不同冻融介质作用下再生骨料透水混凝土耐久性试验研究

为探索不同冻融介质下再生骨料透水混凝土的冻融耐久性,分别以清水和3.5wt％ NaCl溶液为冻融介质,分析比较了不同冻融环境下再生骨料透水混凝土质量损失、动弹性模量、剩余抗压强度、CT扫描断面平均孔隙率随冻融循环次数的变化规律.试验结果表明,不同冻融介质作用下,再生骨料透水混凝土的质量损失率、相对动弹性模量、平均抗压强度与CT扫描断面平均孔隙率的劣化程度均随冻融循环次数增加而逐渐增大,氯盐环境下更易引起再生骨料透水混凝土的冻融破坏;再生骨料透水混凝土相对剩余抗压强度与相对动弹性模量之间具有良好的相关性,可通过测量冻融后再生骨料透水混凝土相对动弹性模量来评估其剩余抗压强度;最后基于两参数Weibull概率分布函数建立了再生骨料透水混凝土冻融损伤演化方程,可用于表征不同冻融介质作用下再生骨料透水混凝土试件的冻融损伤破坏程度.     

持续荷载与冻融循环耦合作用下纤维混凝土损伤性能研究

为了研究纤维混凝土在持续荷载与冻融循环耦合作用下的损伤性能,开展了不同压应力水平(0、0.3、0.5)作用下的纤维混凝土冻融循环试验,研究了不同应力水平作用下试件质量损失、相对动弹性模量和抗压强度损失等参数随冻融循环次数的变化规律。结合损伤力学,以超声波波速为损伤变量,分析了冻融损伤与荷载耦合作用的变化关系,并基于Weibull分布建立了冻融损伤预测模型,推导出冻融损伤与抗压强度的演化方程。结果表明,随着冻融循环次数的增加,冻融损伤程度表现出加剧上升的现象,应力水平为0.3的耦合作用能减小纤维混凝土的冻融损伤,应力水平为0.5的耦合作用会进一步加剧纤维混凝土的冻融损伤。建立的损伤预测模型具备较高的可行性,能够较精准预测不同冻融循环次数后的损伤,推导的演化方程相关性较好,能灵活实现损伤与强度之间的转化。     

氯盐冻融耦合作用下再生混凝土损伤劣化规律

为了研究严寒盐渍环境中再生混凝土的损伤劣化规律,制备了再生粗骨料质量替代率为0%、50%、100%的再生混凝土进行氯盐冻融耦合作用下的试验研究,从外观形貌、质量损失率、相对动弹性模量和抗压强度等方面探讨混凝土损伤劣化规律。结果表明,氯盐冻融对再生骨料混凝土的破坏随再生骨料替代率的增加而增大。与冻融循环0次相比,冻融循环200次时100%替代率再生混凝土的质量损失率、相对动弹性模量、相对抗压强度分别下降为6.8%、54.2%、50.5%。建立了以抗压强度损失率为损伤变量的线性演化模型,模型可以较好地表征氯盐冻融作用下再生混凝土的损伤劣化规律,为严寒盐渍地区再生混凝土使用提供理论依据。     

冻融循环下沙漠砂纤维混凝土损伤模型研究

为研究冻融循环作用下沙漠砂纤维混凝土的损伤模型,对沙漠砂纤维混凝土进行0次、25次、50次、75次、100次、125次及150次的快速冻融试验,分析不同冻融循环次数后沙漠砂纤维混凝土相对动弹性模量、抗压强度及劈裂抗拉强度的衰减规律。结合试验数据,基于指数函数和二次函数建立沙漠砂纤维混凝土的冻融损伤劣化模型。结果表明:与沙漠砂混凝土相比,掺入聚丙烯纤维的沙漠砂混凝土的抗冻融能力有效提高;相对动弹性模量随冻融循环次数的增加而下降;与未冻融相比,150次冻融循环后,沙漠砂纤维混凝土的抗压强度降低了49.5%,劈裂抗拉强度降低了70.13%;建立了两种冻融循环下沙漠砂纤维混凝土损伤模型,其计算值与试验值吻合较好,可为沙漠砂纤维混凝土在严寒地区的应用提供理论参考。     

