碳化环境下钢纤维混凝土基本性能试验研究

以混凝土强度等级、钢纤维体积率、碳化时间为变化参数,进行了碳化环境下混凝土、钢纤维混凝土和钢纤维高强混凝土试件的基本性能试验,测试了不同碳化时间混凝土和钢纤维混凝土的抗压强度、劈拉强度、抗折强度以及碳化深度,探讨了钢纤维对混凝土碳化性能的增强机理.研究结果表明:混凝土强度等级、碳化时间等对钢纤维混凝土的基本力学性能和碳化深度具有较为显著的影响,高强钢纤维混凝土具有较高的抗碳化能力;钢纤维体积率对钢纤维混凝土的抗碳化性能具有一定程度的影响.     

冻融损伤喷射混凝土本构关系及微观结构

采用棱柱体试件,通过快速冻融试验方法,对冻融损伤后同配合比普通混凝土、喷射混凝土及钢纤维喷射混凝土单轴受压应力应变全曲线进行研究。对应力应变关系中相关参数进行回归分析,得出冻融循环后试件应力应变全曲线方程。结果表明：随着冻融循环次数增加,受压应力应变曲线趋于扁平;峰值应力降低,峰值应变增大,分别与冻融循环次数呈线性和指数变化。与普通混凝土相比,喷射混凝土峰值应力下降速率小,而钢纤维喷射混凝土的下降速率进一步减小。而后,采用扫描电子显微镜及压汞法,对损伤后试件微观结构和孔结构进行观察分析,发现随着冻融循环次数增加,在渗透压和冻胀压力综合作用下,试件内部微裂纹及气孔增多,孔径增大,试件密实度显著降低;而钢纤维喷射混凝土中仅出现少量连通毛细孔,这与宏观力学性能变化呈现一致性。     

再生混凝土抗碳化性能试验研究及理论分析

通过快速碳化试验,以再生骨料掺量、水灰比、水泥用量、原始混凝土强度和矿物掺合料为影响因素,对再生混凝土的碳化性能进行研究。试验结果表明：再生混凝土的碳化深度随水灰比、再生骨料掺量的增加而减小,随原始混凝土强度的增大和水泥用量的增加而增大,适量添加矿物掺和料能降低再生混凝土的碳化深度,提升其抗碳化性能。在已有的普通混凝土碳化模型研究基础上,结合本试验和中国其他学者的试验数据,建立了再生混凝土碳化深度预测模型,模型预测结果与试验值吻合较好。     

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。     

养护方式对再生混凝土抗碳化性能的影响

通过实验室加速碳化试验,研究了养护方式和再生粗骨料取代率对混凝土抗碳化性能的影响。结果表明,在其他条件不变的情况下,养护剂养护下混凝土的碳化深度最小,洒水养护和覆膜养护下混凝土的碳化深度依次增大。混凝土碳化深度随再生粗骨料取代率的增加而增大,与普通骨料混凝土相比,再生粗骨料取代率为50%的混凝土部分碳化区尺寸和碳化前沿深度分别增大了7.5%和23.7%,而再生粗骨料取代率为100%的混凝土两者分别增大了21.3%和55.3%。通过吸水特性试验分析了养护方式及再生骨料取代率对混凝土抗碳化性能的影响机理,结果表明,养护剂养护下的混凝土毛细吸水系数最小,洒水养护和覆膜养护下混凝土的毛细吸水系数依次增大;混凝土毛细吸水系数随再生粗骨料取代率的增加近似呈线性增大。     

钢纤维混凝土冻融和碳化后力学性能试验研究

通过对混凝土试件进行室内快速冻融和碳化试验,测试并分析了混凝土试件在冻融循环和碳化作用后的基本力学指标,探讨了钢纤维体积率、混凝土强度等级、冻融循环次数及碳化龄期对混凝土基本力学性能的影响.试验结果表明:冻融循环损伤了混凝土的力学性能,强度较低混凝土力学性能的损伤较强度较高为严重;碳化对混凝土的密实性有加强作用,并会提高其相对抗压、劈拉强度.适量的钢纤维掺量和较小的水灰比改善了混凝土微观结构,抑制了混凝土的冻融速度,提高了混凝土的抗裂性能和抗碳化性能.     

