Experiment on the frost resistance of Modified Phospho Gypsum: A case used to Improve Baozhong Railway Subgrade loess

It has been widely recognized that loess has a low stability and permeability,and it is susceptible to a sudden decrease in total volume or collapse upon wetting.When the railway subgrade was under the dynamic trainload,the loess subgrade was prone to instability and liquefaction.loess is higher than that of the cement modified loess,but lower than that of the MPG modified loess.However,the coefficient of permeability for the MPGcement modified loess has an opposite result,and the MPG-cement modified loess specimens have the best frost resistance.In addition,the mechanism of MPG-Bao Zhong railway is a key railway for Guyuan city,in Ningxia province of China,which is an important city of the Belt and Road.Due to the influence of largearea flood irrigation on the farmland,the subgrade had a degree of settlement.The settlement had not been alleviated after three treatments,which seriously affected the safety of the train.For this reason,cement,Modified Phospho Gypsum(MPG)and MPGcement were used to reinforce the subgrade loess,and the unconfined compressive strength test,permeability test and freeze-thaw cycle test were carried out.Then the compressive strength,impermeability and frost resistance of the three were analyzed and compared.The results indicate that the compressive strength of the MPG-cement modified cement modified loess is discussed.It is found that cement and MPG have two hydration reactions with water in loess.Ettringite,the hydration reaction product,which not only fills the pores,restricts the movement of the soil particles,but also acts as a connecting soil particle in the soil particles.Therefore,the strength of the modified loess continues to increase,and the physical properties of the modified loess are improved.

冻融循环作用对PP-ECC劣化行为研究

针对冻融循环对聚丙烯纤维工程水泥基复合材料(PP-ECC)性能的影响,以质量损失、相对动弹性模量、抗压和抗拉强度等指标对其冻融劣化进行表征,利用试验数据建立冻融环境下PP-ECC材料各项性能的劣化规律,结合扫描电子显微镜(SEM)和压汞仪(MIP)从微观角度去分析PP-ECC试件冻融破坏机理。结果表明:冻融损伤是一个由表及里、循序渐进的过程。冻融循环作用下PP-ECC材料的轴心抗压强度、极限压缩应变与冻融循环次数近似呈线性相关,而相对动弹性模量、劈裂抗拉强度、开裂拉伸性能、极限拉伸性能的退化规律均为二次曲线下降。通过SEM和MIP试验观察到随冻融循环的增加,试样内部出现大量孔洞及微裂缝,裂缝不断发展延伸最终呈网状分布,平均孔径持续增加,有害孔和多害孔开始增多,结构愈加疏松。

快硬磷酸镁-铁铝酸盐复合水泥的抗冻性研究

随着冬季抢修抢建混凝土工程的增多,研发适用于严寒地区具有良好抗冻性的快硬水泥意义重大。磷酸镁水泥具有早期强度高、初凝时间短、与混凝土相容性好等特点,被视为混凝土工程的良好快修快建材料。然而,磷酸镁水泥制备的水泥砂浆或混凝土在北方地区的冬季往往会受到冻融循环作用,导致其耐久性和强度出现不同程度的退化。为增强磷酸镁水泥的抗冻性,在磷酸镁水泥制备中用铁铝酸盐水泥代替一定数量的过烧氧化镁,制备出快硬磷酸镁-铁铝酸盐复合水泥。通过冻融循环前后磷酸镁-铁铝酸盐复合水泥砂浆试件的质量损失测试、强度试验、孔隙率测试及SEM-EDS测试,得出:铁铝酸盐水泥代替氧化镁的数量在30%~40%时,制备的磷酸镁-铁铝酸盐复合水泥砂浆试件冻融循环后的质量损失率最小,抗压强度和抗折强度达到峰值,抗压强度和抗折强度剩余率最高,孔隙率最小,因而该配合比的磷酸镁-铁铝酸盐复合水泥具有最好的抗冻性。由SEM-EDS测试可知磷酸镁水泥砂浆试件冻融循环后,基体中的胶凝材料K-鸟粪石部分溶解,试件整体结构疏松,晶体间存在大量间隙;磷酸镁水泥制备中掺入铁铝酸盐水泥后,制得的磷酸镁-铁铝酸盐复合水泥水化生成大量晶体填充于砂浆试件基体内部,无定形水化产物对砂浆试件的强度有一定补偿作用,使得磷酸镁-铁铝酸盐复合水泥砂浆试件在冻融循环后孔隙率大幅减小,密实度得到提高,使得磷酸镁-铁铝酸盐复合水泥的抗冻性能得到了显著增强。磷酸镁-铁铝酸盐复合水泥为北方严寒地区冬季混凝土抢修抢建工程提供了一种新材料。

