饱和度对水工混凝土冻融劣化影响的研究

为探究水工混凝土冻融劣化与混凝土饱和度之间关系,文中对不同饱和度混凝土开展冻融循环试验,并测试抗压强度残余数值。结果显示,饱和度为85%~91.7%的试件在冻融循环结束时抗压强度残余为89.49%,饱和度91.7%~95%的试件在冻融循环结束时抗压强度残余为86.78%,可见饱和度91.7%~95%的试件抗压强度劣化效果相对较弱。饱和度为100%的混凝土试件经冻融循环后逐渐产生表面剥落、骨料外露和骨料剥落,外表损失严重,混凝土存在饱和度临界值,只有小于饱和度临界值的混凝土才会在冻融循环后保持良好状态,反之表面则会出现严重损伤。

水工混凝土饱水过程水分分布及冻融劣化对比

为研究水工混凝土吸水水分迁移及冻融劣化规律,对中低热水泥混凝土进行吸水及快速冻融试验,同时采用核磁共振与工业CT(Computerized Tomography)进行过程监测,探讨分析水工混凝土在吸水过程中水分迁移、分布规律及冻融作用下内部孔隙结构的演化。结果表明,在吸水过程中,中低热水泥混凝土总体含水率持续增加,吸水48 h后基本达到饱和状态,低热水泥混凝土的吸水程度明显高于中热水泥混凝土;吸水时中热水泥混凝土中(0,0.1]μm的水分占比高于低热水泥混凝土,而其他较大尺寸水分占比均低于低热水泥混凝土;冻融期间低热水泥混凝土的总孔隙率和增幅均明显高于中热水泥混凝土;总体上中热水泥混凝土中>10 mm^(3)的孔隙占比小于低热水泥混凝土,而其他较小范围孔隙占比大于低热水泥混凝土。

融雪与降雨入渗下含盐土遗址的冻融劣化研究

采用含水率、电导率、弹性波速及无侧限抗压强度等指标,结合试样表观及微结构变化研究了含盐土遗址在融雪或降雨入渗的初始条件下经历冻融循环的劣化机制。结果表明:在冻融循环过程中,试样含水率因融雪与降雨入渗的水分补给及蒸发散失而先增加后减小并趋于稳定,盐分随水分迁移后分别在试样高度5,3.5 cm处富集;水分入渗增加了土粒间的水膜厚度,试样弹性波速和无侧限抗压强度显著下降;随着冻融循环的进行,水分蒸发散失,试样波速和强度逐渐回升,盐分和降水形式是影响试样强度恢复的关键因素。当Na_(2)SO_(4)含量大于0.4%时,其含量的增加会降低试样强度恢复比,NaCl的加入提高了试样强度恢复比,但降低了强度回升速度。经历12次冻融循环后,融雪入渗使易溶盐充分弥散而有助于土体强度恢复,顶部水盐富集导致试样顶面形成酥碱和翻卷的泥皮;降雨入渗使试样微裂隙发育且大孔隙(>16μm)占比增大,湿润锋处水盐富集导致试样侧面出现横向裂缝,试样强度回升速度和幅度均较小。

基于声发射技术的冻融劣化混凝土损伤特性研究

利用动静力三轴仪进行冻融劣化后的混凝土单轴循环加卸载试验,试验过程中同步采用声发射装置全程采集声发射数据,对声发射能量参数与应力应变的关系进行分析,并进行基于声发射技术的混凝土损伤特性分析。结果表明:整个循环加卸荷过程中,声发射的能量数主要集中出现在加载阶段,卸载阶段的能量数很少或几乎没有;混凝土的损伤变量随着累计塑性应变的增大呈现先缓慢增大、随后迅速增大、最后趋于缓慢增大的变化趋势;通过分析不同冻融循环次数、不同应变速率下的损伤变化规律,将混凝土循环加卸荷的损伤过程分为损伤起始、损伤稳定发展、损伤破坏三个阶段;在相同应变速率下,随着冻融循环次数的增加,混凝土的累计塑性应变整体上呈增大的趋势。

