盐冻作用下玄武岩纤维混凝土力学性能损伤研究

针对西北寒旱地区混凝土结构易开裂耐久性降低的问题,选取力学性能优异的玄武岩纤维作为混凝土增强材料,采用室内快速冻融试验,以纤维体积掺量为变量,研究了不同纤维体积掺量(0.05%、0.1%、0.15%、0.2%)混凝土试件分别在清水、质量分数为3%的NaCl溶液、质量分数为5%的Na₂SO₄溶液冻融作用下动弹性模量、抗压强度、抗折强度三个力学性指标的变化。研究发现,玄武岩纤维的掺入能有效提升混凝土的初始抗折强度和抗盐冻能力,纤维体积掺量在0.15%~0.2%时混凝土试件动弹性模量、抗压强度与抗折强度在盐冻作用下的衰减速率减缓明显,玄武岩纤维混凝土在三种冻融介质中力学性能下降速率排序为清水<5%Na₂SO₄溶液<3%NaCl溶液。以动弹性模量为损伤变量,拟合混凝土相对抗压强度、相对抗折强度与损伤度的相关模型,模型相关性良好。研究结果可为玄武岩纤维混凝土的实际运用与后期维护提供理论依据与参考。     

早期受盐-冻耦合作用下掺玄武岩纤维混凝土耐久性劣化规律

针对西北寒旱区早期受冻混凝土在盐-冻耦合作用下耐久性快速降低等问题,本文基于室内快速冻融试验,以3.5%(质量分数,下同) NaCl+5.0%Na₂SO₄复合盐溶液为冻融介质,研究了不同玄武岩纤维体积掺量下混凝土的耐久性劣化规律,同时采用扫描电子显微镜、超声法缺陷检测和核磁共振孔径检测三种分析手段探究了玄武岩纤维在微观层面上对早期受盐-冻耦合作用下混凝土宏观性能的改善作用。研究结果表明：在早期受冻混凝土中掺加玄武岩纤维能够有效提高抗压强度,减小质量损失;随着纤维掺量的增加,抗压强度、相对动弹性模量呈先增加后降低的趋势;随着冻融循环次数的增加,不同体积掺量玄武岩纤维早期受冻混凝土试块的超声脉冲传播速度逐渐增大,各组试块的总孔隙率与冻融次数呈正相关,且掺加玄武岩纤维能增加无害孔,减少多害孔,从而提高混凝土抗冻耐久性;试验中纤维掺量为0.15%(体积分数)的试块表现最优越。该研究可为寒旱灌区早期受冻混凝土耐久性研究及后期维护提供参考。     

玄武岩纤维水泥土填料抗压强度及耐久性研究

为保证水泥土无侧限抗压强度和耐久性满足要求,通过外掺玄武岩纤维的方式,基于室内试验对玄武岩纤维水泥土抗压强度及耐久性展开了研究。研究表明,纤维泥土抗压强度随水泥掺量增加呈线性增长,且纤维掺量为0.3%的抗压强度最大,较素水泥土抗压强度至少提高了41.0%;NaCl溶液养生方式抑制了纤维水泥土强度的发展,较标准养生方式的纤维水泥土抗压强度平均降低了11.8%;干湿冻融作用下,随水泥掺量增加,纤维水泥土抗压强度呈线性增长,且干湿作用后强度较冻融作用大,水泥掺量每增加1%,纤维水泥土干湿作用和冻融作用后抗压强度至少分别提高了13.6%、20.5%;随玄武岩纤维掺量增加,水泥土抗压强度先快速增大后缓慢减小,且纤维掺量为0.3%,干湿或冻融后水泥土抗压强度出现最大值。     