疲劳荷载下冻融循环对CR-WMA开裂特性的影响

以温拌胶粉改性沥青混合料(CR-WMA)和热拌胶粉改性沥青混合料(CR-HMA)为研究对象,对经盐冻融循环和水冻融循环作用下的半圆试件进行三点弯曲重复加载试验,同时利用数字图像(DIC)相关技术对其开裂特性进行研究.结果表明:采用开裂位置附近点的水平应变(EXX)和以全场水平应变定义的损伤变量均可反映CR-WMA和CR-HMA在疲劳荷载作用下的抗开裂性能;CR-WMA和CR-HMA的抗疲劳开裂性能随着盐冻融循环和水冻融循环作用次数的增加而降低,且盐冻融作用对其影响大于水冻融作用;无论盐冻融还是水冻融作用,CR-WMA的抗疲劳开裂性能均优于CR-HMA.

掺AJF-6型高效引气减水剂机场混凝土的抗冻性能试验研究

结合大兴安岭某机场建设工程,采用快速冻融试验方法,对掺入不同比例AJF-6高效引气减水剂的混凝土分别进行0、50、100、150、200、250、300次冻融循环试验,测量试件的含气量、质量、相对动弹性模量,并对比研究AJF-6高效引气减水剂对混凝土抗冻性能的影响。试验结果表明AJF-6高效引气减水剂掺量与混凝土含气量关系近似为抛物线关系。为控制混凝土含气量符合要求,其掺量应控制在2.3%～3.0%之间,施工过程中AJF-6高效引气减水剂掺量宜比设计值增加3.0%。

冻融循环作用下钢纤维混凝土的抗冲击性能试验研究

采用分离式霍普金森压杆装置(SHPB)开展了冻融循环作用下钢纤维混凝土(SFRC)的动态受压力学性能试验,研究了冻融循环次数(0~100次)和钢纤维掺量(0、1%、2%、3%)对SFRC动态受压力学性能的影响。结果表明:随着冻融循环次数的增加,试件的动态抗压强度基本呈减小趋势,峰值应变增大;随着钢纤维掺量的增加,试件的动态抗压强度先增大后减小,峰值应变基本呈增大趋势,建议钢纤维最佳掺量为2%。

大坝专用增强型聚氨酯密封止水材料寒区适应性试验研究

研究了大坝专用增强型聚氨酯密封止水材料在寒区水工混凝土面板接缝中的适用性能。通过人工气候老化、湿热浸泡、酸碱盐侵蚀和冻融循环试验,评估了材料的耐久性和适应性。结果显示,该材料具有优异的拉伸粘结性、耐候性、抗冻性和耐腐蚀性,同时低温施工性和耐热性方面表现出色,适用于多种复杂环境下的工程应用。

偏高岭土增强传统糯米-石灰浆力学性能及耐久性试验研究

用石灰,糯米浆,偏高岭土制备了5组石灰灰浆试块,其中以糯米粉熬制成浓度为5%的糯米浆,然后改变偏高岭土掺合料的比例,占比情况分别是12.5%、25%、50%,进行了传统糯米灰浆的力学性能增强以及耐久性研究。试验结果表明偏高岭土掺入量的增加表现出物理力学性能的增强,宏观上很好的说明了掺入偏高岭土能达到增强传统糯米石灰浆的力学性能的效果。在抗冻融循环试验中,制备偏高岭土-糯米石灰浆试样能够有效的提高抗冻融循环次数,其中以LS5K50表现在硫酸钠溶液中抗冻性能最佳,最高可达20次冻融循环。

冻融循环对钢纤维-石墨导电混凝土发热性能的影响

以某电热路面工程为依托,研究了钢纤维对石墨导电混凝土电热性能的影响。对比升温实验数据发现,经过不同的冻融循环次数,钢纤维石墨导电混凝土电流均呈现三个阶段:缓慢增长阶段、快速增长阶段、稳定阶段;冻融循环使钢纤维-石墨导电混凝土的电流及其变化范围有所减小,发热功率在相同电压下有所降低。

海水冻融侵蚀下PVA-纳米SiO2混凝土性能试验研究

采用快冻法研究了海水冻融环境下PVA纤维和纳米SiO2对混凝土抗冻性能的影响。结果表明:每25次冻融循环结束后,不同类型混凝土的相对动弹性模量和抗压强度剩余比都有不同程度的下降;PVA纤维和纳米SiO2均能提升混凝土的抗冻性能;单掺PVA纤维或纳米SiO2试验组的抗冻性普遍低于PVA-纳米SiO2混掺试验组;混掺0.1%PVA纤维和1.0%纳米SiO2试验组的抗冻性最好。