桥梁钢-混结合段用高强自密实钢纤维混凝土性能研究

研究了不同水灰比和钢纤维掺量对自密实钢纤维混凝土工作性能和抗压强度的影响,并对自密实钢纤维混凝土试件进行碳化试验、抗氯离子渗透性能及抗水渗透性能试验。现场采用1m×1m×1m的配筋试模箱进行浇注模拟实验,分析不同浇注工艺对混凝土性能影响。结果表明:当水灰比由0.32增至0.34时,试件的初始坍落度和坍落度扩展度分别由170mm/445mm增加到260mm/655mm,其试件7d和28d的抗压强度分别降低了34.5%和15.8%;当钢纤维掺量为50kg/m3时,混凝土试样的流动性能最佳,且试件的强度随钢纤维掺量增加而增大。当水灰比为0.34时,试件的抗碳化性能、抗渗透性能良好,而抗氯离子性能随钢纤维掺量的增加呈上升趋势。现场模拟实验显示,与稍加振捣的试件相比,不加振捣的自密实钢纤维混凝土内部结构更密实,钢纤维分布均匀,7d强度为57.6MPa。     

硝酸侵蚀喷射混凝土NO_3~-扩散研究

以一般大气环境喷射混凝土衬砌长大公路隧道为背景,以汽车尾气中氮氧化物与水的主要产物硝酸为侵蚀介质,开展喷射混凝土硝酸浸泡试验,研究喷射混凝土衬砌结构耐久性能退化规律.采用固液萃取法和电化学分析法,测试侵蚀喷射混凝土pH值和NO_3~-含量,分析浸泡龄期、硝酸溶液pH值、钢纤维和混凝土成型方式等因素对喷射混凝土pH值和NO_3~-扩散的影响,研究硝酸侵蚀喷射混凝土物理力学性能劣化机理.结果表明,硝酸侵蚀喷射混凝土pH值高于模筑混凝土,而NO_3~-含量较低,喷射混凝土硝酸侵蚀耐久性优于模筑混凝土.侵蚀溶液pH值不大于2时,钢纤维喷射混凝土pH值和NO_3~-含量分别大于和小于普通喷射混凝土.综合分析钢纤维喷射混凝土物理力学性能、pH值及NO_3~-含量,钢纤维对提升低pH值硝酸侵蚀喷射混凝土耐久性能具有明显的作用.     

弯曲荷载作用下钢纤维混凝土碳化性能

实际情况中荷载会对混凝土的耐久性退化规律产生影响,通过开展弯曲荷载作用下钢纤维混凝土的快速碳化试验,研究钢纤维掺量以及应力状态、应力水平对钢纤维混凝土碳化深度的影响规律.结果显示:弯曲荷载对钢纤维混凝土的碳化深度产生了影响,钢纤维混凝土的碳化深度在弯曲拉应力作用下增大,并且随着拉应力水平的提高持续增大;一定水平的弯曲压应力对于钢纤维混凝土的碳化起到抑制作用.适量的钢纤维能够降低弯曲荷载对基体混凝土碳化深度的影响,但当纤维掺量较大时,这种降低效果不再明显.本次试验中,体积掺量为1.5%的钢纤维混凝土在各种应力状态下的碳化深度均为最小,并且受荷载水平的影响也最小.     

碳化钢纤维混凝土弯折性能的试验研究

通过对43组129个100 mm×100 mm×100 mm的混凝土立方体试件进行试验研究,以钢纤维体积率、混凝土强度等级和碳化龄期为变量,研究了不同体积率、不同强度等级的钢纤维混凝土在不同碳化龄期下弯折性能的变化规律,探讨了钢纤维对混凝土抗折强度的影响机理.试验结果表明,混凝土基体强度等级较高时,随着碳化龄期和钢纤维体积率的提高,碳化后混凝土弯折性能改善比较显著,对基体强度等级为C30、体积率分别为1.0%和2.0%的钢纤维混凝土碳化3 d7、d1、4 d、28 d后,相对抗折强度分别为0.98,1.11,0.91,1.21和0.92,1.24,1.23,1.39.     

