 0.5 h ≈ 8 h > 1 d > 3 d,劈拉强度损失最明显,动弹模损失次之,抗压强度损失最不显著;掺入20%粉煤灰或15%矿粉或20%煤矸石的混凝土早期受冻后的强度和动弹模损失最小,略小于普通混凝土;随着掺合料掺量的增加,同时刻受冻混凝土试件的抗渗水性和抗渗气性变差;未冻混凝土试件的抗渗性最好,3 d受冻试件次之,1 d受冻试件再次,而0.5、2、8 h受冻试件最差甚至超出AutoClam设备的测试范围。     

初始应力损伤对再生混凝土硫酸盐腐蚀的影响

开展了不同骨料取代率（30%、65%和100%）以及不同初始应力水平（0.2、0.4、0.6倍抗压强度）对于再生混凝土抗腐蚀性能影响的试验研究。结果表明,当再生骨料取代率逐级增高时,再生混凝土的腐蚀深度、质量损失率均增加,力学性能指标（抗压强度和动弹性模量）逐渐下降。初始应力损伤对混凝土的影响可以区分为两种,第一,其对腐蚀深度和质量损失率的影响存在阈值效应,只有当初始损伤度大于0.2时,混凝土的腐蚀深度、质量损失率才随损伤度的增大有明显增大的趋势;第二,对于再生混凝土的力学性能,不管是抗压强度还是动弹模量均会随着初始损伤的增大而出现明显的劣化。     

碱激发下粉煤灰-市政污泥固废基混凝土抗冻融性能

为改善市政污泥对混凝土抗冻融性能的劣化效果,在氢氧化钠及水玻璃的复合激发下,用经生石灰改性后的市政污泥取代10%细骨料,粉煤灰分别取代10%、20%与30%水泥,制备了混凝土。分析了不同冻融循环次数下,混凝土的表观现象、相对质量、相对动弹性模量、相对抗压强度及微观结构随粉煤灰掺量与碱当量的变化规律,分别以相对动弹性模量与相对抗压强度为损伤变量建立了不同的冻融损伤模型。研究结果表明：随冻融循环次数增加,混凝土表观损伤愈发严重,内部孔隙增多,相对动弹性模量及相对抗压强度显著降低;与对照组相比,粉煤灰及碱激发剂的加入可以改善市政污泥对混凝土冻融耐久性的劣化效果,降低混凝土在冻融循环作用下的质量损失、动弹性模量损失及抗压强度损失;当粉煤灰掺量10%、碱当量4%时,粉煤灰可在碱激发剂及改性污泥中残余碱的联合作用下被较充分地激发,可消纳改性污泥中的残余碱,减弱市政污泥对混凝土抗冻融性能的劣化效果,此时混凝土水化程度最高,在冻融循环作用下的质量损失、动弹性模量损失及抗压强度损失最小,且服役寿命最长,约为16a以上;相对动弹性模量与相对抗压强度相关性良好,分别以两者为损伤变量的冻融损伤模型与试验结果均吻合良好。     

基于GM(1,1)的应力损伤轻骨料混凝土抗冻性评估

对灾变后轻骨料混凝土抗冻融性能评估的关键在于对其在特定灾变程度下抗冻融性能的精确定量描述及预测。通过反复加载对轻骨料混凝土预加初始应力损伤来模拟灾变,以相对动弹性模量为评价指标,研究初始损伤度分别为0、0.05、0.12、0.19、0.27的轻骨料混凝土抗冻融性能;将灰色系统理论引入混凝土抗冻耐久性研究中,利用相对动弹性模量实测数据建立基于GM(1,1)的应力损伤轻骨料混凝土抗冻融性能预测模型,与修正的Loland混凝土损伤模型对比并进行精度分析;借助建立的GM(1,1)预测模型定量研究初始应力损伤对轻骨料混凝土抗冻耐久性的影响并预测其抗冻耐久寿命。结果表明：初始应力损伤会加速轻骨料混凝土抗冻融性能劣化,且初始损伤度越大劣化速率越快;各初始损伤度下GM(1,1)模型的平均相对误差均小于4.5%,GM(1,1)模型的预测精度整体上优于修正Loland模型;轻骨料混凝土自身具有良好的抗冻融性能,在内蒙古中西部地区抗冻耐久寿命可达45年,当初始损伤度为0.05、0.12、0.19、0.27时,抗冻耐久寿命分别缩短至30年、25年、17.5年、10年。基于GM(1,1)的应力损伤轻骨料混凝土抗冻融性能预测模型可实现对灾变后轻骨料混凝土全寿命周期内抗冻融性能较为精确的定量评估,为指导北方寒旱区轻骨料混凝土工程实践提供理论依据。     

