基于科式芽孢杆菌矿化沉积的混凝土裂缝自修复性能试验研究

混凝土材料具有脆性大、抗拉强度较低等特点,导致其内部或表面难以避免出现微裂缝。基于微生物矿化沉积的裂缝自修复技术能够有效地实现混凝土裂缝的自诊断和自修复。以具有嗜碱特性的科式芽孢杆菌为自修复剂,以膨胀珍珠岩为修复剂载体,研制出一种新型裂缝自修复混凝土。分别对普通混凝土、采用直接掺菌的混凝土和研制的自修复混凝土的裂缝自修复能力进行试验研究。试验结果表明,在裂缝修复早期,裂缝内表面未水化胶凝材料的水化反应致使裂缝宽度小于0.2 mm的普通混凝土试件具有较好的自修复能力;随着裂缝修复时间的增长,基于科式芽孢杆菌矿化沉积的混凝土试件具有更优异的自修复能力,水中养护28 d后研制的自修复混凝土最大修复裂缝宽度可达0.56 mm。研究结果可为混凝土裂缝自修复技术研究提供技术支持和依据。     

水溶性渗透结晶材料对混凝土性能影响的研究

水溶性渗透结晶(DPS)材料是在传统水泥基渗透结晶(CCCW)材料基础上发展起来的新型混凝土表面修护材料。借助平板开裂试验、渗水高度试验和透水速率试验,研究了DPS材料对混凝土抗压强度、早期抗裂性能、裂后自愈合能力和抗渗性能的影响。结果表明:DPS材料能够抑制混凝土的泛碱现象,降低早期裂缝的发生风险,提高混凝土抗压强度,并显著提高抗渗性能和裂缝自愈合能力;DPS材料的裂缝修复效果与DPS材料用量、裂缝宽度、养护时间有关,在DPS材料用量为250~350 mL/m^(2)时,早期裂缝降低率可达88.2%~95.0%,喷涂后比较经济的养护时长为7~14 d。     

基于微生物矿化沉积的裂缝自修复混凝土微观及物相分析

作为一种新型的混凝土裂缝修复技术,基于微生物矿化沉积的裂缝自修复技术具有裂缝自诊断自修复、能够实现裂缝的长期有效修复等特点。以膨胀珍珠岩为载体,以好氧微生物科氏芽孢杆菌为自修复剂,制备具有裂缝自修复功能的混凝土,并通过裂缝宽度观测、SEM及XRD等方法分析其修复效果。结果表明:膨胀珍珠岩的空腔可为孢子提供足够的生存空间以及良好的附着点;经修复养护后,微生物自修复混凝土在宏观与微观上均表现出较好的裂缝修复效果;XRD分析表明,微生物自修复混凝土在裂缝处的矿化产物为方解石。     

乳酸钙掺量对微生物自修复混凝土裂缝修复宽度与抗压强度的影响

基于微生物矿化沉积的混凝土裂缝自修复技术可以有效地对混凝土裂缝进行修复。营养物质作为微生物代谢反应过程中的底物,其掺量可能对自修复混凝土的裂缝自修复能力及基本力学性能产生较大的影响。课题组以科氏芽孢杆菌为裂缝自修复剂、以膨胀珍珠岩作为自修复剂的载体,以乳酸钙作为营养物质,研制出一种新型裂缝自修复混凝土,主要考察了乳酸钙掺量对该混凝土的裂缝自修复能力与抗压强度的影响。试验结果表明,研制的裂缝自修复混凝土表现出良好的裂缝自修复能力,28 d修复养护后的裂缝最大修复宽度可达0.67 mm;随着乳酸钙掺量的增加,混凝土抗压强度呈现出先上升后下降的趋势,当乳酸钙掺量为胶凝材料质量分数的1.05%时,相比未掺乳酸钙的对照组增加了16.3%。     

橡胶混凝土梁裂缝分形理论分析

通过实验研究橡胶混凝土梁和普通梁在集中荷载下受弯性能,探讨橡胶粉对混凝土梁的承载力、裂缝宽度的影响。实验结果表明：两种梁表面裂缝分布都具有统汁意义上的自相似性;在同一荷载等级下橡胶混凝土梁的最大裂缝宽度小于普通混凝土最大裂缝宽度,胶粉的加入改善混凝土材料抗裂性能;利用分形理论求出各荷载等级下表面裂缝分维值,并建立起表面裂缝分维值与最大裂缝宽度间关系。     

