干湿循环作用下剑麻纤维加筋膨胀土的抗裂作用及影响因素

为研究干湿循环作用下纤维加筋膨胀土的抗裂效果,分别开展了素土和剑麻纤维加筋膨胀土的干湿循环试验,并采用图像处理技术提取试样表面裂隙参数,分析了剑麻纤维含量及长度、干湿循环次数、试样含水率对裂隙发育的影响.结果表明:1)剑麻纤维加筋膨胀土具有较好的抗裂性能,且剑麻纤维的掺入对膨胀土的裂隙率和裂隙平均宽度影响较大,相较于素土试样,最优加筋土试样的裂隙率和裂隙平均宽度均比素土试样减小了约1/2.2)纤维长度相同时,随着纤维含量的增大,裂隙率、裂隙总长度、裂隙平均宽度和分形维数均呈先减小后增大的趋势,且纤维含量为0.4%时各参数值最小;纤维含量相同时,纤维长度对各裂隙参数影响不大.3)随着干湿循环次数的增加,加筋土和素土试样裂隙参数均呈逐渐增大趋势,但纤维加筋土裂隙率和裂隙平均宽度的增大幅度均比素土小;从第5次干湿循环开始,各裂隙参数增长趋缓.4)单次脱湿过程中,试样含水率由20%降至10%时,裂隙急剧发育,且素土裂隙的发育对含水率的变化更加敏感,含水率低于10%时,随着含水率的减小,试样裂隙率变小并趋于稳定;相同含水率条件下,剑麻纤维加筋土具有更好的抗裂性能.5)剑麻纤维加筋膨胀土的抗裂机理主要表现在两方面,一方面是剑麻纤维的掺入增大了膨胀土的渗透系数,促进了试样内水分的均匀分布,减小了试样各处的胀缩差异;另一方面纵横交错的剑麻纤维约束了聚集体之间大孔隙的收缩.

简支变结构连续小箱梁桥负弯矩区UHPC-NC组合桥面板抗裂性研究

针对当前简支变结构连续小箱梁桥负弯矩区钢束易堵孔、运营中桥面开裂病害等问题,提出一种无负弯矩钢束的UHPC-NC组合桥面板结构。以一座3×30 m简支变结构连续小箱梁桥为研究对象,以正常使用极限状态梁体不开裂为控制准则确定UHPC合理构造尺寸,对所提出的负弯矩组合桥面板结构进行1∶2的缩尺模型试验。试验显示:裂缝首先出现于UHPC-NC交界面处的普通混凝土部分,随后逐渐向UHPC层沿伸,且C50混凝土开裂、梁体破坏对应的截面弯矩分别为3 520,9 152 kN·m(考虑1∶8弯矩缩尺比),大于正常使用极限状态、承载能力极限状态梁体截面弯矩3 300,5 838 kN·m,即该组合桥面板结构满足小箱梁的抗裂与承载能力要求。基于试验结果建立精细化有限元模型,采用参数分析法研究UHPC厚度对梁体开裂荷载、极限承载力等方面的影响。结果表明:梁体开裂弯矩主要由UHPC上覆层厚度决定,相较于普通钢筋混凝土梁,5 cm厚的UHPC上覆层可将梁体开裂弯矩提高28.9%,7.5 cm厚的UHPC上覆层可将梁体开裂弯矩提高41.6%;在配筋率不变的情况下,增大UHPC层厚度对梁体承载力无显著提升。综合考虑梁体受力性能以及施工便利性,建议背景工程UHPC厚度取10 cm。

CFRP-PCPs复合筋加固钢-混组合梁负弯矩区抗裂试验与理论计算

为解决钢-混组合梁负弯矩区混凝土板易开裂而造成刚度减弱的行业难题,以预制的CFRP-PCPs(carbon fibre reinforced polymer-prestressed concrete prisms)复合筋作为中支座的腹筋,并以复合筋的数量、预应力张拉水平和截面尺寸为主要参数设计制作了五根复合筋钢-混组合连续梁和一根普通组合连续梁,研究其在单跨单点荷载下负弯矩区的抗裂性能。结果表明:复合筋能显著增强中支座截面刚度,对负弯矩区的裂缝控制能力提升显著;与普通组合梁相比,复合筋梁的开裂荷载提高近30%,裂缝数量与裂缝宽度减少近50%;复合筋面积是提高裂缝控制能力的主要因素,预应力水平和截面尺寸对开裂荷载的影响较弱;复合筋的开裂荷载与预应力水平、面积正相关,其中预应力水平是影响复合筋效用时长的关键因素。基于现有理论和试验数据,本文提出CFRP-PCPs复合筋钢-混组合梁负弯矩区开裂荷载和复合筋的开裂荷载计算公式,计算结果与试验值较为吻合,可为复合筋在钢-混组合梁桥实际工程中应用提供参考。