考虑初始缺陷影响的混凝土受压特性试验研究

在WAW-E2000电液伺服万能试验机上,对掺入4种不同含量引气剂的混凝土试件进行单轴压缩试验,分析了混凝土试件的抗压强度、弹性模量、极限抗压应变和损伤特性的变化规律。结果表明:随着掺入引气剂含量的增加,混凝土的抗压强度、弹性模量和极限抗压应变均逐渐减小,而初始损伤的程度随之增加。     

包浆再生粗骨料对自密实混凝土力学性能及抗冻性的影响

通过自密实包浆再生骨料混凝土力学性能及快速冻融循环试验,从试件的抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度及冻融后试件的质量损失率、抗压强度损失率及相对动弹性模量角度研究了再生粗骨料包浆对自密实再生混凝土性能的影响,结合SEM电镜试验从微观上分析了骨料包浆对混凝土抗冻性能的改善机制.结果 表明:普通混凝土和再生混凝土的劈裂抗拉强...     

超声波平测法在混凝土早期受冻损伤 检测中的应用研究

针对低温环境下建筑物在混凝土养护期间的不良行为对结构服役状态造成的不良影响,分析不同受冻温度(-10℃、-5℃)和不同受冻龄期(1 h、3.5 h、8 h、1 d)的混凝土试件的未损伤层超声波波速V_u、损伤层超声波波速V_d、损伤层厚度h_f和损伤层平均应力f_d的变化过程,结合能够反映混凝土内部缺陷状况与宏观力学性能的超声波波速V的衰减规律,探究受冻龄期及受冻温度对混凝土服役初始与服役过程中耐久性能的影响规律及影响机理。研究表明,V_u、V_d、h_f、f_d呈现出的混凝土损伤劣化规律一致:混凝土在初凝后、终凝前(3.5 h)受冻导致的h_f最大,V_u、V_d、f_d最小,初始超声波波速V_0最小,此时混凝土损伤最严重且其后续力学性能的衰减速率最大,且混凝土试件的受冻温度越低,损伤越严重;初凝前(1 h)受冻混凝土的损伤较小,且受冻温度越低,损伤越小;终凝后(8 h、1 d)受冻混凝土的损伤最小,且终凝后受冻龄期越长,受冻混凝土的性能越接近未受冻混凝土,受冻温度对混凝土损伤的影响基本相同。     

冻融疲劳作用下LHFRC损伤演变规律

为了研究层布式混杂纤维混凝土（LHFRC）在冻融疲劳作用下的损伤演变规律，提出了混凝土抗冻劣化的损伤演变数学模型，同时进行了普通混凝土（OC）与层布式混杂纤维混凝土的冻融试验，并在试验的基础上，回归出它们的冻融损伤演变方程。结果表明，LHFRC和OC的初劣点值相同，且在劣化初始阶段具体相同的损伤演变方程；在劣化扩展阶段，LHFRC和OC均具有幂函数形式的损伤演变方程，但LHFRF损伤变量小于同期的OC，钢纤维和聚丙烯纤维有效地抑制了其内部损伤发展。     

冻融损伤喷射混凝土永久支护结构碳化耐久性分析

高纬度、高海拔地区长大公路隧道的喷射混凝土永久支护结构常年遭受冻融损伤及碳化双重作用,其结构耐久性能退化,增大了隧道的养护及运营成本。采用先气冻气融后快速碳化的方式,开展冻融损伤喷射混凝土永久支护结构碳化耐久性试验研究,以冻融损伤喷射混凝土碳化深度和相对抗压强度为指标,研究冻融损伤喷射混凝土碳化深度的变化规律及影响因素。结果表明,冻融损伤加速了喷射混凝土的碳化过程,且碳化速度随冻融损伤度快速增大。碳化的冻融损伤混凝土相对抗压强度随着碳化深度增大。冻融损伤度大于10%时,碳化对冻融损伤喷射混凝土相对抗压强度增长不明显。采用IBM SPSS统计软件对试验数据分析,建立了考虑冻融损伤、喷射混凝土配合比参数及成型方式的喷射混凝土碳化深度预测模型。经验证,预测值与试验值总体误差小于20%,标准误差为0.16,模型适用性较好。     

活性粉末混凝土基本力学性能试验研究

进行76组不同尺寸立方体试件和12组棱柱体试件的单轴受压力学性能试验,研究了活性粉末混凝土的强度标准,探讨活性粉末混凝土的基本力学性能指标(峰值应变、弹性模量、横向变形系数等)与棱柱体抗压强度之间的关系,建立了活性粉末混凝土应力-应变曲线上升段方程.     

