硬化期受扰动混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能

凝结硬化期间的施工扰动,可能使混凝土产生砂浆微裂缝与骨料位移,进而影响其强度及耐久性.为分析硬化期扰动对混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的影响,采用振动台模拟工程扰动,借助超声波和扫描电子显微镜(SEM)等测试手段,系统研究了硬化期受扰混凝土抗硫酸盐侵蚀的劣化规律,探讨了其损伤劣化机理.结果表明:临近初凝(贯入阻力值为3.5～11.5 MPa)和临近终凝(贯入阻力值为19.5～28.0 MPa)的扰动对混凝土影响较小,受侵蚀后试件质量和相对动弹模量的变化规律与未受扰混凝土基本一致.硬化中期(贯入阻力值为11.5～19.5 MPa)的扰动对混凝土性能影响明显,使混凝土抗压强度降低14％,抗折强度降低20％;硫酸盐腐蚀进程中,混凝土质量在90次循环后开始出现明显下降,相对动弹模量在130次循环后出现急剧下降,经250次循环后达到0.60,此时基准混凝土的相对动弹模量仍为0.90;SEM结果表明,受扰混凝土内部微裂纹增多,结构密实性变差,硬化期扰动加速了混凝土在硫酸盐侵蚀环境下的劣化.     

改善桥梁加固混凝土性能的研究

在定义混凝土贯入阻力值与凝结初期、中期及后期对应关系基础上,利用超声法对混凝土凝结阶段受扰动后强度变化进行分析,并对桥梁加固混凝土的抗扰动机制进行研究;在此基础上,利用自制调凝型功能外加剂、抗裂增韧外加剂、自愈合功能外加剂提高混凝土的抗扰动性,即缩短混凝土早期受扰影响比较大的时间段(简称受扰期)、减少表面裂缝、提高受扰混凝土自行修补内部微裂纹以恢复强度性能的能力(简称自愈合性);利用正交试验分析3种改善途径的复合效应,研制出不中断交通桥梁加固混凝土功能外加剂的最佳配比:调凝型功能外加剂6%、自愈合功能外加剂9%、抗裂增韧外加剂0.18%(800g/m3)。     

混凝土抗硫酸盐侵蚀性能及其离子扩散影响因素研究

为了进一步解释混凝土受硫酸盐侵蚀劣化机理,研究了不同水胶比以及养护时间对全浸泡下混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的影响,分析了硫酸盐在混凝土中的扩散过程.试验制备了0.32、0.35、0.38这3种水胶比的普通硅酸盐水泥混凝土试件,对其质量、 动弹性模量、 抗压强度、SO42-浓度等指标进行分析.结果表明:全浸泡条件下,混凝土抗...     

硫酸盐侵蚀玄武岩纤维轻骨料混凝土力学性能研究

为增强轻骨料混凝土抗硫酸盐侵蚀性能,对不同掺量的玄武岩纤维轻骨料混凝土(BF-LAC)进行不同龄期的硫酸盐侵蚀试验,研究BF-LAC在硫酸盐侵蚀环境下的力学性能和劣化程度.采用浓度为5％的硫酸盐溶液侵蚀玄武岩纤维掺量为0％、0.1％、0.2％、0.3％的BF-LAC并每隔60 d测试抗压强度、劈裂抗拉强度、有效孔隙率和...     

稻壳灰橡胶混凝土抗冻融性能及微观结构

为研究稻壳灰橡胶混凝土(RRC)的抗冻融性能，对比分析在氯盐环境下冻融循环后，普通混凝土(Normal concrete,NC)、橡胶混凝土(Rubber concrete,RC)和RRC的质量损失、相对动弹模量损失、强度损失及微观结构特征，同时对相对动弹模量与相对抗压强度的关系进行拟合分析。结果发现：随冻融循环次数增加，稻壳灰橡胶混凝土表面坑蚀愈明显，内部孔隙增多，微裂缝发展并贯通，宏观强度显著降低，相对动弹模量与抗压强度有良好相关性，拟合结果较优。橡胶的高弹性和稻壳灰极高的火山灰效应有效缓解了冻胀力带来的损伤，各冻融阶段RRC的损伤程度均明显优于NC，其中以稻壳灰掺量(占胶凝材料质量比)为10%、橡胶掺量(等体积取代砂)为10%时的RRC力学性能与抗冻融性能综合最优，经历120次冻融循环后，其抗压强度损失率较NC降低了18%。     