超高韧性水泥基材料的制备技术

分别采用活性粉末混凝土（RPC）和渗浇钢纤维混凝土（SIFCON）两种制备工艺,根据水泥基材料结构的多尺度特征,研究了由碳酸钙晶须和微钢纤维复合增强的超高韧性水泥基材料（Ultra-High-Toughness Cementitious Composite,简称UHTCC）的制备技术,测试UHTCC不同配比的抗压强度、抗折强度、抗弯强度以及单轴拉伸性能,采用折压比、韧性指数等多个指标对UHTCC的韧性进行了评价。试验表明：UHTCC的抗压强度、抗折强度、抗弯强度以及延性和韧性都远高于普通钢纤维混凝土,其抗弯强度最高达65.1 MPa、韧性指数I₂₀最高达49.21,单轴拉伸试验时呈现明显的假应变硬化行为,极限拉应变可达4%~8%。相对而言,利用SIFCON工艺制得的水泥基材料韧性更高。     

反复荷载作用下碳化混凝土应力-应变关系试验

为研究碳化对混凝土反复受压力学性能的影响,对两种强度等级混凝土棱柱体试件进行了快速碳化与反复加卸载试验.结果表明:随着混凝土碳化深度增大,试件破坏脆性越明显,混凝土初始弹性模量、割线模量以及峰值应力均有不同程度增长,而其峰值应变却明显降低,共同点轨迹线越发偏离包络线,包络线下降段明显变陡,卸载曲线越发凹曲,再加载曲线更为平缓,变形恢复滞后现象越来越明显.在试验研究基础上,提出反复荷载作用下碳化混凝土应力-应变关系数学函数模型.     

玄武岩纤维喷射混凝土在热害环境下的性能试验研究

以隧道热害问题为背景,通过模型试验、近似模拟湿喷技术、定量分析及微观测试相结合的方法研究不同掺量玄武岩纤维喷射混凝土劈裂强度和粘结强度等力学性能的影响,横向对比标准养护和干热养护下的不同体积掺量的玄武岩纤维混凝土的力学性能,同时也加入硅灰以及钢钎维作为参照,以便从机理程度上提出更有效的解决热害措施。试验研究表明:在混凝土中加入玄武岩纤维,对混凝土起到了增强和阻裂的作用,改善了混凝土的脆性易裂的破坏状况。干热环境下,加入少量的玄武岩纤维能够提高混凝土的力学性能。当玄武岩掺量为0.1%玄+5%硅灰时,喷射混凝土的力学性能最好,加入0.2%玄武岩纤维掺量,也有一定程度的改善。实际隧道施工中,可通过加入适量的玄武岩纤维和适量的硅灰,可降低混凝土在热害环境下的危害。     

玄武岩纤维贫混凝土力学性能研究

从贫混凝土基层的复合式路面的使用状况来看,反射裂缝的问题比较突出.玄武岩纤维贫混凝土是一种能有效减弱或者避免贫混凝土产生反射裂缝的新型混合料.通过一系列室内试验,对玄武岩纤维贫混凝土的抗压强度、抗弯拉强度、抗冲击能力以及静力抗压弹性模量等力学性能进行了系统研究.得出玄武岩纤维最佳掺量为混合料总质量的2.0‰,最佳掺量范围为3～6 kg/m3.掺入玄武岩纤维后,能大幅提高贫混凝土的早期抗压、抗弯拉强度,且28 d龄期的纤维贫混凝抗压强度和抗弯拉强度也较一般贫混凝土提高了20%以上;可使贫混凝土具有良好的抗冲击性能,较普通贫混凝土提高了近1/3倍;可提高贫混凝土材料的静力抗压弹性模量,但提升幅度不大.     