活性粉末混凝土基本力学性能试验研究

进行76组不同尺寸立方体试件和12组棱柱体试件的单轴受压力学性能试验，研究了活性粉末混凝土的强度标准，探讨活性粉末混凝土的基本力学性能指标(峰值应变、弹性模量、横向变形系数等)与棱柱体抗压强度之间的关系，建立了活性粉末混凝土应力一应变曲线上升段方程。     

冻融作用对混凝土跨海大桥桥墩稳定性影响研究

北方海域海水冻融作用对混凝土跨海大桥的安全稳定性具有重要的影响,针对该问题,通过室内冻融试验研究得出了青岛海湾大桥桥墩混凝土在冻融循环作用下的极限抗压强度及其峰值应变、极限抗拉强度、弹性模量等力学性能指标随不同冻融循环次数的衰退规律,并推导出混凝土冻融损伤本构方程.根据室内外试验的对比关系,得出了桥墩混凝土结构各力学性能指标随结构服役时间的退化规律及不同服役期内混凝土的冻融损伤本构方程.建立了青岛海湾大桥沧口段航道桥过渡墩基础的3维有限元模型,应用非线性理论对过渡墩基础进行了数值分析,得出了不同服役期内该混凝土过渡墩基础的最大应力与最大竖向位移的产生位置及其随时间的变化趋势,并分析了其安全性规律,得出了若干结论,可为工程前期设计及后期维修加固提供一定的参考依据.     

非饱水冻融作用下的古砖动弹性模量

弹性模量是反映材料刚度的重要指标。自然界中雨淋和冻融导致古建筑砌体砖处于非饱水冻融状态。通过大气环境实验舱对古砖进行非饱水冻融作用下的饱和系数、饱水度、动弹性模量、相对动弹性模量等技术参数实验,分析了非饱水冻融作用下古砖弹性模量变化规律。实验结果表明,饱水度大于等于60%时,非饱水冻融导致古砖试件动弹性模量和相对动弹性模量数值均出现明显下降趋势;饱水度小于60%时,非饱水冻融对动弹性模量和相对动弹性模量数值影响较小。非饱水冻融作用下,古砖的初始抵抗风化能力大小是影响动弹性模量和相对动弹性模量数值的重要因素。同时,对非饱水冻融作用下反映古砖抵抗冻融损伤能力的极限饱水程度等关键参数进行了讨论。     

溶蚀混凝土力学性能退化的试验研究

通过实验室试验研究了不同配合比混凝土力学性能随溶蚀时间的演化规律.试验设计变量主要为水灰比和骨料体积率,采用硝酸铵溶液加速混凝土溶蚀过程.试验结果表明：酚酞指示剂法能够较准确地表征混凝土的溶蚀深度,溶蚀深度近似与溶蚀时间的平方根成线性关系.混凝土弹性模量、抗压强度和劈拉强度均随着溶蚀时间的增长而减小,水灰比和骨料体积率对它们的减小速率有较大影响.与弹性模量相比,溶蚀对抗压强度和劈拉强度影响更大.当溶蚀损伤变量小于0.6时,溶蚀混凝土抗压强度模型与试验结果良好吻合.     

基于冲击弹性波波速的混凝土碱骨料反应损伤评价研究

冲击弹性波在混凝土中穿透深度大,对混凝土含水量不敏感,在水工领域混凝土损伤评价中被应用得较为广泛,目前已有研究将弹性波波速用于评估混凝土的荷载损伤、冻融损伤,尚未发现有利用冲击弹性波法评价碱骨料反应损伤度的研究。文中通过构建基于弹性波波速的碱骨料反应损伤度的计算公式,研究了受碱骨料反应影响的混凝土在加速养护过程中弹性波波速、宏观性能的演化规律。研究结果表明,发生碱骨料反应的混凝土试件中的弹性波波速、劈裂抗拉强度、自振频率均随着该试件膨胀率的增加而减小,试件的膨胀率、劈裂抗拉强度、自振频率与基于弹性波波速计算得到的试件损伤度有着良好的线性关系,相关系数的平方均在0. 968以上,说明弹性波波速可以很好地用来评价混凝土碱骨料反应的损伤度。     

