盐冻耦合作用下水工混凝土耐久性及寿命预测

为研究西北地区冻融盐侵环境下水工混凝土的耐久性,制备了不同粉煤灰掺量的混凝土试件,以不同浓度的硫酸钠溶液作为介质开展了冻融循环试验,阐明了不同循环次数下试件的外观、质量、抗压强度和动弹模量的变化规律,基于XGBoost模型建立了混凝土寿命预测模型并对其进行了评价和验证。研究结果表明,随着冻融循环次数增加,混凝土质量、抗压强度和动弹模量逐渐减小;冻融循环次数和硫酸钠溶液浓度是影响混凝土寿命的关键因素,8%硫酸钠溶液破坏度最高,此溶液浓度下冻融150次后混凝土质损率达4.55%;粉煤灰的掺入量对混凝土耐久性有一定影响;最优粉煤灰掺量为10%,此掺量下冻融150次后混凝土质损率为3.99%;XGBoost模型在混凝土寿命预测方面具有较高的精确性和可靠性。本研究可为混凝土结构的耐久性设计和寿命预测提供参考。

水工混凝土矿化微生物固载及自修复试验研究

直接内掺方式制备微生物自修复混凝土会因拌合的机械挤压摩擦、生存环境受限等因素影响矿化微生物的长期活性。本文选择巴氏芽孢杆菌为矿化微生物,以膨胀珍珠岩和陶粒为微生物载体,以水泥浆和偏高岭土浆液为载体包覆材料,通过试验优选有助于微生物释放和保护的载体及其合理粒径、包覆材料,并研究微生物固载对裂缝自修复效果的影响。结果表明:掺入定量的膨胀珍珠岩的水工混凝土试样劈裂裂缝处拉裂面积比更大,作为水工混凝土微生物固载材料时较陶粒更能有效释放矿化微生物;偏高岭土浆液较水泥浆更适合作为载体的包覆材料,其包覆的微生物14 d存活率为86.63%,有效保证了固载微生物的长期活性;对微生物进行膨胀珍珠岩固载和偏高岭土浆液包覆,修复养护90d裂缝最大修复宽度为0.616mm,高于直接内掺的0.453mm,有效改善了混凝土试件的裂缝自修复效果。

适宜水工混凝土内环境的矿化微生物梯度驯化优选

水工混凝土内部高碱性环境限制了微生物混凝土的自修复效能。利用梯度驯化方法可提高矿化微生物对高碱度的耐受性,优选出适宜混凝土孔隙内环境并具备高诱导矿化沉积能力的增强嗜碱型微生物。首先,在实验室高碱性环境下,对比巨大、科氏、枯草、巴氏等4种芽孢杆菌的活性及诱导矿化沉积量,初选耐碱性较好的微生物并对其开展耐碱性梯度驯化;随后,综合分析驯化微生物对混凝土力学性能、吸水性、渗透性和自愈能力的影响,通过扫描电子显微镜和X射线衍射对矿化产物微观形态和组成进行分析。结果表明:相较于巨大、科氏和枯草芽孢杆菌,巴氏芽孢杆菌在高碱性条件下表现出更强的活性,梯度驯化技术可进一步提高巴氏芽孢杆菌在高碱性环境中的活性,并证实通过该方法增强的耐碱性具有后代保留的特性;与掺未驯化微生物组试样相比,掺驯化微生物混凝土试样养护28 d的抗压强度提高了16.59%,吸水系数降低了37.74%,渗透系数减小了19.22%;掺驯化微生物混凝土试样的裂缝自修复试验得到裂缝最大修复宽度为0.57 mm,超过了未驯化微生物组的0.44 mm。本研究为基于微生物诱导矿化沉积技术的微生物水工混凝土研发和应用提供理论依据和技术支撑。

