聚丙烯纤维橡胶混凝土的力学及抗冻性能研究

研究了聚丙烯纤维的体积掺量(0.45%、0.90%、1.35%、1.80%、2.25%、3.41%、4.51%)对橡胶混凝土力学及抗冻性能的影响,并建立了冻融损伤劣化模型来预测橡胶混凝土的冻融损伤劣化规律。结果表明:掺入适量聚丙烯纤维可以有效提高橡胶混凝土的力学及抗冻性能,当聚丙烯纤维掺量在1.80%~2.25%范围内时,试件的力学及抗冻性能均较好;建立的冻融损伤劣化模型的拟合系数R2均大于0.992,拟合精度较高,可为聚丙烯纤维橡胶混凝土在寒冷地区工程中的应用提供理论依据。

不同温度路径与干湿状态下粉砂质泥岩冻融特征及劣化机制

为探究冻融条件下粉砂质泥岩冻胀力演化规律与变形特征,针对干燥及饱和状态粉砂质泥岩,开展冻结温度分别为-5,-10和-20℃,融化温度为30℃岩体室内冻融循环试验,结合扫描电镜揭示其冻融特征及劣化机制。结果表明:饱和岩石冻胀力演化可分为孕育、陡增、平衡、融化波动及消散5个阶段,随温度降低冻胀力峰值增长、冻胀力孕育时间减少呈二项式关系;干湿状态对粉砂质泥岩冻融变形过程影响显著,饱和岩石冻融变形可分为降温冻缩、降温冻胀、低温冻缩、冻缩平台、升温融胀、升温融缩及融化平台7个阶段,而干燥岩石仅存在降温冻缩、冻缩平台、升温融胀及融化平台4个阶段;饱和岩样冻融应变特征值远大于干燥岩样,且均随冻融周期增大,其残余应变、最大应变在不同温度路径下呈指数函数关系增长,-5,-10和-20℃冻结温度下饱和岩样残余应变增长幅值分别为341.05με、377.27με、545.53με,最大应变增长幅值为355.85με、476.64με、536.36με;冻融变形与冻胀力存在一定对应关系,冻胀力萌生时,冻胀变形达到峰值,融化时冻胀力的二次峰值对应融缩变形峰值;冻融劣化包含温度损伤、溶蚀损伤与冻胀损伤,三者反复循环作用,使粉砂质泥岩产生显著冻融劣化。研究结果可为优化寒区工程安全建设及营运提供参考。

裂隙冻胀压力及对岩体造成的劣化机制初步研究

岩体在冻融循环下裂隙中会经历冻胀力的萌生、发展与消散,裂隙冻胀扩展和岩体冻胀损伤程度受冻胀力控制,基于热力学、渗流理论、界面力学和弹性理论建立了柱形封闭裂隙中冻胀力演化模型,对考虑水分迁移和不迁移两种情况下的冻胀力量值进行了研究。结果表明:不考虑水分迁移作用下冻胀力随裂隙饱和度g和岩石弹性模量sE增加而迅速增大,当sE>10 GPa且g>94%时产生的冻胀力超过15 MPa,足以驱动任何岩体冻胀开裂,不同岩石裂隙冻胀开裂存在一个对应的临界饱和度ming;考虑岩石的透水性,渗透率低于5×10^(-14) cm^2的低渗透性岩石中裂隙水冻结会产生较大的冻胀水压力,容易引起裂隙冻胀扩展;而在渗透率大于10^(-12) cm^2的高渗透性岩石中,饱和裂隙水冻结难以形成有害的冻胀水压,裂隙冻胀开裂主要是冻结后期在冰-岩界面间的微观未冻水膜中产生的分离压力引起。

高寒区长距离供水工程能力提升与安全保障技术

长距离引调水是解决水资源时空分布不均,保障国家水资源重大战略布局的重要措施,属于名副其实的“生命线”工程。位于中国西北地区的供水渠道大多面对极端寒冷、异常干旱、复杂地质环境等恶劣自然条件,冻胀、水胀、盐胀等灾害频发,极大影响渠道供水效率,严重威胁渠道运行安全,成为制约地方社会经济可持续发展的巨大障碍。“十三五”国家重点研发计划项目“高寒区长距离供水工程能力提升与安全保障技术”以北疆大型供水渠道工程为依托,以水资源高效利用为目标,以确保供水安全为宗旨,以工程防灾减灾为突破点,通过近四年联合攻关,在高寒区输水渠道劣化机理、抗冻升级改造技术、低温运行控制技术以及安全保障与风险防控技术等方面取得一系列创新成果,社会、经济和环境效益显著,应用前景广阔,意义重大。