玄武岩纤维再生混凝土抗冻性能及损伤劣化模型

为了研究纤维再生混凝土的抗冻性能,提高寒区再生混凝土结构服役寿命,试验采用等体积再生骨料替代石子制备了5组不同玄武岩纤维掺量的再生混凝土,分别从质量损失率、相对动弹性模量、抗压强度和抗拉强度等方面探讨纤维再生混凝土抗冻性能损伤劣化规律。研究结果表明:冻融初期,再生混凝土质量损失率呈现负增长现象,相对动弹性模量、抗压强度和抗拉强度曲线随冻融循环次数的增加呈下降趋势;玄武岩纤维加入能够减缓再生混凝土冻融破坏,掺量为1.2 kg·m~(-3)时再生混凝土的抗冻性能最优;纤维加入对冻融作用下再生混凝土抗拉强度的作用效果优于抗压强度。建立了基于相对动弹性模量和强度为损伤变量的线性及多项式损伤劣化模型,模型可以准确预测纤维再生混凝土冻融损伤劣化程度。     

纤维混凝土抗冻性能及损伤劣化模型研究

为了提高寒冷地区建筑的安全性和使用寿命等问题,通过分析不同纤维、粉煤灰掺量的混凝土试件在相应冻融次数下的质量损失率、相对动弹性模量及强度(抗压强度、劈裂抗拉强度)变化规律,研究掺入纤维的比例对混凝土抗冻性的影响.结果 表明:掺入钢纤维(SFs)和PVA纤维时,抗压强度、劈裂抗拉强度显著提高,在冻融次数相同的情况下,掺量与强度呈正相关;随着冻融次数的增加,质量损失率曲线先下降后上升,相对动弹性模量曲线呈下降趋势,掺入4％(质量分数)的SFs及0.05％(质量分数)的PVA纤维时,混凝土试件抗冻性能最优;掺入适量粉煤灰可有效改善混凝土质量、动弹性模量及强度损失.基于相对动弹性模量、强度数据建立冻融循环损伤模型来评价纤维混凝土的损伤程度,选用二次函数衰减模型进行数据拟合,发现建立的模型拟合程度较高,可有效反映冻融循环作用下纤维混凝土的冻融损伤程度.     

冻融与硫酸盐侵蚀耦合作用下再生混凝土劣化规律

采用快冻法,对再生骨料取代率为30％的混凝土分别在3％Na2SO4,5％Na2SO4,10％Na2SO4(质量分数)溶液以及水中的冻融情况进行试验,试验过程中测试了再生混凝土质量变化、相对动弹性模量、抗压强度损失及损伤层厚度,分析了再生混凝土在冻融与Na2SO4溶液耦合作用下的损伤机理,建立了再生混凝土的冻融损伤模型,利用模型预测了再生混凝土的抗冻寿命.结果表明:再生混凝土在5％Na2SO4溶液中冻融损伤最严重;再生混凝土在10％Na2SO4溶液中的冻融损伤大于在3％Na2SO4溶液和水中的冻融损伤;再生混凝土的相对动弹性模量变化和损伤层厚度的变化相关,可以利用相对动弹性模量表示再生混凝土的内部损伤;曲线模型可以较好表征再生混凝土在硫酸盐环境下的冻融损伤,在5％Na2SO4溶液中,再生混凝土的抗冻寿命最差.     

荷载-冻融耦合作用下充填层自密实混凝土的耐久性及损伤模型

为掌握处于冻融服役环境条件下充填层自密实混凝土(SCC)的耐久性,设计了轴压荷载-冻融耦合作用模拟试验,对比研究了SCC在冻融循环作用、荷载-冻融循环耦合作用下的质量、峰值应力、峰值应变等参数随冻融循环次数的变化规律;结合统计损伤理论,建立了相应的损伤本构模型,讨论了损伤变量与冻融循环作用次数的变化关系。结果表明:相较于单一冻融作用,1/3应力水平的轴压荷载与冻融循环耦合作用下的充填层自密实混凝土劣化速率更大,此时难以抵抗300次冻融循环作用,掺适量聚丙烯纤维或橡胶粉可较好改善其在荷载-冻融循环耦合作用下的耐久性。所建立的损伤本构模型可较好地描述荷载-冻融耦合作用后混凝土应力-应变关系,其损伤变量与冻融次数具有良好相关性。     

再生混凝土冻融损伤可靠性分析

针对再生骨料混凝土受冻融损伤的问题,选取再生粗、细骨料双掺成型再生混凝土,采用快速冻融方法研究其质量损失与相对动弹性模量变化的规律,基于Weibull概率方法以质量损失和相对动弹性模量为指标建立损伤模型进行冻融可靠度分析.结果 表明,在冻融循环下质量损失逐渐增大,相对动弹性模量逐渐变小;Weibull概率分布可有效地描述再生混凝土试件抗冻性能退化规律,可靠度指标中,质量损失较动弹性模量更敏感,基于试验数据,运用该方法建立的可靠度函数能够直观反映试件可靠性与冻融循环之间的关系,并反映试件的剩余寿命.     