混凝土冻融劣化后动态单轴抗压特性试验研究

为研究混凝土冻融循环后的动态力学性能,利用10 MN动静三轴仪对不同冻融劣化程度的混凝土在不同加载速率下进行单轴压缩试验,同时采集声发射数据分析试验过程中能量释放及损伤演化规律。最后,选用Weibull-Lognormal损伤本构模型,对试验数据进行拟合分析,并分析不同工况混凝土的损伤随应变的发展规律。研究结果表明:(1)相同冻融劣化程度时,随应变速率增加,峰值应力增大,峰值应变减小;冻融劣化程度会影响峰值应力的率敏感性;(2)在应变速率相同时,随冻融循环次数增加,峰值应力随之减小,峰值应变随之增大。(3)混凝土冻融劣化后应力应变关系峰前服从Weibull统计分布,峰后服从Lognormal统计分布。(4)在相同应变速率下,随着冻融循环次数的增加,混凝土的累计塑性应变整体呈增大趋势。

青砖含水量和孔隙结构对冻融劣化的影响实验研究

冻融破坏是我国大部分地区历史建筑青砖墙体所面临的主要劣化之一,冻融破坏的程度与青砖墙体的温度和含水量波动有关,也与不同类型青砖孔隙结构相关。针对地下水丰富的江淮地区的历史建筑,在温和条件(-10~20℃)下开展不同含水状态和不同孔隙结构的青砖的冻融循环实验,通过青砖的外观及相对超声脉冲传输时间变化,探究青砖的冻融破坏与含水量和孔隙结构的关系。实验结果表明,水分饱和度越低的青砖出现损坏时经历的冻融循环次数越多,饱和度100%的青砖在经历5次的冻融循环后即出现明显的损坏,而饱和度80%的青砖出现冻融损坏时经历的循环次数是饱和度100%的青砖的4倍及以上;在孔隙率相近的情况下,大孔径孔隙占比越多的青砖更容易受到冻融破坏。

考虑砂浆冻融劣化效应的浆砌石渠道抗震安全分析

浆砌石渠道在长期的运行过程中,受外界冻融作用,水泥砂浆易产生劣化效应,影响其力学特性和服役寿命.考虑到冻融作用对水泥砂浆力学性能的劣化效应,结合红旗渠工程,利用ABAQUS有限元软件,建立总干渠渠段精细的三维有限元模型,并采用当量冻融循环次数的概念,计算得出运行54 a的红旗渠的劣化程度,分析了渠道在设计地震作用下的动力响应情况.计算表明:该工程渠道在底板与边墙交接处出现应力集中.考虑劣化效应后,渠顶相对位移变大,结构最大压应力与最大拉应力均变小,但相应的抗拉强度与抗压强度也随之降低.渠道承载力安全系数变小,结构整体性将会受到破坏,结构抗震能力显著下降.底板与边墙交接处是渠道的薄弱部位,在结构设计和安全运行监测时应给予足够重视.

冻融劣化混凝土动态轴压弹塑性损伤研究

为探明处于不同冻融劣化程度的混凝土材料的动态轴压损伤特性,进行了不同冻融循环次数(0次、10次、20次、30次、40次)下的混凝土动态轴压试验。研究结果表明,改进后的弹塑性损伤本构模型能够很好地描述冻融劣化混凝土动态轴压损伤演化规律。冻融劣化混凝土动态轴压损伤演化过程中,损伤积累与刚度退化和塑性变形发展基本保持同步。应变速率的增大可以减缓混凝土材料损伤的发展,提高混凝土损伤发展的阈值。混凝土冻融劣化程度越低,损伤演化不同发展阶段的特征差异就越显著,并且材料会以更快的速度发生损伤破坏。

冻融劣化与荷载预损伤对混凝土应变率效应的影响分析

利用10MN多功能三轴仪和TR-TSDRSL冻融仪,对历经不同冻融循环后混凝土进行一定幅值的加载历史后,按照不同加载速率单调加载直至破坏,开展了冻融劣化混凝土单调荷载历史后的单轴试验。试验结果表明,冻融劣化混凝土预加载历史与峰值应变和残余变形皆呈一次线性关系,同干燥状态下混凝土预加载历史和峰值应变的关系相同;随应变速率和预加载历史的提高,冻融劣化混凝土弹性模量单调增大,预加载历史的增强作用更明显,两类变化均存在明显的阈值;分析了混凝土的破坏形态与破坏机理,冻融劣化混凝土加载过程存在一个"压密"过程,应力应变全曲线在峰值应力处存在"应力平台",冻融次数越大,"应力平台"持续应变越长。