冻融循环下水工混凝土的相对动弹性模量和质量变化规律研究

为了研究冻融循环条件下水工混凝土相对动弹性模量和质量的变化规律,基于混凝土冻融破坏机理和现实情况分析,通过预制混凝土护坡砌块和不同配合比水工混凝土试件的快速冻融试验,分析了质量损失率、相对动弹性模量和冻融循环次数的关系。结果表明:冻融试件质量损失率转为正值时为相对动弹性模量快速降低之时,此时混凝土的含水率为快速破坏含水率;冻融过程中,试件质量前期增加,后期减少,但相对动弹性模量一直降低;可以通过快速修补、防渗处理等方式延缓水工混凝土达到快速破坏含水率,实现提高抗冻性能的目的。

水工混凝土材料不可编辑文本智能解译方法研究

在水电工程建设过程中,产生了大量不可编辑的水工混凝土材料文档,采用人工解译的方法获取文本费时费力且精度不可控,难以满足材料数据信息化管理的需求。为此,本文提出了面向水工混凝土材料不可编辑文本的智能解译方法。首先,构建了基于像素级分割的文本检测模型HC-PSENet,融合PP-HGNet主干网络实现文本行的精确检测。进一步,基于领域知识创建专业语料库以获取字符的准确映射,以检测文本框和专业语料库为输入,建立了水工混凝土材料文本识别模型HC-CRNN,采用ResNet主干网络和改进损失函数C-CTC Loss提高字符分类准确性。最后,以自制数据集为例,引入迁移学习策略训练模型,通过消融、对比实验验证了方法的有效性和优越性。结果表明,本文提出的方法检测文本区域的调和平均数为0.985,识别文本的准确率达到90.62%,综合性能均优于经典方法,以期为混凝土材料不可编辑资源的自动化再利用提供新的技术手段。

长寿命水工混凝土结构材料研究进展综述

混凝土是我国水利水电工程建设的关键基础材料。然而,作为一种典型的多孔介质材料,其在水工环境下易发生离子侵蚀、产物腐蚀、基体开裂等问题,导致钢筋锈蚀、结构承载力下降,难以满足西部高原、南部沿海等地区水利水电工程长寿命设计与高质量建设的发展需求。本文首先总结了严酷环境下传统水工混凝土结构材料损伤劣化机理和面临的问题与挑战。进一步地,详细介绍了水工混凝土结构材料长寿命设计方法与性能提升材料。最后,本文展望了人工智能在水工混凝土结构材料长寿命设计与应用方面的发展前景,为国家重大水利水电工程的安全运维与长效服役提供新方法和新思路。

粗骨料最大粒径对水工混凝土变形性能及长期耐久性的影响

为研究不同粗骨料最大粒径对水工混凝土的变形影响,探明国家标准规定的骨料粒级能否满足水工混凝土的要求,依托引江济淮工程,开展了粗骨料最大粒径为31.5 mm和40.0 mm的混凝土变形试验,探究2种骨料粒级混凝土长期耐久性能演变规律。结果表明:采用最大粒径31.5 mm骨料的混凝土极限拉伸值和弹性模量略大,动态疲劳性能较好;采用最大粒径40 mm骨料的混凝土干燥收缩以及自生体积变形小;2种不同骨料最大粒径的混凝土徐变度相当;采用最大粒径31.5 mm骨料的混凝土长期抗渗性和长期抗冻性均优于采用最大粒径40 mm骨料的混凝土。因此,最大粒径31.5 mm骨料应用于水工混凝土时,能满足水工混凝土性能要求且动态疲劳寿命及耐久性更优,但需要注意混凝土开裂问题。

水工混凝土的超疏水仿生构建及微观机理

将有机异辛基三乙氧基硅烷(TS)与无机纳米二氧化硅复合,通过“二元协同”仿生方法,制备了整体超疏水水工混凝土,探究了TS掺量和养护条件对混凝土力学性能和疏水性能的影响,并采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)分析了材料的微观形貌、物相组成和疏水改性机理。结果表明,养护条件对混凝土疏水性影响较大,在自然养护条件下,当TS掺量达到3%(质量分数)后,混凝土均呈现出超疏水状态,最大接触角为155.6°。纳米粒子的掺入促进了水泥水化,提升了试件的抗压强度。改性后的水工混凝土具有良好的疏水性,288 h浸水吸水率下降了68.8%。