冻融循环下水泥石灰改良软土力学特性试验研究

为研究冻融循环对水泥石灰改良软土力学特性影响,通过不同冻融次数的无侧限抗压强度试验和直剪试验,得到了水泥及石灰剂量和冻融次数对改良软土力学特性影响规律。结果表明:水泥石灰改良软土冻胀率分别与水泥剂量、石灰剂量负相关,且冻融3次后冻胀率达到最大值后逐渐减小;无侧限抗压强度随冻融次数增加递减,冻融7次后抗压强度逐渐收敛;随着水泥剂量的提高,改良土抗压强度经历相同冻融次数后抗压强度减小速率逐渐趋向稳定,冻融10次后抗压强度较未冻融的改良土抗压强度分别平均降低了57%～63%;同一冻融次数下,各石灰剂量改良土内摩擦角随水泥剂量提高呈线性增长,3%石灰剂量改良土黏聚力与水泥剂量线性相关。     

硫酸盐-冻融循环下自感应水泥砂浆的耐久及压敏性能

为提升寒冷地区建筑结构的实时损伤监测效果,研究了硫酸盐-冻融循环作用下采用短切碳纤维与铁尾矿作为导电材料制备的自感应水泥砂浆的耐久与压敏性能。利用质量损失、相对动弹性模量及抗压强度损失为依据探讨耐久性能变化规律,以电阻率变化率-压应力的相关关系反映硫酸盐-冻融循环作用下压敏性能发展规律并解释其导电机理,并采用平均应力敏感系数评价硫酸盐-冻融循环作用下压敏性能稳定性。结果表明,碳纤维体积掺量为0.4%、铁尾矿替代率为30%(质量分数)组合掺入水泥砂浆时,其耐久性能与压敏性能均达到较高水平,但硫酸盐-冻融循环造成的孔洞与裂缝会导致铁尾矿碳纤维水泥砂浆电阻率变化率-压应力呈一阶指数衰减关系,可采用Plane模型来反映平均应力敏感系数衰减程度与冻融循环次数、铁尾矿替代率之间良好的相关关系。     

花岗岩废料再生混凝土路面砖抗冻融性能研究

采用慢冻法对花岗岩废料再生混凝土路面砖进行50次冻融循环试验,以质量损失与抗压强度作为依据研究影响再生混凝土路面砖抗冻融性变化规律。基于体积膨胀及渗透压理论并结合扫描电镜分析,对比冻融前后再生混凝土路面砖显微结构与水化产物组成,从细微裂缝积累与膨胀性应力作用角度揭示其冻融损伤机理,建立浆体孔隙结构变化模型和浆体浓度差所产生的渗透压模型。研究结果表明,微、细、粗集料分别以20%、30%、50%(质量分数)为最佳取代率的再生混凝土路面砖的质量损失率为1.5%,抗压强度损失率为10.0%,较基准组有所降低,但较大程度上提高了花岗石废料的利用率,且满足试验标准和路用性能的基本要求。微观分析结果表明,浆体水化产物中较高的钙矾石含量使混凝土微裂缝富集,最终形成宏观裂缝导致冻胀破坏,所建立的模型揭示了外界水的侵入引起体积膨胀、毛细孔与凝胶孔中浆体浓度差所产生渗透压引起的膨胀性应力是致使冻融损伤发生的真正原因。     

UHPC与普通混凝土试件界面黏结抗冻性能试验研究

超高性能混凝土(UHPC)因为其较高的强度和优良的耐久性被认为是极具潜力的结构修补用材料之一。同时,UHPC与普通混凝土(NC)之间的界面黏结性能,是影响UHPC在混凝土加固修复工程中应用可靠性的关键因素。针对严寒环境,本试验对超高性能混凝土与普通混凝土(以下简称UHPC-NC)黏结试件开展－60 ℃的冻融循环试验,分析冻融循环后试件的宏观形态变化、质量变化率。通过黏结强度试验,获得界面的黏结强度以及相应的界面破坏模式。试验主要分析－60 ℃冻融循环对UHPC-NC试件界面黏结性能的影响,以及界面的不同处理方式(钢丝刷刷毛、高压水射流冲毛及劈裂)对抗－60 ℃冻融循环作用的影响,同时,对冻融作用下UHPC-NC试件的界面损伤机理进行初步探索。试验结果表明:－60 ℃冻融循环对UHPC-NC试件黏结强度有较大影响,劈裂组试件的界面黏结强度在经历10次、15次、20次冻融循环后分别下降为界面黏结基准强度的72.94%、55.62%及44.33%,界面黏结强度呈现先急速下降再缓慢下降的趋势;界面粗糙度越高,界面的剩余黏结强度越大,经历20次冻融循环后,劈裂组试件的剩余黏结强度为高压水射流冲毛试件的2.03倍。     