冻融循环与硫酸盐侵蚀共同作用下再生混凝土的微观结构研究

采用快冻法,将再生骨料取代率为30%的混凝土分别置于3%Na₂SO₄、5%Na₂SO₄、10%Na₂SO₄(均为质量分数)溶液以及水中进行冻融循环试验,测试再生混凝土质量损失率、相对动弹性模量变化、抗压强度损失率,并利用电子显微镜、能谱仪和X射线衍射等方法分析再生混凝土损伤层的微观结构,以超声波平测法确定损伤层厚度,引入侵蚀系数对以损伤层厚度为评价指标的损伤度进行优化。结果表明,当冻融循环为0～200次、Na₂SO₄溶液浓度大于5%时,抗压强度侵蚀系数始终小于1,即Na₂SO₄溶液对再生混凝土宏观力学性能损伤的促进作用明显,而对微观结构损伤的抑制作用明显。在再生混凝土冻融循环初期,以冻融侵蚀为主;冻融循环后期,以硫酸盐化学侵蚀为主,再生混凝土经化学侵蚀后生成钙矾石和石膏等膨胀产物,并出现膨胀裂缝,在冻融循环作用下裂缝迅速扩展,损伤层厚度增加。以损伤层厚度为评价指标的损伤...     

酸碱环境下纤维水泥土力学特性研究

为了研究掺入废弃玻璃纤维的水泥土在不同pH值养护环境中的力学性能,制备了不同掺量的废弃玻璃纤维水泥土和作为对照组的玄武岩纤维水泥土与素水泥土试件,并分别置于酸性环境和碱性环境溶液中养护7d、28 d、45 d,分别进行了水泥土抗压强度和抗折强度实验.分析了养护龄期、养护环境对不同种类纤维水泥土抗压强度的影响,分析了废弃玻璃纤维掺量对水泥土脆性指数的影响,探讨了不同纤维水泥土在酸碱环境下的作用机理.实验结果表明:酸性环境(pH=5)导致纤维水泥土的抗压强度降低;在水泥土中掺入适量的废弃玻璃纤维,可以降低脆性;使用废弃玻璃纤维掺入水泥土,其抵抗酸性环境腐蚀的能力更好;玄武岩纤维对水泥土抗压强度的提升和力学性能的改善效果更好.     

南疆季冻区玄武岩纤维改良水泥土抗剪强度试验研究

为研究南疆季冻区地基的抗剪性能,提出使用玄武岩纤维改良水泥土进行加固的技术方案,进行了冻融条件下玄武岩纤维改良水泥土和纯土的直剪试验。结果表明：随着冻融次数0、1、2、3、4和5的依次增加,玄武岩纤维改良水泥土和纯土的抗剪强度和黏聚力明显降低、内摩擦角先减小后增大,并且纤维岩纤维改良水泥土对纯土的抗剪性能起着有利影响;并用origin对抗剪强度、黏聚力和内摩擦角进行多项式拟合,为南疆季冻区地区地基集合料选择提供相关参考数据。     

纳米硅粉改良碱渣-矿渣固化淤泥的抗硫酸镁侵蚀性能

利用纳米硅粉对碱渣-矿渣固化淤泥抗硫酸镁侵蚀性能进行改良，对MgSO₄溶液浸泡后的固化淤泥试样开展无侧限抗压强度、核磁共振和X射线衍射试验，研究硅粉掺量、养护龄期、浸泡时间对固化淤泥强度的影响规律及其微观机理。研究表明：在标准养护条件下，当硅粉掺量为3%(质量分数)时固化淤泥试样的孔隙体积最小，无侧限抗压强度最大，生成水化铝酸钙等产物。在MgSO₄侵蚀环境下，标准养护7 d试样具有很好的抗侵蚀能力，当硅粉掺量为3%(质量分数)时固化淤泥抗MgSO₄侵蚀能力最好，无侧限抗压强度随浸泡时间的增加而增大；标准养护28和60 d时，固化淤泥抗MgSO₄侵蚀能力减弱。建立了固化淤泥无侧限抗压强度与硅粉掺量及浸泡时间的关系式，预测了最危险条件和最低强度。适量的纳米硅粉可增加固化淤泥中水化速度和程度，减少钙矾石的生成量及其不利影响，达到提高碱渣固化淤泥抗MgSO₄侵蚀性能的目的。     