冻融环境下沙漠砂对混凝土轴心受压力学性能的影响

为研究沙漠砂对混凝土抗冻性能的影响,采用快速冻融方法,进行掺沙漠砂混凝土冻融后轴心抗压强度试验,得到不同冻融循环作用下掺沙漠砂混凝土破坏特征和应力-应变曲线,分析不同冻融循环下掺沙漠砂混凝土表面损伤特征、质量损失率、动弹性模量损失率和超声波波速损失率的变化规律.结果表明:随着冻融循环次数增加,掺沙漠砂混凝土质量损失率变化较小,动弹性模量损失率、超声波波速损失率、相对峰值应变和极限应变均增大,相对峰值应力和横向变形系数均减小,弹性模量先增大后减小;在相同冻融循环次数下,掺沙漠砂混凝土弹性模量损失率、超声波波速损失率和相对峰值应变均小于普通混凝土,相对峰值应力、横向变形系数和弹性模量比普通混凝土高.采用过镇海提出的单轴受压本构模型拟合得到应力-应变全曲线方程,分析冻融循环对应力-应变曲线控制参数的影响,可对沙漠砂混凝土结构的抗冻性能进行分析.     

透水混凝土的抗冻性能研究

为研究透水混凝土的抗冻性能,采用三因素三水平的正交试验,选取水胶比、浆集比和石子级配为影响因素,以质量损失率和动弹性模量衰减率为指标进行试验研究。结果表明:透水混凝土的最终冻融破坏形式表现为动弹性模量的触限衰减,因此透水混凝土的抗冻性更适用动弹性模量表征方法监测;三个主要因素对透水混凝土冻融过程质量损失和动弹性模量衰减的影响主次程度不同,就质量损失率来说,石子级配的影响最大,水胶比次之,浆集比最小,而对于动弹性模量衰减率而言,浆集比的影响最大,石子级配次之,水胶比最小;透水混凝土在寒冷环境下最佳配合比参数为水胶比0.31,浆集比0.55,石子级配4.75～9.50 mm;透水混凝土动弹性模量衰减率y与冻融次数N符合指数函数,且在显著性水平α=0.05下其相关关系显著;透水混凝土的冻融破坏以静水压破坏为主,粗大孔隙多且连通程度高的结构加剧了静水压的破坏效应,是导致透水混凝土抗冻性低的根本原因。     

冻融环境下混凝土应力-应变关系的试验研究

采用ASTM C666快速冻融方法,对18个(6组)抗冻等级为D300的混凝土棱柱体试件分别进行N=0、100、150、200、250、300次冻融循环试验,并利用SEM扫描电镜观察冻融作用前后混凝土内部显微结构的变化,最后对各组试件进行单轴受压破坏试验,得到了不同冻融循环次数作用后混凝土的应力-应变试验曲线.根据试验结果,得出了混凝土随着冻融循环作用次数的增多,其内部结构以及各项基本力学性能(包括极限承载力、横向变形系数、弹性模量等)均呈现不同程度的衰减趋势,并建立了与相对动弹模损失率相关的应力-应变全曲线方程及相关参数,为进一步开展混凝土结构在冻融环境下的工作机理与计算模式的研究提供依据.     

冻融循环作用下透水再生混凝土损伤分析及寿命预测

为了研究冻融循环作用下透水再生混凝土的损伤情况及寿命预测方法,基于透水再生混凝土发生疲劳破坏和冻融破坏的冻融机理相类似,采用了分析疲劳破坏的方法,对透水再生混凝土冻融循环损伤进行研究。结果表明:试验数据中冻融循环次数较好地服从两参数Weibull概率分布,并基于Weibull分布模型,推导出不同损伤度下考虑再生混凝土粗骨料取代率影响的分布模型参数及冻融循环次数,提出了相应的损伤度演化方程,为透水再生混凝土冻融损伤寿命预测提供依据及参考。     

纤维混凝土盐冻损伤研究

对普通混凝土、聚丙烯纤维混凝土、PVA纤维混凝土以及混杂纤维混凝土进行快速盐冻循环试验。通过质量损失率和相对动弹性模量来分析不同种类纤维混凝土试样的盐冻损伤情况,并对试验数据分别进行多项式和指数拟合,建立纤维混凝土盐冻损伤演变方程。结果表明:在混凝土中掺加纤维有助于提高混凝土的抗盐冻性,其中混杂纤维混凝土抗盐冻的效果最好。纤维混凝土盐冻损伤演变方程中的多项式拟合精度高于指数拟合,说明该方程能较好的表征本试验纤维混凝土盐冻损伤演变过程。