低温硫酸盐侵蚀下水泥砂浆抗折强度预测模型低温硫酸盐侵蚀下水泥砂浆抗折强度预测模型

为了进一步揭示低温硫酸盐侵蚀条件下水泥砂浆抗折强度的发展规律,本文以不同配合比砂浆试件为研究对象,进行了20℃、10℃、5℃条件下的硫酸盐侵蚀试验,并对不同龄期的抗折强度进行了测试。试验结果表明:侵蚀过程中砂浆试件抗折强度呈现出先上升后下降的变化趋势,且明显受到温度影响,温度越低,侵蚀情况越严重,主要表现为整体强度下降,上升段可达到的最大值减小,劣化开始的时间提前。为考虑温度的影响,在Irassar模型的基础上,引入温度修正系数,提出了低温硫酸盐侵蚀过程中抗折强度的预测模型。模型的计算值与实测值吻合度更高,最大误差为9%,平均误差为2.3%,故该模型可较为准确的预测水泥砂浆在5~20℃硫酸盐腐蚀环境下抗折强度的发展规律。      

碱矿渣胶凝材料的固砂特性及抗硫酸盐侵蚀性能

碱激发注浆材料作为一种路基、基础加固的环保胶凝材料,其水化产物中不仅没有氢氧化钙,而且部分水化产物还具有吸附硫酸根离子的效果,因而碱激发注浆材料抗硫酸盐侵蚀效果优异,具有广阔的应用前景。本研究对比分析了氧化镁激发矿渣(GGBS-MgO)、氧化钙激发矿渣(GGBS-CaO)与水泥(PC)三种材料固结砂的固结特性及抗硫酸盐侵蚀性能,通过外观、无侧限抗压强度、质量变化率、物相与微结构变化揭示了其抗硫酸盐侵蚀的机理。结果表明:CaO激发可以获得相对更高的pH值,有利于矿渣中玻璃体内O-Si-O、O-Al-O键的断裂,形成更多的水化产物,从而具有更好的固结特性。与水泥固结砂相比,GGBS-MgO、GGBS-CaO固结砂的28 d无侧限抗压强度分别提升了42.2%和101.2%。在5%(质量分数)Na_2SO_4溶液中浸泡150 d时,PC组中氢氧化钙被消耗形成钙矾石和大量石膏等腐蚀产物,引起试件明显开裂,孔隙率增长82.8%,无侧限抗压强度仅为0.41 MPa;而GGBS-MgO、GGBS-CaO则在硫酸盐的持续激发下继续水化,并能吸附侵入的硫酸根离子形成类水滑石,强度持续增长,抗硫酸盐侵蚀性能明显提高。     

高密实多元复合水泥浆体组成设计与抗侵蚀性能研究

Cl^-与SO₄^2-侵蚀是造成海洋环境下水泥混凝土劣化的主要原因，掺入辅助胶凝材料(SCMs)是改善水泥浆体抗侵蚀性能的有效方法。引入细粒度、高活性胶凝材料能加速复合水泥力学性能的发展并改善其抗蚀性，但会造成浆体流变性差、收缩应力大、开裂风险高等问题。基于Dinger-Andersen颗粒级配模型，在硅酸盐水泥基础上引入细矿渣、粗粉煤灰以及偏高岭土活性组分，设计并制备了SCMs含量高达60%的高密实度多元级配复合水泥。研究结果表明:多元级配复合水泥强度接近硅酸盐水泥，抗Cl-与SO₄^2-侵蚀性能显著提升，采用快速氯离子迁移系数法(RCM)测得氯离子扩散系数降低81%,30次干湿循环硫酸盐侵蚀后耐蚀系数仍有77%。高密实度多元级配复合水泥浆体初始堆积密实、持续水化，使得孔隙显著细化，同时水化产物对氯离子固化作用强，有效阻滞有害离子向内部迁移。此外，SCMs的高效水化大量消耗Ca(OH)₂，抑制了二次钙钒石等侵蚀产物的生成。通过颗粒级配调控与组成设计，可充分发挥...     