冻融循环下不同龄期水泥土损伤特性和能量耗散

为了研究冻融循环对水泥土损伤特性和能量耗散的影响,通过对饱水状态下不同龄期的水泥土试样进行冻融循环试验,测得了不同冻融循环次数下水泥土的无侧限抗压强度、相对动弹性模量、质量变化率和应变能密度,并建立了无侧限抗压强度、应变能密度与冻融循环次数的衰减方程.试验结果表明:不同龄期下水泥土的无侧限抗压强度和相对动弹性模量均随着冻融循环次数的增加而减小,经历15次冻融循环,水泥土无侧限抗压强度和相对动弹性模量在龄期为7d、28 d、60 d时分别下降了59.79％和54.47％、64.10％和54.89％、59.79％和53.08％,并建立了相关性良好的无侧限抗压强度与冻融循环次数的指数函数表达式;在冻融循环条件下,随着龄期的增长,水泥土质量的变化波动幅度逐渐减小;分析得出了不同龄期下水泥土无侧限抗压强度的损伤量可以近似用动弹性模量的损伤量进行估算;水泥土能量耗散随着冻融循环次数的增加而逐渐降低.     

冻融环境下GFRP管混凝土柱轴压性能试验研究

通过对21个玻璃纤维增强聚合物（GFRP）管混凝土柱和21个素混凝土柱分别在水溶液和质量分数为3.5 %的氯化钠（NaCl）溶液中进行冻融循环试验及轴压试验，且对冻融后的GFRP管混凝土柱进行了超声波检测，研究冻融环境下不同冻融介质和冻融循环次数对GFRP管混凝土柱轴压性能的影响。结果表明，冻融介质相同的情况下，随着冻融循环次数的增加，质量损失率增大，相对动弹性模量降低，GFRP管混凝土柱内异常点增多，承载力下降，极限应变下降；冻融次数相同的情况下，经盐冻作用的GFRP管混凝土柱轴压极限承载力降低更为明显。GFRP管混凝土柱盐冻循环150次后极限承载力下降了29.45 %，下降量是相同条件下水冻结果的2.19倍。盐冻循环后的GFRP管混凝土柱极限应变小于相同条件下的水冻循环极限应变。     

掺入废弃玻璃粉的水泥土力学性能的研究

在玻璃粉逐渐广泛应用于建筑材料的背景下,为了研究水泥土中添加废弃玻璃粉后其力学性能的变化,本试验以废弃玻璃粉掺量、养护天数、冻融循环次数为自变量,采用正试验的研究方法,研究了掺入废弃玻璃粉后水泥土的强度发展和抗冻性变化.研究结果表明,玻璃粉掺量越高,水泥土的后期强度增长率越大;随着养护龄期的增加,掺入玻璃粉的水泥土后期强度明显强于普通水泥土;冻融条件下随着玻璃粉掺量的增加,各玻璃粉掺量下水泥土的强度损失率有较大差异,当玻璃粉掺量为5％～15％时,水泥土的强度损失率最大;冻融循环次数越多,水泥土的强度损失越大;采用SPSS软件得到了水泥土抗压强度与废弃玻璃粉掺量、养护天数的关系方程:y =2.331 +0.016x1 +0.061x2,其中自变量x1和x2分别代表玻璃粉掺量和养护天数,y代表水泥土的强度.     

不同侵蚀环境下地质聚合物耐久性研究

地质聚合物作为新兴绿色无机胶凝材料,因独特的三维网络骨架结构而兼具矿物和高分子材料的特性。分别以固体废弃物粉煤灰和偏高岭土为原料,采用碱激发方式制备地质聚合物试块,考察养护28 d后试块在5%HCl、10%NaOH、5%MgCl₂+5%NaCl和5%H₂SO₄(均为质量分数)溶液中浸泡1~84 d的耐化学侵蚀能力。X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及试块质量、抗压强度测试表明,不同浸泡环境所引起地质聚合物胶凝材料的响应差异较大,粉煤灰基地质聚合物表现出较优异的耐低浓度硫酸、氢氧化钠、盐溶液侵蚀性能,微观结构及外观形貌稳定,试块质量和抗压强度稳定。偏高岭土基地质聚合物在盐溶液中性条件下结构和性能较稳定。在盐酸环境下两种地质聚合物被腐蚀明显,质量损失率大,抗压强度降低显著。对比研究表明,粉煤灰基地质聚合物的耐低浓度酸、碱溶液腐蚀性明显优于偏高岭土基地质聚合物。上述两类地质聚合物可潜在应用于海洋建筑领域。     

