冻融循环作用下纤维混凝土动态抗压性能

为研究冻区混凝土动态抗压性能,对不同掺料的混凝土试件进行了先冻融循环后单轴动态抗压试验。研究了三组混凝土(PVA纤维、纳米SiO_(2)和PVA-纳米SiO_(2))在不同应变速率(10-5s^(-1)、10-4s^(-1)和10^(-3)s^(-1))下的强度变化率、应变损失率,分析得到三种混凝土动态抗压性能的优劣关系。通过试件切片的SEM电镜扫描试验,研究了掺料改善混凝土性能的微观作用机理。研究结果表明:单掺PVA纤维或纳米SiO2(P组、S组),对于混凝土受冻后的动态抗压性能无明显改善。双掺(SP组)时,纳米SiO2与水化产物Ca(OH)2反应生成的C-S-H凝胶填充了混凝土的孔隙和ITZ,增强了混凝土的密实性,为受冻后混凝土中PVA纤维更完整地发挥桥连作用提供了条件。冻融循环100次后的SP组混凝土在应变速率从10^(-4)s^(-1)到10^(-3)s^(-1)的情况下,其相较于P组、S组的强度提高约10%,PVA纤维和纳米SiO2的协同作用使混凝土受冻后的动态抗压性能改善明显。

PVA纤维-纳米SiO2对混凝土抗疲劳性能的影响及机理分析

为研究PVA纤维和纳米SiO2的掺入对混凝土抗疲劳性能的影响,设计了单掺PVA纤维(P组)、单掺纳米SiO2(S组)和混掺PVA纤维与纳米SiO2(SP组)3组试件,对其展开疲劳后的单轴压缩试验,以经历疲劳荷载后混凝土试件的相对动弹性模量和抗压强度,作为分析评价不同掺料方式对混凝土疲劳性能影响的评价指标,并利用SEM电镜扫描试验研究了掺合料的微观作用机理。结果表明:3组混凝土较普通混凝土在抗疲劳性能上都有明显的提升,S组在提高混凝土强度方面表现最为明显;而SP组能够更有效地抑制混凝土内部劣化损伤的发展。从作用机理上来讲,PVA纤维是通过提高混凝土各单元间的抗拉能力,有效降低了混凝土在疲劳荷载作用下的损伤破坏,相当于延长了混凝土的破坏过程;而纳米SiO2则是通过参与反应生成C-S-H(水化硅酸钙)凝胶填充混凝土薄弱区,提高了混凝土的抗压强度,相当于提高了混凝土在疲劳荷载作用下的破坏起点。研究成果对混凝土结构抗疲劳设计有参考价值。

PVA-纳米SiO_(2)混凝土经冻融循环后的动态抗压特性

为研究PVA纤维和纳米SiO_(2)对混凝土抗冻性的影响,对经历过冻融循环的PVA纤维混凝土、纳米SiO_(2)混凝土和PVA-纳米SiO_(2)混凝土施加动态压缩试验,测得抗压强度和峰值应变,以及质量损失率和相对动弹性模量,以此评价三种混凝土的抗冻性能,并以试验测得抗压强度劣化值构建了纤维混凝土冻融损伤的演化模型。研究结果表明:PVA纤维的掺入降低了混凝土冻融损伤的质量损失率,并使混凝土的延性有所提高,纳米SiO_(2)的掺入则明显提高了混凝土的抗压强度。掺加PVA纤维或掺加纳米SiO_(2)均可提高素混凝土的抗冻性,且PVA-纳米SiO_(2)混凝土的抗冻性优于PVA纤维混凝土,而PVA纤维混凝土的抗冻性优于纳米SiO_(2)混凝土。本文建立的纤维混凝土冻融损伤模型可较好地反映冻融损伤后混凝土抗压强度的劣化情况。

轴压荷载下混凝土碳化深度预测模型

为研究轴压荷载作用下混凝土的抗碳化性能,利用自主设计的装置,对普通混凝土以及掺量为30%的粉煤灰混凝土进行轴压荷载-碳化耦合试验。基于试验数据,建立了考虑多因素影响的混凝土碳化深度预测模型,定量地分析了不同应力比下轴压荷载对混凝土碳化深度的影响。结果表明:相同条件下,随着碳化龄期的增长,混凝土碳化深度也在增加,但增长速率会逐渐下降;不同应力比对混凝土抗碳化性能影响也不尽相同,应力比为0.3时混凝土的抗碳化性能最优,应力比为0.6时抗碳化性能最差;相同环境条件下粉煤灰混凝土的抗碳化性能普遍弱于普通混凝土;碳化模型预测值与试验值相对误差小于3%,二者较为吻合。该碳化模型可用于预测混凝土在轴压荷载作用下的碳化深度,为后续不同材料混凝土结构的寿命预测提供参考依据。

基于ABAQUS的混凝土单轴冻融损伤本构模型研究

为进行受冻融混凝土动态加载特性的研究,利用通用有限元软件ABAQUS的用户材料子程序UMAT接口,采用Fortran语言编制了受冻融混凝土单轴受压本构模型。通过数值模拟的方式研究混凝土经冻融循环后动态加载特性,将其结果与试验结果进行对比。研究发现,使用本文编制的混凝土受冻融本构模型模拟所得的结果与试验结果基本吻合。此外,进一步分析了冻融次数和应变率对混凝土力学性能的影响,结果显示:在相同应变率作用下,随着冻融次数的增加混凝土的抗压强度均有所降低,而峰值应变逐渐增大;在相同冻融次数作用下,随着应变率的增大混凝土的抗压强度均有所增加,而峰值应变逐渐减小,表现出明显的脆性。