冻融循环作用下天然浮石混凝土孔隙结构演变特征

采用核磁共振技术,对冻融循环后的LC20和LC30强度等级的天然浮石混凝土进行孔隙结构损伤特性研究,得到两种强度等级的天然浮石混凝土不同冻融循环次数的孔隙度、横向弛豫时间T_(2)谱分布及孔径分布。结果表明:随着冻融循环次数的增加,天然浮石混凝土的孔隙度先经历一段比较平缓的阶段,出现“拐点”后便呈现上升趋势,LC20和LC30天然浮石混凝土在0~25次冻融过程中没有发生损伤,在冻融循环次数100次和150次时,出现大尺寸孔隙中填充了部分小颗粒现象;两种强度等级天然浮石混凝土在冻融环境下,孔隙占比规律均为多害孔>少害孔>无害孔>有害孔,变化范围最大的是多害孔。

冰磨损作用下天然浮石混凝土的寿命可靠性评估

为探究流凌期天然浮石混凝土的服役寿命,设计了多种试验工况的冰-天然浮石混凝土往复滑动磨损加速试验,在不同磨损路径下测试天然浮石混凝土的累计磨损量,并基于Weibull分布开展寿命可靠性建模,采用最佳线性无偏估计法与最小二乘法2种估计方法分别进行参数估计.试验结果表明:基于Weibull分布的可靠度曲线有效描述了天然浮石混凝土在冰磨损作用下的加速失效过程,其中,天然浮石混凝土可靠度曲线为单调减小的三阶段分布,其耐磨性在加速损伤阶段的衰减现象最为明显;在2类方法中,形状参数值受方法的影响波动最大,在可靠度下降初期最小二乘法计算的可靠性寿命小于最佳线性无偏估计法求得的可靠性寿命;在0.5可靠度下,选择最小二乘法计算的寿命作为冰磨损作用下天然浮石混凝土极限寿命,研究结果为提升天然浮石混凝土耐磨性与安全性提供了理论参考.

盐侵-冻融-干湿耦合作用下天然浮石混凝土的耐久性分析

内蒙古河套灌区渠道“重灌轻排”导致土壤盐碱化严重,严重影响了水工建筑的使用寿命。研究河套灌区渠道中盐侵-冻融-干湿耦合作用下天然浮石混凝土耐久性,以天然浮石混凝土(natural pumice concrete,NPC)作为衬砌材料,模拟河套灌区渠道水工建筑实际排水工程环境进行室内加速试验。以相对动弹模量以及质量损失率为损伤评价参数,分析天然浮石混凝土的宏观损失规律;借助环境扫描电镜和能谱成分分析揭示其退化机理;最后采用Weibull分布对天然浮石混凝土的相对动弹模量的退化轨迹构建模型,获得寿命可靠度函数,并预测出其极限失效次数。结果表明:在盐侵-冻融-干湿耦合作用下天然浮石混凝土的质量损失率总体呈现上升趋势,相对动弹模量呈现出下降趋势;在多因素耦合作用下,盐溶液与混凝土水化产物进行化学反应形成侵蚀产物,侵蚀产物膨胀引起混凝土内部孔隙变大、裂缝扩展,天然浮石混凝土劣化速率提高;在多因素耦合作用下天然浮石混凝土的可靠度为三阶段退化模型,其失效机制为耗损型失效。研究成果可为天然浮石混凝土在河套灌区渠道水工建筑工程应用提供理论依据。

天然浮石混凝土孔溶液结冰规律的研究

以内蒙古天然浮石作为粗骨料,通过冻融核磁共振技术模拟冻融循环温度变化过程,并测得天然浮石混凝土在冷冻和融化过程中孔溶液信号量、结冰速率、T2谱和孔径分布的变化规律,结果表明:用冷冻过程中的含冰量来评价孔溶液结冰引起的静水压比较符合实际情况;天然浮石混凝土发生冻害的温度主要是-15℃以上。探讨了天然浮石混凝土孔溶液的结冰规律。

基于正交试验的橡胶天然浮石混凝土力学性质的研究

以橡胶天然浮石混凝土为研究对象,通过正交试验法研究橡胶颗粒粒径和橡胶颗粒掺量、水胶比3种因素对混凝土力学性质的影响,通过橡胶天然浮石混凝土抗压强度、劈裂抗拉强度和拉压比得出物理力学性能最优组以及因素主次之分;再通过RapidAir混凝土气孔结构分析仪分析最优组气泡间距系数、孔隙率与抗压强度之间的关系,从气泡间距、孔隙率等微观角度解释宏观力学性能、表征微观形态。结果表明:粒径为20目,掺量为6%的橡胶天然浮石混凝土力学性质最优;水胶比和橡胶颗粒掺量是影响橡胶天然浮石混凝土力学性质的主要因素。