基于改进YOLOv7的水工混凝土结构表观病害检测

针对水工混凝土结构表观病害尺度不均、分辨率低、背景干扰大,现有目标检测算法精度和效率较低的问题,提出了一种改进的YOLOv7检测模型,首先,在主干网络的三个特征输出层后加入CBAM注意力机制,从空间和通道两个维度强化网络对目标特征的关注度;其次,在颈部替换路径聚合网络(PANet)为加权双向特征金字塔网络(BiFPN),进一步融合了浅层的位置信息和深层的语义信息,有效改善了表观病害的检测效果,并替换CIoU为SIoU作为定位损失函数,提高了回归的精度;最后,采用生成对抗网络(GAN)等方式对数据集进行加强,并对检测效果进行可视化处理。试验结果表明,改进后的YOLOv7模型收敛更快,分类精度更高,mmAP值达到89.4%,较YOLOv7提高了3.2%,效果优于其他目标检测算法,实现了病害的实时检测。

水工混凝土材料的性能及质量检测探究——评《水工混凝土材料检测技术》

水工建筑物作为水利水电工程的重要基础,其建设与施工质量的优劣对于水利水电工程的质量至关重要,因此水利水电工程在建设水工建筑时要十分重视其质量的可靠性。水工混凝土材料是水工建筑物最常用的一种建材,能够有效保障水工建筑物在长期受水作用下的结构安全性,提高建筑物的抗腐蚀性、抗渗性以及抗船只与水波撞击的能力,对这种建筑材料的性能及质量进行检测,可有效把控水利水电工程的建筑质量。

入模和养护温度对水工混凝土强度的影响研究

研究以养护温度(-5℃、20℃)、入模温度(5℃、10℃、15℃、20℃)以及引气剂掺量(0、0.05%、0.10%、0.15%、0.20%)为变量,试验探讨水工混凝土强度受各因素的影响作用。结果表明:混凝土同龄期抗压强度随引气剂掺量的增加均呈逐渐下降趋势,抗压强度与入模温度存在正相关性,各龄期强度均在20℃最高,5℃最低;同龄期强度离散性受养护温度的影响显著,早期标养高于负温养护的强度离散性,后期则表现出相反特征;标养条件下同一配比试件强度约为负温养护时的1.2~1.5倍,负温养护呈现出明显的龄期滞后特征。

复掺矿粉、粉煤灰与石粉水工混凝土耐久性研究

文章探讨了增效剂和石粉、粉煤灰、矿粉多元复掺方式对水工混凝土基本性能的影响作用。研究表明:采用适量石粉等量替代矿粉或粉煤灰能够有效改善拌和物工作性能,且工作性能随替代量的增加呈先上升后下降的变化趋势;石粉替代量≥50%时,对试块强度的影响较小,100%替代时会影响后期强度发展;石粉替代矿粉或粉煤灰不利于抗渗透性的提升,其替代量越高则电通量越大;掺入增效剂能够有效改善抗氯离子渗透性、抗压强度及拌和物和易性。

影响水工混凝土表面气泡产生的因素分析与防治措施研究

水工混凝土在生产过程中受众多因素的影响会产生表面气泡,较多的气泡不仅影响外观质量与耐久性,严重时甚至会影响混凝土的力学性能。基于此,文章依托内蒙古芝瑞抽水蓄能电站项目对添加引气剂、减水剂、助磨剂、刷脱模剂和采用不同的成型方法的影响进行试验研究,根据试验结果分析各影响因素对混凝土气泡产生的作用,试验结果表明:减水剂与引气剂的掺加会明显增加表面气泡的数量,因此在施工过程与配合比设计中,应尽可能减少减水剂与引气剂的掺量,同时添加适量的助磨剂可减少表面气泡的数量。由于脱模剂对气泡产生的抑制作用最明显,因此在施工过程中,如果无法降低其他因素的影响,应在结构模板安装时刷一定量的脱模剂,这将大大减少表面气泡的数量,也是最经济有效的方式。