不同初始含水率下砂岩冻融劣化特性试验研究

天然岩体在温度、水分变化的基础上发生冻融循环,引起岩石微观损伤、冻融碎裂以及破坏失稳等劣化现象,是中西部寒冷地区岩体的主要风化过程。将取自云冈石窟砂岩分成干燥组、饱水组、饱和度对比组进行冻融试验研究,得到试验前后云冈石窟砂岩吸水率、纵波波速、单轴抗压强度等变化参数。结果表明:砂岩饱和度<30%时,变化参数基本不受冻融作用影响;砂岩饱和度为30%~70%时,变化参数开始受冻融作用影响;砂岩饱和度>70%时,变化参数出现突变现象。定义饱和S=70%为云冈石窟砂岩冻融损伤的"阈值"。

冻融劣化混凝土冰冻状态下单轴动态劈拉力学性能研究

为研究冻融劣化混凝土冰冻状态下的动态力学性能,利用10 MN动静三轴仪对经历不同冻融循环次数(0、10、20、30、40次)后冰冻状态下的混凝土进行不同应变速率(10^(-5)、10^(-4)、5×10^(-4)、10^(-3)、5×10^(-3)/s)下的单轴劈拉加载试验,分析了冰冻状态下混凝土的峰值应力、峰值应变和弹性模量随应变速率和冻融循环次数的变化规律,并与相同冻融劣化程度融化状态混凝土的试验数据进行对比分析。结果表明,在相同冻融循环次数下,随着应变速率的增加,冰冻状态下混凝土的峰值应力和弹性模量均增大;当应变速率小于5×10^(-4)/s时,峰值应变随应变速率的增大而减小,当应变速率大于5×10^(-4)/s后,峰值应变无明显规律。在相同应变速率的加载条件下,随着冻融循环次数的增加,冰冻状态下混凝土的峰值应力和弹性模量均减小,峰值应变无明显变化趋势。与经历相同冻融循环次数后融化状态下的混凝土相比,冰冻状态下混凝土的峰值应力和弹性模量均有所增加,峰值应变减小。

冻融作用下云冈石窟砂岩损伤特性与风化评估

在冻融条件下云冈石窟砂岩风化现象严重,为深入了解砂岩在冻融作用下的物理力学特性损伤与风化程度变化,针对云冈石窟砂岩开展了室内冻融循环模拟风化试验.在饱和条件下通过设置不同冻融循环次数得到不同风化程度的砂岩,采用实验室内多种原位宏观无损检测技术对循环前以及每5次循环后的砂岩进行测试,得到砂岩在冻融循环过程中的破坏特征以及各物理力学特性参数.结合微观检测技术从细观角度探讨了砂岩内部结构损伤机制及性能指标变化原因,并根据波速比值变化判断砂岩风化程度.试验结果表明,砂岩风化特征表现为颗粒脱落,结构逐渐破坏并产生裂隙,砂岩风化程度逐渐加深,经60次循环试验后砂岩达到中等风化程度.多种检测方法的测试结果均表现出一定的规律性:砂岩的质量、超声波速、硅、钙元素含量、抗压强度等均随冻融循环次数的增加而降低;砂岩孔隙率随冻融循环次数的增加而增大;砂岩冻融循环次数、超声波速以及抗压强度之间存在一定的关联性,建立了三者数值关系式并可直接应用.

冻融劣化混凝土冰冻状态下单轴动态抗压力学特性研究

为研究冻融劣化混凝土冰冻状态下的动态力学性能,利用10 MN动静三轴仪对经历不同冻融循环次数(0次、10次、20次、30次、40次)的冰冻混凝土进行不同应变速率(1.0×10^-5,1.0×10^-4,5.0×10^-4,1.0×10^-3,5.0×10^-3 s^-1)下的单轴抗压加载试验;研究冰冻状态下混凝土的峰值应力随应变速率与冻融劣化程度的变化规律,分析应变速率及冻融劣化程度对峰值应力的敏感性特征。结果表明:相同冻融劣化程度时,随着应变速率增大,冰冻状态混凝土峰值应力增大;相同应变速率下,随着冻融程度的加深,冰冻状态混凝土峰值应力先增加后减小,其单轴抗压破坏形态无明显差异。在应变速率较小时,混凝土表面砂浆脱落严重,暴露出较多粗骨料,而应变速率较大时,其表面的主裂缝很清晰。冰冻状态下混凝土单轴抗压强度仍具有速率效应,孔隙冰晶对混凝土各组分的黏结作用随其含量的增大而逐渐转变为分离隔绝作用。冻融劣化程度对峰值应力的敏感性高于应变速率对峰值应力的敏感性。