玄武岩纤维对水泥稳定多孔玄武岩碎石力学性能的影响

通过开展一系列劈裂强度测试、无侧限抗压强度测试和弯拉强度测试,研究了玄武岩短切纤维对水泥稳定多孔玄武岩碎石力学性能的增强作用。龄期为7 d的混合料劈裂试验表明,玄武岩短切纤维对水泥稳定多孔玄武岩碎石的劈裂强度具有显著的增强效果,其中长度为18 mm的纤维对混合料劈裂强度的增强效果优于12 mm、24 mm的纤维。掺加长度18 mm玄武岩纤维的水泥稳定多孔玄武岩碎石,其劈裂强度、无侧限抗压强度、弯拉强度等随着纤维掺量增加先增大后减小;当掺量为碎石质量的0.10%时,纤维对混合料各项力学性能的增强效果最好;随着养护龄期的延长,混合料力学性能不断提升。研究表明掺加玄武岩短切纤维可提高水泥稳定多孔玄武岩碎石的路用性能。     

玄武岩-粗聚丙烯纤维干硬性混凝土拉压性能试验研究

混杂纤维增强干硬性混凝土在国内外已有广泛的应用,纤维配比是影响其拉压性能的主要因素之一。为研究玄武岩纤维与粗聚丙烯纤维配比对干硬性混凝土拉压性能的影响,将玄武岩纤维与粗聚丙烯纤维单掺或按不同比例混合掺入干硬性混凝土中,开展不同养护龄期下纤维混凝土的抗压、劈裂抗拉试验,分析纤维混杂增强效应,并基于成熟度理论修正养护龄期,优化玄武岩-粗聚丙烯纤维干硬性混凝土的劈裂抗拉强度预测模型。结果表明:玄武岩纤维与粗聚丙烯纤维的掺入不仅提升了干硬性混凝土抗压、劈裂抗拉性能,而且纤维的桥接作用能明显改善混凝土的脆性破坏特征,其中玄武岩纤维与粗聚丙烯纤维混掺配比为1 ∶2(质量比)时最为明显,表现出了最优的纤维混杂正效应。根据等效龄期-抗压强度关系式计算得到的混凝土抗压强度与劈裂抗拉强度具有更好的幂函数关系,该模型便于计算及预测不同养护温度条件下玄武岩-粗聚丙烯纤维干硬性混凝土的拉压性能。     

Modeling of compressive strength of cemented sandy soil

This paper attempted to show the application of particle swarm optimization in the prediction of the compressive strength of cement sandy soil from the curing period, porosity of sample and percentage of cement. The results of the study show that the unconfined compressive strength of the cement stabilized sandy soil increases with an increasing cement content curing time period. Moreover the compressive strength decreases with an increasing porosity. The compressive strength improvement due to cement treatment has a larger increase in samples with less porosity. In addition, particle swarm optimization algorithm is and accurate technique in estimation of compressive strength of cement stabilized sandy soil. In order to compare of existing correlations, a total number of 100 unconfined compressive tests and 15 scanning electron microscope tests have been conducted on cemented Babolsar sand. It can be concluded that compared to existing correlations models, particle swarm optimization algorithm models give more reliable prediction about compressive strength of cement satblized sandy soil. Moreover, the sensitivity analysis of the polynomial model shows that cement content and porosity have significant impact on predicting unconfined compressive strength.     

Effect of mechanical property of cemented soil under the different pH value

Cemented soil has been widely used in civil engineering. Groundwater affected by several environment factors, such as agriculture, industry, living and seawater, is often acid or alkaline and usually aggressive to cemented soil. In practice, unconfined compressive strength (UCS) is often used as one of the basic indicators to evaluate the mechanical property of cemented soil. This paper mainly studies the impacts of environmental contamination on the mechanical property of cemented soil, the factors such as cement content, curing age and pH value are taken into consideration. The results show that, the appearance of cemented soil is seriously eroded under acid conditions; while in alkaline conditions it is affected slightly. The UCS of cemented soil increases with cement content and curing age. However, the increase is much slower than that of regular cemented soil. In strong acid and strong alkaline environments, the strength loss can reach 30%. In addition, the electron scanner was used to observe the microstructure of test blocks, and microscopic mechanism of failure was analyzed. The results of this paper can provide reasonable basis for durability evaluation, residual life prediction and durability design of cemented soil.     