天然浮石混凝土孔结构对其抗压强度影响的研究

为了研究天然浮石混凝土孔结构对抗压强度的影响,采用核磁共振与压汞相结合对比进行,引入分形维数理论研究0.2μm以上的孔体积分形特征,建立分形维数与抗压强度、分形维数与孔隙率的关系模型。结果表明:天然浮石混凝土的孔结构特征与其抗压强度之间存在一定的关系;养护龄期7~28 d内,孔径大于0.2μm的有害孔分形维数增加,孔结构分布更加复杂,抗压强度变化较大;养护龄期28~90 d内,孔径大于0.2μm的有害孔分形维数变化很小,抗压强度变化也趋于平稳。

盐渍环境干湿循环下天然浮石混凝土的损伤

针对内蒙古地区河套灌区的工程环境,通过干湿循环试验,研究不同外加剂掺量以及不同强度天然浮石混凝土在2种介质(清水、盐渍溶液)作用下质量损失、相对动弹模量的宏观变化规律,利用环境扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)研究其损失机理。试验结果表明:干湿循环初期,质量和相对动弹模量均呈现增长趋势;随着循环次数的增加,都出现了不同程度的损失。5组天然浮石混凝土的损失率为:LC20>LC25>LCB>LC30>LCA;盐渍溶液对天然浮石混凝土的损失率大于清水,且与微观结构性能的变化一致。

天然浮石混凝土冻融损伤及寿命预测模型

内蒙古地区天然浮石资源丰富,可作为粗骨料制作轻质混凝土。为了研究天然浮石混凝土冻融损伤规律,配制了五种配合比的试件进行快速冻融试验。通过天然浮石混凝土相对动弹性模量和质量损失变化规律,分析了浮石骨料对混凝土抗冻性的影响。基于静水压力理论和疲劳损伤理论,推导出天然浮石混凝土的材料系数,进而建立了冻融损伤模型和寿命预测模型,并作为实例,考察了内蒙古巴彦淖尔市冬季低温环境下的天然浮石混凝土寿命。结果表明:浮石骨料能减小混凝土静水压力,提高抗冻性;天然浮石混凝土相对动弹性模量计算值与试验值吻合较好;五组天然浮石混凝土寿命预测值分别达到65 a、84 a、112 a、131 a和50 a,满足安全性运行年限。

天然浮石混凝土力学性能与微观结构研究

以内蒙古天然浮石作为粗骨料,配制LC30、LC35两种强度的天然浮石混凝土为研究对象,研究不同龄期对天然浮石混凝土立方体抗压和劈裂抗拉的影响,进行轴向抗压和立方体抗压的换算,进行弹性模量和泊松比试验研究其变形性能,并借助环境扫描电镜观察分析其微观结构。结果表明:随着龄期的增加,在90 d内浮石混凝土几乎呈线性增长,轴向抗压和立方体抗压的换算系数为0.84左右,其弹性模量和泊松比低于普通混凝土,龄期的增加浮石水泥砂浆界面连接更加紧密,提高其力学性能。

冰凌作用下天然浮石混凝土磨损规律研究

冰磨损是导致水工混凝土损伤的重要因素之一。为探究冰凌作用下天然浮石混凝土的磨损规律,以内蒙古地区的天然浮石为粗骨料,研究浮石骨料体积分数、水胶比、胶凝材料硬度对冰磨损天然浮石混凝土的影响规律,分析了不同因素对天然浮石混凝土磨损量影响的显著性,运用超景深显微镜对冰磨损下天然浮石混凝土的表观形貌进行观测。结果表明:冰磨损天然浮石混凝土磨损量随浮石骨料体积分数和水胶比的增加而增加,随胶凝材料硬度的增加而降低;浮石骨料体积分数和水胶比对天然浮石混凝土磨损量的影响较为显著;在切削磨损和疲劳磨损的共同作用下天然浮石混凝土表层材料脱落,磨损表面孔壁被破坏,孔洞增大。

PVA纤维天然浮石混凝土动态力学性能研究

以内蒙古地区的天然浮石为粗骨料配制天然浮石混凝土,采用Ф100分离式霍普金森压杆(SHPB)试验分析了不同聚乙烯醇(PVA)纤维体积掺量(0、0.15%、0.30%)天然浮石混凝土在冲击荷载下的动态力学性能。结果表明:随着PVA纤维掺量的增加,天然浮石混凝土的静态抗压强度增强,动态冲击压缩下破坏程度减弱;当应变率低于96 s^(-1)时,0.30%PVA纤维天然浮石混凝土的动态抗压强度最佳;当应变率高于127 s^(-1)时,0.30%PVA纤维天然浮石混凝土吸收的能量最多,相比于未掺纤维的天然浮石混凝土提高了11.0%。