减缩剂、膨胀剂、减水剂与混凝土的抗裂性

采用受限圆环法研究了减水剂、减缩剂和膨胀剂对混凝土抗裂性的影响。试验结果表明,减水剂不仅提早混凝土开裂时间;而且增加裂缝数量;掺膨胀剂混凝土即使只养护1d,也能延迟裂缝的产生,减少裂缝数量,但裂缝发展速度较快、宽度较大。因此,必须加强早期养护;减缩剂能大大推迟裂缝的产生时间,且裂缝发展速度慢、宽度小,具有良好的抗裂效果。     

水泥基渗透结晶型防水涂料自修复性能的研究

研究了混凝土不同裂缝宽度、涂刷龄期及混凝土强度对水泥基渗透结晶型防水涂料自修复效果的影响,并改进修复方法。结果表明:迎水面1 mm以下裂缝宽度可完全不透水,有防水作用;背水面0.3 mm以下的裂缝宽度可以修复,且裂缝宽度越小、涂刷龄期越早,自修复越快效果越好;在C30、C15混凝土中,28、35、56 d的涂层抗压强度均高于基准组,1 d涂覆涂层优于7 d涂覆涂层,且C15较C30混凝土的涂层、预压80%涂层和压破涂层对力学性能提高与修复的效果更好。     

异性混凝土叠浇梁抗剪性能试验研究

综合利用普通混凝土的高抗压性能及陶粒混凝土良好延性及自重轻的优点,研究上部采用普通混凝土、下部采用陶粒混凝土的新型叠浇梁的抗剪力学性能。通过制作5根下部采用陶粒混凝土、上部采用普通混凝土叠浇而成的简支梁和1根全陶粒混凝土简支梁,并进行抗剪性能试验研究,分析不同配箍率和叠浇间隔时间对叠浇梁的挠度、最大斜裂缝宽度、箍筋应变和极限承载力的影响,研究叠浇梁的破坏形态及叠浇梁的整体性。结果表明,随着配箍率的增大,跨中挠度和最大斜裂缝宽度减小,极限承载力增大。适当增长叠浇间隔时间,能够提高叠浇梁抗剪性能。叠浇梁的工作整体性良好,具有可推广性。     

水性渗透结晶材料对混凝土裂缝修复性能的影响研究

为研究水性渗透结晶材料对裂缝修复性能的影响,测试了不同养护湿度、龄期及预制裂缝宽度下混凝土的跨缝超声声速和沿缝劈裂抗拉强度,并对裂缝处混凝土进行SEM和XRD测试。结果表明,水性渗透结晶材料对混凝土裂缝具有较好的修复性能。随着养护龄期延长,试件的超声声速和劈裂抗拉强度均有所提高,其中养护湿度越大提高越明显,混凝土裂缝处修复效果越好;在相对湿度较高(85%、100%)时,水性渗透结晶材料能有效修复0.3 mm以内的裂缝;在相对湿度较低(40%)或裂缝宽度≥0.5 mm时的修复效果不显著;该材料使预制裂缝处形成了大量针状和线状的碳酸镁钙晶体,结晶机理与沉淀反应结晶机理类似。     

高性能修复剂对混凝土抗渗性和抗盐冻性能影响的研究

以氯化胆碱为促进剂,超细二氧化硅为活化剂,沸石粉为反应助剂,52.5~#普通硅酸盐水泥为粘结剂,石英砂为结构增强剂,搅拌混匀后,将其与水按照0.4∶1比例,配置成混凝土用修复剂涂覆于混凝土试件表面,标准养护后便得到自修复混凝土试件。考察了自修复混凝土在标准养护条件下抗渗性能,采用混凝土快速冻融试验机和动弹仪对试件分别在Na_2SO_4、MgSO_4、NaCl溶液侵蚀下抗盐冻性能进行了考察。结果表明:自修复混凝土抗渗性、抗盐冻性能得到了明显的改善,一次抗渗压力(28 d)、二次抗渗压力(28 d)均明显高于基准混凝土抗渗压力,在NaCl溶液中,经冻融循环200次后,自修复混凝土质量损失率较基准混凝土减少了45%,其相对动弹模量较基准混凝土下降趋势更缓。     

The effects of hydraulic pressure and crack width on water permeability of penetration crack-induced concrete