混凝土冻融作用下冻结应力演化规律及对抗冻性能的影响

为了探究严寒地区混凝土冻害机理及冻结应力对混凝土抗冻性的影响,基于大型极端气候模拟器模拟-40℃低温冻害的条件,采用研制的冻结应力测试装置对F300高抗冻等级混凝土在冻融单次降温阶段及降温-升温冻融循环两种模式下的冻结应力及抗冻性能进行研究,同时利用了环境扫描电子显微镜对冻融循环作用下的混凝土微观裂缝进行了测试研究。研究表明:-40℃单次降温过程中降温速率越快,冻结应力出现的时间越早、混凝土内部产生的冻结应力增幅也越大;冻融循环降温阶段产生的冻结应力会随降温-升温冻融作用的不断循环而累积增大,且冻结应力的发展存在转变拐点,在相同降温终了试件中心低温条件下,降温阶段的降温速率越大,冻结应力由增加转入减小的拐点出现越早;冻融过程中的冻结应力与混凝土质量损失、相对动弹性模量两个抗冻性常用评价指标有较好的对应关系;冻结应力逐步使水泥浆体产生损伤,表现为微观裂缝的生成与发展,损伤积聚产生冻害。

氯盐-冻融循环下PPFC耐久性能研究

为探究聚丙烯纤维混凝土(Polypropylene Fiber Concrete,PPFC)在氯盐-冻融环境下的耐久性,对不同粉煤灰、硅灰和聚丙烯纤维掺量下的PPFC进行氯盐-冻融双重劣化试验。测试了9组PPFC试件的质量损失率、相对动弹性模量损失和抗折弯曲强度的变化。300次氯盐-冻融循环试验表明:氯盐-冻融循环作用后PPFC的质量损失率、相对动弹性模量损失较小,相对抗折强度下降缓慢,聚丙烯纤维对抑制混凝土剥落有利,提高了混凝土的抗盐冻性能;在氯盐-冻融环境下对PPFC的改性,建议粉煤灰质量分数为30%、硅粉质量分数为12%、聚丙烯纤维体积分数为1%。

冻融循环下沥青混合料损伤特性研究

目的 探究季节冻土地区温差和冻融循环等气候特点对沥青混合料使用性能的影响,为我国不同地区的沥青路面设计、养护、寿命评估和冻融损伤评估提供依据。方法 采用室内冻融循环模拟试验,根据不同温度配置和不同循环次数下沥青混合料的弯拉强度、疲劳寿命和单轴压缩动态模量的衰减,研究冻融循环作用前后沥青混合料的损伤特征,明确冻融循环下沥青混合料的性能衰变特征,最终提出沥青混合料冻融损伤温度等效效应。结果 冻融循环对沥青混合料低温抗裂性能造成严重破坏,冻融循环30次后性能的衰减幅度总体上超过50%。融化温度和冻结温度对沥青混合料损伤的影响存在差异,且归因于结冰过程、经典热力学和膨胀力三个方面。在仅冻融循环作用下,沥青混合料的性能衰减表现出先快速下降,后缓慢下降的特征。结论 冻融循环对沥青混合料性能的影响程度受循环次数和温度条件影响,其中融化温度较冻结温度对性能的影响更为显著。不同温度配置下冻融30次后的沥青混合料性能表现出相似的分布规律,明确了温度等效效应。建立了混合料冻融循环后的残余抗裂性能的等效模型,将损伤程度简化为三个等级。

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。

粉煤灰对渠道用混凝土抗冻及抗冲磨性能的影响

新疆北疆地区混凝土渠道冻胀及冲刷磨损严重,渠道用混凝土成本偏高,为合理利用新疆地区粉煤灰资源,保证装配式渠道用混凝土抗冻及抗冲磨性能,本文制备了粉煤灰掺量分别为胶凝材料的0%(质量分数,下同)、10%、20%、30%的混凝土,同时结合装配式混凝土渠道企业生产用配合比,对混凝土进行力学性能、冻融循环、冲刷磨损试验。结果表明:混凝土3、7 d的力学性能随粉煤灰掺量的增加而降低,粉煤灰掺量为10%的混凝土28 d力学性能最优,达57.8 MPa;混凝土抗冻性能随粉煤灰掺量的增加呈先增大后减小的趋势,粉煤灰掺量为20%的混凝土抗冻性能最佳,与未掺粉煤灰的混凝土相比,粉煤灰掺量为10%、20%的混凝土抗冻性能均有所提升;混凝土抗冲磨性能随粉煤灰掺量增大呈先上升后下降趋势,粉煤灰掺量为10%的混凝土抗冲磨性能最好,与未掺粉煤灰的混凝土相比,其抗冲磨性能提升了约12%,表明粉煤灰对混凝土抗冻及抗冲磨性能有较明显的改善作用。