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。

双重劣化机制下高性能混凝土抗氯离子渗透性研究

沿海寒冷地区的桥梁等建筑结构物长期受到氯离子侵蚀和冻融破坏等多重因素共同作用,其混凝土结构的耐久性受到工程界高度关注。为研究高性能混凝土在氯盐-冻融双重劣化条件下的抗氯离子渗透性能,通过掺加少量聚丙烯纤维,用粉煤灰、硅灰替代部分水泥,设计9组不同配合比的高性能混凝土,进行不同次数双重劣化试验,采用极差分析法和电通量法评估各因素对混凝土抗氯离子渗透性能的影响。结果表明,聚丙烯纤维、粉煤灰、硅灰均可填充内部孔隙,优化界面结构,提高抗渗性,但硅灰对抗氯离子渗透性能影响最大;经历氯盐-冻融双重劣化试验后,电通量值均属于极低级别,说明制备的高性能混凝土具有优良的抗氯离子渗透性能。

碱激发胶材混凝土抗冻性研究综述

作为表征混凝土在工程环境中耐久性能的重要指标,抗冻性近年来也成为碱激发胶材混凝土研究的热点问题。从碱激发胶材混凝土的水化机理和微观结构出发,综述了碱激发胶材混凝土的抗冻性有关研究结果,以及相关的混凝土冻融劣化模型。提出了碱激发胶材混凝土抗冻耐久性研究存在的问题和今后研究的方向。

EPS颗粒对粉煤灰基碱激发轻质材料性能的影响

为研究聚苯乙烯(EPS)颗粒对粉煤灰基碱激发轻质材料性能的影响,通过单掺EPS颗粒,探究了轻质化后的粉煤灰基碱激发风积沙复合材料的物理性能、抗压强度以及抗冻性能的变化规律。结果表明,EPS颗粒掺量越大,试件的干表观密度和抗压强度的下降速度越快;EPS颗粒掺量为10%~70%时,材料干表观密度在792~1864 kg/m^(3)范围;EPS颗粒掺量提高会使基体中EPS颗粒之间的浆体黏结层变薄,对材料强度不利;100次冻融循环之后,各掺量下复合材料的最大质量损失率和相对动弹性模量分别小于0.4%、大于93%,表明粉煤灰基碱激发风积沙轻质复合材料具有优异的抗冻性能。基于试验数据,建立了不同EPS颗粒掺量下粉煤灰基碱激发轻质复合材料的冻融劣化模型,对预测材料冻融损坏过程具有一定的参考意义。

高寒冻融环境下隧道结构服役性能预测模型

为分析高寒大温差冻融环境对公路隧道衬砌结构长期服役性能的影响,采用现场测试方法得到了姜路岭隧道洞口温度变化规律,基于室内冻融循环试验拟合了冻融环境下衬砌混凝土力学性能劣化计算公式,应用荷载结构法建立了高寒冻融环境下衬砌结构服役性能的时空预测模型。研究结果表明:铺设厚度为5cm、导热系数为0.03 W·(m·℃)^(-1)的保温层后,姜路岭隧道1年内经历的等效室内冻融循环次数从8下降为0.32;无保温层且混凝土饱水条件下,5、10、15、20年后拱脚处截面安全系数相对于刚服役时分别降低了0.6%、23.7%、41.1%、69.8%,二次衬砌服役20年后安全系数已不能满足结构承载的要求;铺设厚度为5cm、导热系数为0.03 W·(m·℃)^(-1)的保温层后,二次衬砌服役100年后安全系数仍能够满足承载要求。可见冻融循环的剧烈程度对衬砌结构长期服役性能影响显著,保温层能有效改善混凝土的冻融环境。

CTB-50水泥稳定碎石抗冻性能研究

为评价最大粒径为53 mm的水泥稳定碎石(CTB-50)抗冻性能,研究了冻融循环次数、级配类型、水泥剂量对水泥稳定碎石抗冻性能的影响,并建立了冻融强度劣化系数预测模型。结果表明:随冻融循环次数增加,水泥稳定碎石抗冻性能先急剧降低,冻融7次后抗冻性能不再有显著变化;水泥稳定碎石存在冻融强度极限劣化系数,CTB-50为0.845,比CTB-30的0.795提升了约6.3%;相同冻融次数后CTB-50与CTB-30无侧限抗压强度比值至少为1.15,且随冻融次数增加,强度比值增大,可达1.27;随水泥剂量增加,水泥稳定碎石冻融强度劣化系数有所增大,但并不明显。