冻融循环条件下氯化钠浓度对混凝土内部饱水度的影响

研究了在冻融循环条件下,NaCl浓度对混凝土内部溶液吸入量和饱水度的影响。结果表明:在冻融循环条件下,混凝土的饱水度增加速率在周围覆盖NaCl溶液时明显高于周围覆盖水时的,且吸入溶液量随浓度提高而增加。混凝土吸入溶液量随融化时间的增加而迅速降低,直到达到平衡;在冻融循环条件下,混凝土吸入溶液速率和饱水度增加速率明显快于常温浸泡条件下的。通过把冻融过程分成3个阶段,分析了混凝土受冻或盐冻破坏的机理。

冻融作用下活化煤矸石粉混凝土损伤劣化规律

为促进寒冷地区煤矸石在混凝土中的应用,通过机械-微波方式对煤矸石进行复合活化,从表观形貌、质量损失率、相对动弹性模量、抗压强度和劈裂抗拉强度等方面对煤矸石粉混凝土的损伤劣化规律进行了研究,并使用扫描电子显微镜、核磁共振波谱仪和X射线衍射仪等研究了活化煤矸石粉对混凝土抗冻性能的改性机理。结果表明:20%(质量分数)掺量下活化煤矸石粉对混凝土抗冻性能改善效果最好,且经300次冻融循环后,质量损失率和相对动弹性模量分别为2.32%和91.32%,抗压强度和劈裂抗拉强度分别下降了16.40%和26.12%;活化煤矸石粉能填充、细化孔隙,且其二次水化能消耗水泥水化产物Ca(OH)_(2),产生C-S-H和C-A-S-H,提升水泥石密实程度,改善孔结构,使大孔占比减少。

掺CWCPM混凝土的冻融损伤机理及演化模型

建筑垃圾的大量堆积和冻融破坏作用导致的混凝土耐久性衰减是目前土木建筑工程领域面临的两大严峻挑战。为提高建筑垃圾再生利用率,并从本质上揭示掺建筑垃圾(废砖粉)复合粉体材料(CWCPM)混凝土的冻融损伤演化机理,采用室内加速试验和理论分析相结合的研究方法,分析不同因素对混凝土宏观抗冻性能劣化规律的影响,并采用多因素分析方法建立掺CWCPM混凝土的冻融损伤演化模型。借助微细观测试手段,分析冻融过程中掺CWCPM混凝土微观形貌及孔结构的损伤演化规律,揭示混凝土冻融损伤演化机理。结果表明:随水灰比、冻融循环次数的增加和盐溶液的加入,混凝土冻融损伤破坏程度增加;CWCPM的掺入提高了混凝土的抗冻性能,与基准试件相比,50次冻融循环后,掺30%CWCPM混凝土的单位面积剥蚀量降低27.1%,抗压强度提高6.2%;基于宏观试验结果建立的冻融损伤演化模型可较好地预测混凝土抗冻性能。由混凝土微细观试验结果可知,掺CWCPM混凝土的冻融损伤的实质是其内部微观结构逐渐松散、孔结构逐渐劣化的物理变化过程,是试件内部裂纹、孔隙等缺陷产生、扩展直至破坏的损伤积累过程。

地聚物混凝土耐久性研究进展

地聚物是近年来发展起来的一种新型无机胶凝材料,其不仅实现了工业固废的资源再利用,还减少了能源消耗及温室气体排放,被认为是有潜力替代普通硅酸盐水泥的一种绿色胶凝材料。针对地聚物混凝土的耐久性问题,从耐化学侵蚀性(耐盐和耐酸)、抗碳化性、抗氯离子渗透性以及抗冻性4个方面对比总结了地聚物混凝土和硅酸盐水泥混凝土的耐久性能。研究发现,与硅酸盐水泥混凝土相比,地聚物混凝土有着更优异的耐化学侵蚀性、抗氯离子渗透性以及抗冻性,但有着稍低的抗碳化性能。然而,因地聚物原材料的多样性,各体系地聚物混凝土的微观结构、力学特性及劣化机理有所差异,致使其耐久性也存在较大区别。在环境的侵蚀下,地聚物混凝土的劣化机理主要归因于水化产物的溶解、膨胀性产物的形成、裂缝的产生以及孔隙率的增加。

寒冷地区引水渠道地基加固处理研究

以寒区灌区引水渠道建设为例,研究寒区渠道地基建设过程中的冻胀问题,通过理论分析,岩土体冻胀后的体积变化率与岩土体含水率呈正相关关系,通过室内力学实验分析,获取岩土体在干湿、冻融、干湿—冻融循环试验下的强度变化特征,结果过表明干湿—冻融循环试验造成岩体强度劣化特征最为明显。通过上述分析,结合工程实况提出寒区引水渠道地基加固处理方法,取得了较好的效果,可为类似工程提供参考。