再生粗骨料混凝土抗冻性能研究进展

将再生粗骨料应用于混凝土制备可有效减少原材料生产对生态环境的破坏,还可实现建筑废弃物的再生利用。但由于存在老旧砂浆包裹、原始缺陷较多等问题,再生粗骨料混凝土吸水率较高且薄弱界面较多,抗冻性能较差,对寒冷环境下的混凝土结构产生了极为不利的影响。本文综合分析国内外对再生粗骨料混凝土抗冻性能的研究现状,发现复杂脆弱的界面过渡区是再生粗骨料混凝土承受冻害时的薄弱环节,微裂缝和孔隙的发育使其在冻融循环过程中的性能不断降低。再生混凝土的抗冻性能随着再生粗骨料掺量的增加而加速劣化,再生粗骨料质量掺量应控制在50%以内。质量损失、相对动弹性模量和抗压强度是评价再生混凝土冻融损伤水平的常用指标,质量损失在试验初期会出现负增长情况,相对动弹性模量在有限冻融循环次数下的反应较不敏感,相比之下抗压强度能更好地体现再生粗骨料混凝土的冻融损伤水平。未来,还应对再生混凝土冻融损伤机理进行更加系统深入的研究,探究效果良好的非破坏性试验指标,以及在标准冻融试验的基础上结合特定工程环境对再生混凝土抗冻性能进行具体评价,推动再生粗骨料混凝土更加广泛的应用。     

盐水与冻融耦合作用对玄武岩纤维水泥土性能影响研究

冻融循环作用与外界环境的侵蚀是影响水泥土强度的主要因素,探索如何提高水泥土在寒冷地区盐水侵蚀环境下的强度及其发展规律是一个重要的课题。通过盐冻试验和无侧限抗压强度试验,研究了玄武岩纤维水泥土在不同溶液(3.5%(质量分数,下同)NaCl溶液、3.5%Na₂SO₄溶液、3.5%(NaCl+Na₂SO₄)混合溶液、清水)与冻融循环作用耦合下的力学性质与表观特征,探讨了养护温度、侵蚀溶液类型、冻融循环次数等变量对水泥土性能的影响。在此基础上,采用Logistic生长模型,对不同环境下水泥土试块的强度进行回归分析。研究结果表明:低温养护环境会抑制水泥土强度的发展;随着冻融次数的增加,试块出现了不同程度的质量损失、表面破坏,以及无侧限抗压强度降低的现象;在相同冻融次数下,玄武岩纤维水泥土的破坏程度由强到弱依次为硫酸盐冻＞混合盐冻＞氯盐冻＞水冻;而掺入玄武岩纤维可使水泥土经历更多次的冻融循环,有效降低强度损失率,提高水泥土的抗冻性;通过回归分析,得到不同试验组的强度衰减模型和预期强度。     

Experimental study of strength and deformation of plain concrete under biaxial compression after freezing and thawing cycles

This study attempts to generate information about the strength and deformation behavior of plain concrete under biaxial compression after 0, 25, 50 and 75 cycles of freezing and thawing. Concrete cubes were tested under biaxial compressive stresses. Five principal compression stress ratios and four different cycles of freeze-thaw were the main variables. Static compressive strengths, stress-strain relationships and failure modes were examined. Failure modes of specimens are also described. The experimental results showed that the biaxial compressive strength of plain concrete decreased as the freeze-thaw cycles were repeated. The influence of freeze-thaw cycles and the stress ratio on the biaxial strength, the strain corresponding to peak stress and the elastic modulus after freeze-thaw cycles was also analyzed. The formula of the biaxial compressive strength in principal stress space is proposed.     

冻融循环下糯米浆对石灰土抗剪强度的影响

在季节性冻土地区修建道路工程时,不仅要对土壤进行力学改性还需要保护脆弱的生态环境。本文研究了冻融循环条件下,糯米浆对石灰土抗剪强度的影响。在石灰土(石灰质量浓度为10%)中加入不同质量浓度(0%、2%、4%、6%、8%)的糯米浆,研究不同冻融循环次数(0次、1次、3次、6次、10次)下糯米浆改良土的应力应变曲线特征以及抗剪强度、黏聚力和内摩擦角的变化特征。结果表明,在石灰土中加入糯米浆可以提高改良土的抗剪强度,但糯米浆浓度过高反而导致抗剪强度降低,糯米浆浓度为6%时改良土的抗剪强度较大。冻融循环会导致改良土的抗剪强度下降,糯米浆可以降低改良土在冻融循环下的强度损失。冻融循环作用下,改良土黏聚力和内摩擦角的变化趋势不同。该结果为糯米浆改性季节性冻土地区路基土提供了参考。