碱矿渣高性能混凝土冻融耐久性与损伤模型研究

采用矿渣、Na2SiO3和NaOH复合激发剂制备了高性能碱矿渣混凝土(Alakali-slag Concrete,ASC),通过冻融循环试验、扫描电镜和能谱分析测试,研究了ASC的冻融耐久性、微观结构、性能机理、冻融后内部损伤变量的变化规律及损伤模型。结果表明:ASC抗冻等级在F300以上,具有优异的抗冻融耐久性;ASC的水化产物主要为低Ca/Si比的C-S-H(Ⅰ)、碱性铝硅酸盐和沸石型矿物等,没有Ca(OH)2和过渡带,结构的密实性和均匀性好,抗压强度高达90MPa,因此ASC具有优异的抗冻性;以相对动弹模量为损伤变量建立了ASC冻融损伤模型,发现动弹模量衰减模型的拟合精度优于冻融累积损伤模型,幂函数模型比指数函数模型有更好的拟合精度和相关性,模型能够较好地反映ASC的冻融损伤规律和损伤程度。     

矿粉改性高性能混凝土的力学性能和耐久性能研究

以S115矿粉为掺和料,制备了矿粉改性高性能混凝土,通过XRD、SEM、复合盐溶液干湿循环测试等手段,分析了矿粉取代率对混凝土的晶格结构、微观形貌、力学性能和耐久性能的影响。结果表明,适量矿粉的掺入能够加速水泥的水化反应速率,增加网格结构的致密度,从而改善混凝土的微观形貌,提高混凝土的强度。矿粉取代率的增大会降低水泥石前期的强度,显著提高水泥石后期的强度。当矿粉取代率为50%时,养护28 d的混凝土的抗压强度和抗折强度均达到了最大值,分别为52.5和7.4 MPa。矿粉取代水泥后,混凝土在复合盐溶液的侵蚀下相对动弹性模量和质量损失率的下降趋势变得平缓,在30次干湿循环后,矿粉取代率50%的混凝土的相对动弹性模量最高为88%,质量损失率最小为1.6%,抗盐溶液侵蚀性能最佳。混凝土的腐蚀产物主要是针状结构的钙矾石和块状的石膏,这些产物存在于混凝土的孔隙和裂纹中,多次干湿循环后体积膨胀产生了内部应力,生成了深裂纹,最终撑裂混凝土,使混凝土失效。综合可知,矿粉的最佳取代率为50%。     

对弹体侵彻混凝土靶体阻力函数计算公式的探讨

基于动态球形空腔膨胀理论,探讨了混凝土材料的单轴抗压强度、弹性模量、泊松比、压力硬化系数对阻力函数的影响,并指出,混凝土靶体的弹性模量和单轴抗压强度对阻力函数影响较明显,而泊松比和压力硬化系数的影响可以忽略不计。在此基础上,该文忽略泊松比和压力硬化系数的影响,通过引入弹性模量与单轴抗压强度的关系式,分别建立了基于弹性-断裂-塑性和弹性-塑性两种靶体响应模型下,同时考虑单轴抗压强度和弹性模量影响的阻力函数理论公式,并建立了弹体侵彻靶体的加速度时程计算模型。通过与不同尺寸弹体侵彻实验数据对比,验证了该文提出阻力函数表达式的适用性及其在加速度时程以及较大尺寸弹体侵彻深度计算中的优 越性。     

硫酸盐环境下混凝土裂缝矿物自愈合性能研究

研究了30%粉煤灰混凝土在4种预加载损伤程度下,于清水和5.0%硫酸盐环境中的裂缝矿物自愈合性能,并对其自愈合产物进行了微观测试。采用相对动弹模量和抗压强度的相对变化来表征裂缝自愈合程度,探讨了5.0%硫酸盐溶液、30%粉煤灰、4种预加载程度和4个自愈合养护龄期对混凝土裂缝矿物自愈合的影响。试验结果表明,5.0%硫酸盐在设计的自愈合养护龄期内可以促进预加载损伤混凝土相对动弹模量和抗压强度的恢复;无论清水还是硫酸盐养护溶液,只有预加载程度较大时,30%粉煤灰对混凝土相对动弹模量和相对抗压强度的恢复才有显著的促进作用;5.0%硫酸盐溶液养护环境中,混凝土自愈合后的相对动弹模量和相对抗压强度的恢复能力都随着预加载程度的增大而逐渐降低,在28d自愈合养护龄期结束后,其混凝土相对动弹模量趋于稳定;微观测试分析结果表明,5.0%硫酸盐环境中的混凝土裂缝矿物自愈合产物成分主要是碳酸钙和少量钙矾石。     

混凝土材料真实动态强度及率效应机理研究

混凝土的动态承载力包括真实动态强度和惯性承载力两部分,并且真实动态强度存在极限动态强度。以往的研究并没有区分真实动态强度和惯性承载力,过高地估计了混凝土的真实动态强度。该文研究了混凝土材料应变率相关强度的物理机制,将混凝土的宏观承载力分为真实动态强度和惯性效应引起的附加承载力,分别揭示了真实动态强度与惯性效应的物理机制。物理机制表明混凝土的真实动态强度不是无限增加的,而是存在一个极限值,这与混凝土材料非线性单轴动态S准则的规律相同。因此,利用S准则来描述混凝土的真实动态强度。通过与动态单轴压缩试验结果和动态单轴拉伸试验结果比较表明,S准则能够合理地描述混凝土材料的真实动态强度规律,并且能够很好地反映混凝土材料的极限动态强度。     