纳米SiO2-CSA-OPC复合修补砂浆的抗盐渍土侵蚀性能研究

为了研究纳米SiO2-硫铝酸盐水泥-普通硅酸盐水泥(NS-CSA-OPC)复合修补砂浆的抗盐渍土侵蚀性能,采用在NaCl溶液、Na2 SO4溶液及NaCl-Na2 SO4复合溶液下的长期半浸泡试验模拟盐渍土侵蚀环境,以加速侵蚀NS-CSA-OPC砂浆试件.试验测试了3种侵蚀环境下,NS-CSA-OPC修补砂浆质量、相对...     

海水干湿循环下玄武岩纤维增强珊瑚混凝土耐久性

测试了海水干湿循环下玄武岩纤维增强珊瑚混凝土(BFRCC)的质量和强度变化,并分析了基体的水化产物和微观结构,研究了BFRCC的耐久性。结果表明:随着侵蚀次数的增加,各BFRCC质量都逐渐增大,而抗压强度则呈现先增长后降低的趋势;同时在不同干湿循环次数下,掺入1%BF的BFRCC试样质量和强度变化幅度最小,这说明1%体积分数的BF可显著提高基体的耐久性;热重分析与扫描电镜分析得出,基体性能的变化主要是外界侵蚀离子在内部形成C-S-H、AFt和Ca(OH)2等产物。     

季冻区粉煤灰加固路基土力学性能试验研究

为探究冻融循环作用对粉煤灰加固路基土力学性能影响,对冻融循环次数、含水率、粉煤灰掺量不同的盐渍土开展无侧限抗压试验和三轴剪切试验,研究冻融循环后土体的应力-应变曲线、无侧限抗压强度、黏聚力和内摩擦角的变化情况。使用Design-Expert 8.0软件,研究冻融循环次数、粉煤灰掺量、含水率及各因素交互作用对盐渍土力学性质影响的显著性程度。结果表明:多次冻融循环后,盐渍土无侧限抗压强度、黏聚力和内摩擦角均有下降,经历1~7次冻融循环时,土体各力学参数下降速率较快;随着粉煤灰掺量的增加,盐渍土的内摩擦角、黏聚力、无侧限抗压强度和抗剪强度呈现出先升高后下降的变化趋势。基于显著性分析理论,冻融循环次数与含水率的交互作用对盐渍土无侧限抗压强度和黏聚力的影响较为显著,粉煤灰掺量与冻融循环次数的交互作用仅对无侧限抗压强度影响较为显著。为提高路基土强度及抗冻融的能力,加快粉煤灰综合利用进度,根据软件和公式模拟结果,推荐在路基土中依据质量比掺加15%粉煤灰,并将经历7次冻融循环后压实盐渍土的力学指标作为工程设计参考值。     

复合改良黄土状亚砂土强度特性及微观机制

针对绥大高速公路病害问题,本文采用新型材料硅酸锂、石灰、聚丙烯纤维对黄土状亚砂土进行改良研究,通过冻融循环试验、X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)研究了改良土的强度特性、微观机制、固化机理及孔隙结构。结果表明:增掺硅酸锂后可以大幅提升石灰改良土的无侧限抗压强度,复合改良土的最佳配合比为硅酸锂掺量3%(质量分数),石灰掺量6%(质量分数),聚丙烯纤维掺量0.4%(质量分数),纤维长度12 mm;复合改良土的破坏特征为“延性破坏”,聚丙烯纤维能够在受力过程中起到拉扯作用,使试件在一定应变范围内承受较大的应力;不论标准养护还是冻融循环环境,硅酸锂均能起到土体强度增强剂的作用,提供碱性环境,加剧水化反应,生成钠长石、C-A-S-H凝胶、Li[AlSi₄O₁₀]等新物质;水化产物的生成是土体孔隙相关参数下降的主要原因,标准养护环境及碱性环境能够促进水化反应的进行,加大孔隙参数下降幅度,有效提升改良土的强度。