基于CT技术的天然浮石混凝土孔隙结构试验研究

天然浮石混凝土具有质轻、多孔和隔热的优点,将其应用于渠道工程可改善低温环境对渠道输水效率的不利影响。通过CT扫描试验、Avizo软件和分形几何理论对天然浮石混凝土的孔结构进行分析并阐明孔结构对抗冻性能的影响机理。研究结果表明:天然浮石混凝土的孔隙具有随机分布且孔径大小不一的特点。孔径分布中大孔(R>1000μm)数量占比最少,分布比较分散;中孔(100μm<R<1000μm)数量最多,分布均匀且集中;小孔(R<100μm)数量占孔隙分布总频数的8.2%,分布均匀且密集。相比普通混凝土,浮石骨料内部的孔隙缩短了气泡间距系数,减小了静水压力,故其抗冻性优于普通混凝土。由分形几何理论可知,天然浮石混凝土孔隙的分形维数在1.920~1.923间,孔隙分布的复杂程度较大,但不同截面处孔隙分布的复杂程度差异较小。

目标孔隙率对天然浮石混凝土冻融损伤影响规律研究

将橡胶颗粒加入到天然浮石混凝土中,看作混凝土中的孔隙,体积作为目标孔隙率。测试在冻融循环条件下,不同目标孔隙率对天然浮石混凝土质量损失率、动弹性模量和抗压强度的影响,研究混凝土冻融损伤规律。根据影响规律,分别对质量损失率、动弹性模量和抗压强度进行拟合。结果表明:天然浮石混凝土目标孔隙率与各试验指标之间有良好的相关性,进而建立了基于天然浮石混凝土目标孔隙率的经验计算式,为研究天然浮石混凝土冻融损伤规律提供了一定的理论参考。

基于目标孔隙率的天然浮石混凝土强度分布规律研究

以天然浮石混凝土为研究对象,将橡胶颗粒近似为孔隙加入到混凝土中,将橡胶颗粒体积作为目标孔隙率。测试目标孔隙率在0、1.05%、1.13%、1.18%、2.11%、2.26%、2.37%、3.15%、3.39%、3.55%时,0.40、0.42、0.45三种水胶比条件下,天然浮石混凝土抗压强度和劈拉强度。根据强度变化规律,分别对抗压强度和劈拉强度的分布情况进行拟合。结果表明:天然浮石混凝土目标孔隙率与强度之间有良好的相关性,进而建立了天然浮石混凝土目标孔隙率与强度的经验计算式,为天然浮石混凝土孔隙率的研究提供了一定的理论参考。

天然浮石混凝土耐久性能研究进展

浮石是一种由岩浆急速冷凝而成的多孔隙轻质岩石,以其为骨料制成的天然浮石混凝土具有质轻、隔音、保温等优点。通过对天然浮石混凝土及普通混凝土在风沙吹蚀、冻融、盐类侵蚀及多因素耦合状态下破坏形态的对比及相关参数的量化分析,对天然浮石混凝土的耐久性进行了评述,可为其在轻质墙板领域的研发及应用提供参考。

盐蚀-冻融循环作用下天然浮石混凝土的抗冻性

以内蒙古天然浮石作为粗骨料,用快冻法研究了LC30强度等级的天然浮石混凝土在清水中及内蒙古河套灌区盐渍溶液中的抗冻性,分析冻融循环后的质量损失以及相对动弹性模量的变化幅度及变化规律,并对其进行核磁共振测试、电子计算机X射线断层扫描(CT)和环境扫描电镜测试,研究冻融后的孔隙和微裂纹的分布情况。结果表明:相对清水中,在盐渍溶液中的质量损失率和相对动弹模量的冻融损伤较严重,并且核磁共振信号比较强,孔隙变化率为10.60%,CT图像的孔径较大,且呈现长度约为0.5~1.5mm的'龟裂纹'。

碳纤维改善浮石混凝土力学特性的试验研究

以内蒙古地区天然浮石作为粗骨料,对碳纤维掺量(质量比)为1/100,1/300,1/500,1/800,1/1 000的天然浮石轻骨料混凝土进行3,7,14,28,90,180d抗压强度、峰值荷载和弹性模量试验,分析了冻融后纤维轻骨料混凝土的力学性能,总结了碳纤维对轻骨料混凝土早期强度、变形量及弹性模量和冻融循环的影响及改善轻骨料混凝土微观结构性能的作用.从微观角度探讨了在冻融循环过程中,纤维表面及纤维与浆体界面的黏结情况.结果表明:纤维可以改善轻骨料混凝土的稳定性能,提高其脆性性能,且能改善抗冻性,确定1/1 000的掺量最为适宜.