超高性能混凝土与普通混凝土的黏结抗冻性能

对147个超高性能混凝土与普通混凝土的100mm×100mm×100mm立方体黏结试件进行了冻融循环后的黏结性能研究,测量了冻融后试件的相对动弹性模量、质量损失率以及劈裂抗拉强度,研究了超高性能混凝土中的钢纤维掺量、普通混凝土的强度等级、黏结面形式、试件的浇筑方向等因素对黏结试件抗冻性能的影响。结果表明,冻融循环结束后,所有黏结试件中的超高性能混凝土部分都没有出现损伤,超高性能混凝土可以作为普通混凝土结构的理想外围护材料;随着冻融循环次数的增加,黏结试件的相对动弹性模量逐渐减小,质量损失率先降低后增加,黏结试件的劈裂抗拉强度线性下降;影响黏结试件冻融后劈裂抗拉强度下降速度的关键因素是超高性能混凝土中的钢纤维掺量和黏结面的形式。     

A preliminary study of RPC for repair and retrofitting materials

Abstract

This study aims to assess the performances of reactive powder concrete, RPC, as a new repair and retrofitting material and evaluate its durability in concrete members. One accelerated aging environment, namely a freeze‐thaw cycle acceleration deterioration test, was selected for the durability study of the repair materials. Before and after aging, the samples were evaluated by the bond strength (slant shear test), rebar pull out strength, and relative dynamic modulus NDT tests.

The test results show that the RPC displayed excellent repair and retrofit potentials, as it possessed high strengthening effect, bond strength, dynamic modulus and durability, as compared with other concretes. Using RPC or CFRP (carbon fiber reinforced plates) for strengthening concrete members one can obtain specific retrofit effects, but the costs are extremely different for these two materials.     

纳米碳纤维增强混凝土抗冻性能试验

对六种不同纳米碳纤维掺量的72个纳米碳纤维/混凝土试件进行了慢冻融循环试验,通过测量纳米碳纤维/混凝土经不同冻融循环次数作用后的抗剥落能力、质量损失率、相对动弹性模量和抗压强度损失率,研究了纳米碳纤维掺量对纳米碳纤维/混凝土抗冻性能的影响。另外进行了纳米碳纤维/混凝土的FE-SEM试验和压汞试验,分析了纳米碳纤维对纳米碳纤维/混凝土抗冻性能的微观改性机制。结果表明:纳米碳纤维通过改善混凝土的微观形貌,细化其孔隙结构,提高其整体性和密实度,显著改善了混凝土的抗冻性能;纳米碳纤维掺量为3vol%时,纳米碳纤维/混凝土的抗冻性能最佳。同普通混凝土相比,300次冻融循环后,纳米碳纤维/混凝土的相对动弹性模量提高了33.2%,抗剥落能力显著增强;相同冻融次数下,随着纳米碳纤维掺量的增加,纳米碳纤维/混凝土相对动弹性模量和抗压强度损失率均先增大后减小,质量损失率先减小后增大。但纳米碳纤维掺量最大为5vol%时,纳米碳纤维/混凝土的抗冻性能仍优于普通混凝土;冻融循环次数越多,纳米碳纤维对混凝土抗冻性能的改善作用越显著。      

纤维/高强混凝土抗冻性能试验

通过纤维/高强混凝土快速冻融循环试验,从试件外观损伤形态、相对动弹性模量、抗冻等级、抗冻耐久性指数角度,研究了不同纤维体积分数的玄武岩纤维、纤维素纤维和不同纤维长度的玄武岩纤维对C60高强混凝土抗冻性能的影响。结果表明,加入玄武岩或纤维素纤维可改善C60高强混凝土的外观剥落损伤程度。C60高强混凝土的抗冻性均随玄武岩纤维（长度为18 mm）和纤维素纤维体积分数的增大而提高,在体积分数0.10vol%~0.20vol%内,前者的提高程度远大于后者,玄武岩纤维/高强混凝土能在更严酷的寒冷环境中满足更久的使用时间。玄武岩纤维长度的改变对C60高强混凝土的抗冻性影响较大,相对于18 mm长度,6 mm和30 mm长度的玄武岩纤维对C60高强混凝土抗冻性能改善作用很有限。