掺矿粉与粉煤灰高强度水工混凝土性能研究

试验探讨了水工混凝土长期抗冻性、抗氯离子渗透性及抗压强度受矿粉和粉煤灰掺量的影响。试验表明:掺入适量矿粉与粉煤灰有利于促进后期强度发展,粉煤灰相比于矿粉的增强作用更加显著;矿粉和粉煤灰均可以有效改善抗氯离子渗透性,并且掺量越高改善作用越明显,矿粉的改善作用更加显著。

水工混凝土抗冲磨性能试验研究

采用室内试验探讨了粉煤灰、硅灰掺量以及抗冲磨外加剂,对水工混凝土抗压强度、抗冻和抗冲磨性能的影响。结果表明,掺抗冲磨外加剂能够有效改善水工混凝土的和易性及抗冲磨性能,早期抗裂性较好且水化热低,具有较好的经济技术可行性,为增强水工混凝土的抗冲磨性、抗渗性和抗冻性提供一定支持。

水工混凝土防护涂层研究进展

介绍了混凝土防护涂层的防护机理,根据防护涂层对混凝土表面孔隙的封闭效果,将其分为表面成膜涂层和渗透涂层两类,并对其组成、特点及取得的最新研究成果进行了总结。最后,对水工混凝土防护涂层进一步的研究方向进行了展望。

低温下玄武岩纤维水工混凝土的力学性能试验研究

为研究低温养护条件下玄武岩纤维水工混凝土的力学特性,进行了不同养护温度(20℃、5℃、0℃、–5℃、–10℃、–15℃)、不同养护龄期(3d、7d、14d、28d)下试件的立方体抗压强度和劈裂抗拉强度试验。试验结果表明,养护温度对玄武岩纤维水工混凝土的强度影响较大。相同养护龄期下,玄武岩纤维水工混凝土的抗压和抗拉强度均随养护温度的升高而逐渐增大,且不同养护龄期、相同养护温度的试件强度的差值愈加明显;此外,试件的早期(3d、7d)抗压和抗拉强度发展较快,而在14d龄期后其强度发展变缓。超声波检测试验发现,玄武岩纤维水工混凝土的强度与超声波波速之间存在一定的相关性,两者呈现较好的二次函数关系。该试验可为寒冷地区或冬期施工的水利工程建设与检测提供进一步参考。

不同养护方式对水工混凝土耐久性影响研究

文章通过试验探讨了不同养护方式对水工混凝土强度、耐久性和抗冻性的影响,从微观上利用扫描电镜观测蒸汽养护和冻融循环条件下混凝土的微观形貌。研究发现:蒸汽养护不利于试块抗冻性与抗渗透性的提升,掺矿粉能够改善内部微观结构降低这种不利影响。

东北地区水工混凝土抗冻性能试验研究

为提高东北地区水工混凝土的抗冻性能,文中结合冻融循环试验,对不同应力水平下的水工混凝土抗冻性能进行试验。结果表明:在应力比为0~0.2,水工建筑物抗冻性能受压应力影响有所提高;当压应力比高于0.6,混凝土内部微裂隙发育较快,加速水工混凝土劣化速率。研究结果为东北地区水工大体积混凝土结构设计提供参考。

水工混凝土耐久性试验及提高途径探析

本文是在水工试验研究的基础上,分析了水工混凝土在冻融循环和硫酸盐侵蚀相互作用下的耐久性能,并提出了提高混凝土耐久性的具体措施,为辽宁地区水工混凝土的设计和耐久性的研究提供了重要指导。