Cracks in concrete generally interconnect flow paths and increase the permeability of concrete. The increase of permeability due to gradual crack growth allows more water or aggressive chemical ions to penetrate the concrete and facilitate deterioration. This research aims to study water permeability and how it is affected by hydraulic pressure and crack widths in cracked concrete.Tests were carried out as a function of hydraulic pressure and crack width, using the splitting and reuniting method to manufacture concrete specimens with controlled crack widths. Crack widths were examined using a microscope. The results showed a considerable increase in water transport as crack width and hydraulic pressure increased. But when the crack width was smaller than 50 μm, it had little effect on concrete permeability. Due to autogenous healing, the water flow through such cracks was gradually reduced over time. However, when the crack width was between 50 and 100 μm and hydraulic pressure was greater than 0.025 MPa, concrete permeability increased rapidly.     

Hydro-mechanical interaction analysis of high pressure hydraulic tunnel

The reinforced concrete lining of hydraulic tunnel cracks under high internal water pressure and the high pressure water will leak off from the crack surface, which is a typical hydro-mechanical interaction problem. Unfortunately, the analytical and numerical methods used in current engineering practice for simulating the hydro-mechanical interaction of the lining and surrounding rock do not adequately account for the effects of the cracking of lining as well as the conditional cooperation between them. When lining cracks under high internal water pressure, the tensile strain of concrete and reinforcement presents to be nonuniformity and the lining would detach from the surrounding rock in a certain condition. In this paper, the nonuniformity coefficients of reinforcement strain and concrete strain are introduced to compute the secondary permeability of cracked lining and a water-filled joint (WFJ) element is developed to simulate the conditional cooperation between the reinforced concrete lining and surrounding rock. Thus an equivalent coupling method is adopted to calculate the hydro-mechanical interaction in hydraulic tunnel. The results show that the reinforcement stress obtained by the new method and the observed data match well. The phenomenon that the reinforcement stress stays at a lower value in the reinforced concrete tunnel with high internal water pressure is verified.     

混凝土损伤自修复仿真分析与试验研究

利用修复胶粘剂对裂缝的填充及修复特性,研究了一种内置胶囊自修复混凝土。通过有限元分析软件ANSYS,对内置胶囊混凝土的损伤自修复全过程进行了计算分析,揭示了损伤自修复的机理。通过试验验证了计算分析方法的正确性和合理性。试验结果表明:内置胶囊混凝土具有良好的自修复能力,一旦混凝土中出现损伤或裂缝,修复胶囊及时破裂,其中的修复胶粘剂流出,使其修复;修复后的混凝土试件,其性能有所提高。     

可用于水下混凝土结构裂缝修补的注浆材料

根据水下结构混凝土裂缝的饱水特征,设计一种高性能注浆修补材料。以流动性和水下抗分散性为首要设计指标,调整各组成材料之间的匹配关系,选择3组性能较好的注浆料进行对比试验,探讨其各方面的性能。各原材料之间的配合关系和水灰比的变化,都会对注浆料的流动性、凝结时间、黏度和强度等性能产生显著影响。所设计的注浆料性能良好,且对母体材料的裂缝基面有良好的粘结性能,可用于水下混凝土结构裂缝的修补。     

内置纤维胶液管钢筋混凝土梁裂缝自愈合行为试验和分析

混凝土及其结构能够自动适应环境, 在受到损伤后能够自行愈合, 是解决结构中的混凝土材料损伤的最佳途径。本文根据生物体损伤愈合的原理, 设计了一种具有裂缝自愈合行为、内置纤维胶液管的钢筋混凝土梁,混凝土受拉开裂时, 纤维胶液管破裂, 其中的修复胶粘剂流出, 愈合裂缝。首先, 分析了修复纤维对混凝土自愈合效果的影响因素; 然后, 从修复纤维微分单元的平衡状态, 得到了修复纤维能及时发挥修复作用的合理参数;最后, 通过三分点弯曲试验, 验证了梁的裂缝自愈合能力; 分别采用不同的修复胶粘剂进行了试验, 得到了一种适合钢筋混凝土梁裂缝自愈合的理想胶粘剂。     