Investigation of Sulfate Attack Resistance of Shotcrete under Dry-wet Cycles

In order to research the sulfate attack resistance of shotcrete, the sulfate attack of shotcrete in the presence and absence of steel fiber was experimentally studied by using dry-wet cycle method. Meanwhile, compared with ordinary concrete by the same mixture, the difference of sulfate attack resistance of shotcrete was studied. The experimental results showed that, with dry-wet cycles increasing, the changes of loss rate of relative dynamic elastic modulus and mass loss rate of specimens included three stages: initial descent stage, stable stage, and rapid descent stage, respectively. However, the changes of mechanical properties first increased and then decreased. Furthermore, the corrosion products of shotcrete after sulfate attack were observed by using the method of XRD, thermal analysis, and SEM, respectively, and the failure mode of shotcrete turned from ettringite destruction to ettringite-gypsum comprehensive failure. Meanwhile, the contents of ettringite and gypsum increased with increasing dry-wet cycle. Simultaneously, the stratified powders drilled from shotcrete under 150's dry-wet cycle were analyzed for the mineral phase composition and thermal analysis. With the drywet cycle increasing, the content of ettringite first increased and then decreased and tended to stable. However, the determination of gypsum decreased gradually and even to 0 when the depth was more than 12 mm.     

Effect of Acid Rain Erosion on Steel Fiber Reinforced Concrete

Acid rain can deteriorate the performance of reinforced concrete structure.Combined with the characteristics of acid rain in China,the properties of steel fiber reinforced concrete subjected to acid rain were studied.The effects of steel fiber content and pH value of acid rain on the mass loss,erosion depth,neutralization depth,and splitting tensile strength of tested concrete were investigated.The mercury intrusion pore(MIP) test was used to analyze the influence of steel fiber on the acid rain resistance of concrete matrix.The results show that the corrosion of steel fiber reinforced concrete subjected to acid rain results from the combined effect of H~+ and SO_4~(2-) in the acid rain,and steel fiber can improve the acid rain resistance of the tested concrete by improving the pore structure and enhancing the tie effect of the concrete matrix.The experiment further indicates that the optimum content of steel fiber is 1.5%compared to the various mixing proportion in this tests.The tested concrete mass loss and splitting tensile strength decrease followed by increasing as a function of corrosion time when the pH value of the simulation solution is 3 or 4,while they decrease continuously in the simulation solution at pH 2.Thanks to the tie effect of steel fiber,the spalling of concrete matrix is significantly improved,and the erosion depth and neutralization depth are less than those of conventional concrete.     

尾矿砂钢纤维喷射混凝土在铁矿巷道中的应用

为了解决铁矿巷道开采过程中采用尾矿砂钢纤维喷射混凝土作为巷道单层衬砌的应用问题,以尾矿砂取代天然河砂作为细骨料配制钢纤维喷射混凝土,并对不同钢纤维掺量的喷射混凝土进行了抗压、抗折、劈拉等力学性能试验,得到了喷射混凝土的最优配比及钢纤维掺量对混凝土的影响.采用ANSYS对铁矿软弱岩层进行数值模拟分析,探讨了最佳衬砌厚度下巷道开挖后的计算结果,通过分析获得了尾矿砂钢纤维喷射混凝土的合理喷层厚度.结果表明,混凝土中钢纤维的掺入量为40 kg/m3时混凝土的力学性能达到最佳,并且混凝土的密实性、耐久性和质量稳定性亦有所加强,但抗压强度的提高不十分明显.     

钢纤维再生混凝土劈拉强度试验研究

通过钢纤维再生混凝土立方体试件的劈拉强度试验,研究了钢纤维体积分数(0.0%～2.0%)、3种钢纤维类型(MF,SF,BF)、再生粗骨料处理方式以及试件尺寸变化对再生混凝土劈拉性能的影响.结果表明:钢纤维的加入显著提高了再生混凝土的劈拉强度,当纤维体积分数超过1.5%后,钢纤维再生混凝土的劈拉强度接近甚至超过天然钢纤维混凝土;钢纤维类型对再生骨料钢纤维混凝土影响显著,钢纤维对再生混凝土和天然混凝土的增强效果比较接近,其中BF钢纤维增强效果最好;尺寸效应对钢纤维再生混凝土的影响比天然钢纤维混凝土显著;再生骨料处理方法对钢纤维再生混凝土的劈拉强度也有一定的影响;现行钢纤维混凝土劈拉强度计算公式仍适用于钢纤维再生混凝土.