隧道洞渣粗骨料混凝土抗冻性能试验研究

通过高寒地区隧道洞渣粗骨料混凝土冻融循环试验,研究在不同冻融循环次数下,隧道洞渣粗骨料取代率对混凝土抗冻性能的影响,分析试件相对动弹性模量、质量、抗压强度和劈裂抗拉强度损失率的变化规律。结果表明:混凝土的抗冻性能与洞渣粗骨料取代率呈负相关,当洞渣粗骨料取代率达到30%时,洞渣粗骨料混凝土相对动弹性模量、质量、冻融试验后的抗压强度和劈裂抗拉强度损失率与普通混凝土相差不大,其抗冻性能相对较好,冻融循环50次前试件破坏程度均较小而100次之后试件严重破坏,在冻融循环后期粉煤灰的填充效应随着洞渣粗骨料取代率的增加而增加。

冻融循环作用下锈蚀预应力混凝土梁受弯性能数值分析

利用ABAQUS软件建立预应力混凝土梁三维有限元模型,对冻融循环以及锈蚀后的预应力混凝土梁分别进行了受弯性能非线性数值模拟分析和试验研究,模拟分析所得荷载⁃跨中挠度曲线与试验研究所得吻合良好,验证了模拟分析结果的合理性。在此基础上,建立冻融循环与锈蚀共同作用下的预应力混凝土梁有限元模型,分析不同参数下预应力混凝土梁的受弯性能。结果表明,冻融循环与锈蚀共同作用下预应力混凝土梁的抗裂能力与抗弯承载力相对于单一环境作用下明显减小;冻融循环与锈蚀共同作用下预应力混凝土梁出现了两种典型的破坏方式:混凝土压碎与预应力筋拉断;随着混凝土强度降低、冻融循环次数增多、锈蚀率增大,预应力混凝土梁的极限承载力与对应下的跨中极限挠度呈现不同程度衰减趋势;冻融循环次数和预应力水平对构件刚度影响较大。

盐侵冻融循环下聚乙烯醇纤维混凝土孔结构分形特征

为研究聚乙烯醇(PVA)纤维对混凝土孔结构的影响及其与抗冻性能的联系,本文通过核磁共振技术对冻融循环作用下PVA纤维混凝土的微观孔结构进行了测试,分析了核磁共振T2谱和孔隙分布变化规律,并基于分形理论探究了其孔隙分形特征,揭示了冻融循环作用下PVA纤维混凝土孔结构与分形维数之间的关系。结果表明,PVA纤维混凝土在冻融循环前期表现出较好的抗冻性能;中孔(100 nm<r≤1000 nm)和大孔(r>1000 nm)的数量及占比增加,削弱了PVA纤维混凝土的抗冻性能;PVA纤维混凝土具有一定的分形特征,分形维数D_(max)在5次冻融循环前增大,而后随着冻融循环次数增加不断减小。

超低温环境下双掺粉煤灰及硅灰对砂浆力学性能的影响

研究了粉煤灰、硅灰2种矿物掺合料双掺在不同掺量下对超低温冻融循环(-190~20℃)后水泥砂浆抗压、抗折强度和抗冻性的影响规律。结果表明:在超低温冻融循环后,对水泥砂浆性能的劣化程度远大于低温冻融循环(-20~20℃);当粉煤灰掺量15%、硅灰掺量10%时,水泥砂浆力学性能最优,10次超低温冻融循环后,抗折、抗压强度分别达到10.06、38.29 MPa;此时水泥砂浆强度的损失率最低,抗冻性最好;孔径达到最小为33.15 nm,孔隙率也是最小,为13.58%。

盐冻环境下混凝土抗盐冻性能研究

在雨雪侵蚀和冰冻作用下,北方地区水工结构常常会出现盐冻破坏问题,对水工结构的抗渗耐久性和长效稳定运行等带来严重影响。为降低盐冻破坏程度,文章以浑河流域某公路桥梁工程为例,试验探究了矿渣粉、硅灰、粉煤灰对水工混凝土抗盐冻性能的影响,并利用SEM扫描电镜深入分析气泡特征对抗盐冻性能的作用机理。结果表明:在水工混凝土中引入独立均匀分布的密闭气泡能够明显增强其抗盐冻能力,水胶比较大时,抗盐冻能力主要受气泡结构的影响,加入引气剂生成良好的气泡结构可以有效改善抗盐冻性能;水胶比<0.32时,气泡结构特征的影响作用下降,该条件下不掺入引气剂能够保持较高的抗盐冻水平,实际工程中应考虑不同部位及强度要求选择合适的配合比。