UHPC-T梁抗弯性能试验研究与理论计算

为研究配筋率和预应力对超高性能混凝土T梁(UHPC-T梁)抗弯性能的影响,设计并制作了4根UHPC-T梁与1根普通混凝土T梁,采用三等分点抗弯试验研究了T梁加载破坏的全过程特征,并采用理论公式计算了T梁的开裂弯矩和极限弯矩等关键性能参数。结果表明:配筋率对UHPC-T梁开裂荷载的影响不大; 相同配筋率下,预应力UHPC-T梁的极限承载力约为UHPC-T梁的1.4倍,UHPC-T梁的极限承载力约为普通混凝土T梁的2倍,表明预应力和UHPC均可明显提升T梁的极限承载能力; 与普通混凝土T梁相比,UHPC-T梁裂缝细而密,加载初期最大裂缝宽度发展较慢,裂缝宽度及其数量明显减少; 与UHPC-T梁相比,预应力UHPC-T梁能有效抑制裂缝的生成与发展,表明预应力和UHPC能改善T梁的抗裂性能; 各试验梁跨中正截面混凝土应变与荷载基本呈正比例关系,表明平截面假定同样适用于预应力UHPC-T梁与UHPC-T梁; T梁的理论开裂弯矩和极限弯矩均与相应的试验结果吻合较好,且两者之间的相对误差小于20%,满足工程设计要求。     

粉煤灰对受弯开裂钢筋混凝土内氯离子侵蚀的影响

为了研究粉煤灰掺量对受弯开裂钢筋混凝土中氯离子侵蚀过程的影响,采用三点受弯的方法将粉煤灰掺量(质量分数)分别为0%,15%和30%的混凝土梁进行两两自锚,并将不同开裂状态下的试验梁放置于5%(质量分数)的NaCl溶液中进行干湿循环侵蚀试验.结果表明：干湿循环作用下,受弯开裂混凝土的表层对流区深度在10~20mm,且随着裂缝宽度的增加,对流区深度逐渐增大;混凝土的氯离子渗透性能随着弯曲裂缝宽度的增大而提高;粉煤灰掺量在15%以上时能有效改善开裂混凝土的抗氯离子渗透性能,其等效氯离子扩散系数是普通混凝土的1/8~1/6;扩散分析时,混凝土损伤劣化效应系数K与裂缝宽度w,粉煤灰掺量f可用指数关系进行拟合.     

裂缝、表面防水处理对混凝土耐久性的影响

混凝土结构普遍存在着大量的裂缝,在恶劣的环境条件下,一些裂缝成为侵蚀性离子进入混凝土的便捷通道,降低了混凝土的耐久性.侵蚀性离子如氯离子的传输离不开水的作用,如果混凝土表面和裂缝面的部分或者全部是斥水的,则可有效阻止氯离子的侵入.有机硅防水剂作为一种新型的防水剂,能够在混凝土的表层形成一个隔离层,实现减少氯离子侵入的目的.试验中所用的防水剂为有机硅液态防水剂.结果表明,从0.1mm到0.4mm的裂缝宽度范围内,不管防水处理是在裂缝出现之前还是之后进行,沿裂缝的氯离子含量都有大幅度的下降;同样宽度裂缝条件下,在裂缝出现之后进行防水处理,沿裂缝氯离子含量比先进行防水处理小一些.     

湿态混凝土抗压强度与本构关系的细观力学分析

采用细观断裂力学的方法研究湿态混凝土在外部荷载的作用下，裂纹及孔隙中水压力的大小和影响因素及其对混凝土受力性能的影响。根据湿态混凝土中裂纹的扩展规律，采用分枝型裂纹来研究湿态混凝土的抗压强度，利用能量等价原理来探讨湿态混凝土的本构关系和损伤特征。研究结果表明：（1）分枝型裂纹模型可较好地反映混凝土的体积变形和强度特征；（2）混凝土中的孔隙水压力减小阻碍混凝土开裂的摩阻力，因而加速混凝土的损伤和微裂纹的扩展；（3）与干燥态的混凝土相比，湿态混凝土的抗压强度降低，峰值应变减小，在同一应力水平下湿态混凝土的侧向变形增大。     

掺粉煤灰和引气剂混凝土渗透性与强度的关系

与同强度等级的普通混凝土相比，掺粉煤灰混凝土的28d渗透系数较高，而90d渗透系数较低；混凝土引气后其抗渗性能有较大幅度的提高．在分析了各种类型混凝土的渗透系数与抗压强度之间的相关性后发现：普通混凝土抗压强度与渗透系数的线性相关性较好，而粉煤灰混凝土、引气混凝土及粉煤灰引气混凝土抗压强度与渗透系数的线性相关性相对较差。