抗裂降黏剂对硅粉抗冲磨混凝土性能提升研究

【目的】高强度硅粉混凝土普遍存在黏度高,施工难度大,开裂风险高等问题,严重影响泄水建筑物抗冲磨混凝土使用性能,因此抗冲磨混凝土设计要同时兼顾抗冲磨性能、施工性能和抗裂性能。【方法】前期通过复配膨胀组分、降黏组分和其他助剂研制了新型的混凝土抗裂降黏剂,以新疆某水利枢纽工程为对象,研究了抗裂降黏剂对不同强度等级硅粉抗冲磨混凝土的工作性、力学、变形、抗裂、抗冲磨等性能的影响,以综合评价其对硅粉抗冲磨混凝土性能改善效果。【结论】结果表明:抗裂降黏剂可用于配制C_(90)55、C_(90)50、C_(28)40不同强度等级的抗冲磨混凝土,且可显著改善硅粉抗冲磨混凝土的施工性能和抗裂性能。【结果】7%抗裂降黏剂的掺入,对混凝土坍落度、含气量、凝结时间影响不大,但可使C_(90)55、C_(90)50、C_(28)40硅粉混凝土拌合物塑性黏度减小64%~76%、屈服剪切应力减小26%~36%。相比于“硅粉”混凝土,“硅粉+抗裂降黏剂”混凝土收缩变形减小,至110 d龄期自生体积变形自始至终表现为“膨胀”,平板试验中单位面积上总开裂面积减小63%~83%,混凝土抗裂性能明显改善。此外,抗裂降黏剂的掺入,有利于提高混凝土内部密实度,可使混凝土抗压、抗拉强度略有提高,水下钢球法抗冲磨强度提高14%~40%。

高水头抽水蓄能电站地应力综合测试及抗劈裂分析

抽水蓄能电站建设处于加速期,合理布置地应力试验和精准获取地应力数据对高水头抽水蓄能电站意义重大。以某高水头抽水蓄能电站为案例,针对高水头抽水蓄能电站地形特点及地应力特征,在不同勘察阶段进行综合地应力测量,同时联合地应力场反演,获取空间三维地应力场分布规律并对围岩进行抗劈裂分析。综合实测结果表明:二维地表深孔结果随埋深梯度有变化,中浅部有应力集中现象,符合高水头抽水蓄能电站的地应力分布特征。三孔交汇法及孔壁应变法的地应力量值及方向吻合,地下厂房和高压岔管部位岩体的最大实测主应力为20.9 MPa,最小主应力为7.0 MPa;岩体以水平应力为主。最大主应力方向集中为NEE向。有利用综合实测结果加强模型精细化进行初始地应力场反演,能较好地反映此类工程的地应力场特征,利于围岩的抗劈裂分析及后续衬砌方案的选择。综合地应力测试对于高水头抽水蓄能的地应力获取具有可行性。可供高水头抽水蓄能电站工程的地应力勘察参考。

盐冻融循环对玄武岩纤维沥青混合料抗裂性能及微观结构的影响

针对玄武岩纤维沥青混合料开展半圆弯拉试验(SCB)和核磁共振试验(NMR),研究盐冻融循环作用下玄武岩纤维对沥青混合料抗裂性能的影响。结果表明:冻融循环会降低沥青混合料的抗裂性能,氯盐会加速混合料的性能劣化。玄武岩纤维的掺入可以提升沥青混合料的抗裂性能,盐溶液冻融循环20次后,相较于未掺纤维沥青混合料,玄武岩纤维沥青混合料试样的断裂韧度和断裂能高出47.5%和40.1%。核磁共振结果显示,随着冻融循环次数的增加,沥青混合料中小孔隙劣化转变为大孔隙,这是沥青混合料抗裂性能下降的主要原因。玄武岩纤维可以发挥增韧阻裂作用,阻碍小孔隙的劣化从而抑制大孔隙的形成,增强了沥青混合料的抗裂性能。

沥青路面反射裂缝影响因素分析及抗裂性能提升技术研究

半刚性基层开裂一直是世界性难题,在荷载、温度、湿度等耦合作用下逐步演变为沥青路面裂缝。路面开裂已经成为我国最为典型的路面病害类型,严重影响路面使用的耐久性。本研究分析了荷载场、温度场以及层间接触状态对裂缝产生与发展的影响,通过对沥青路面混合料类型、胶结料种类进行比选研究,以及层间接触及粘结状态对抗裂影响分析,提出消能层、材料抗裂功能提升、高粘层间结合状态抗裂技术措施,将抗裂技术效果与沥青路面结构层相匹配,进而大幅度提升路面耐久性。

水泥稳定钢渣碎石基层抗裂性能研究

文章采用C-B-3级配,对钢渣掺量为0、30%、45%、60%的4种配合比水泥稳定钢渣碎石试件进行干燥收缩和温度收缩试验,分析钢渣掺量对混合料收缩特性的影响,并采用半刚性基层开裂计算模型,计算分析钢渣掺量对基层整体抗裂性能的影响。结果表明:相较于不掺钢渣的混合料,掺入30%、45%和60%的钢渣分别使其29 d的干缩系数降低了19.7%、43.3%和57.3%,温缩系数则分别增大了9.6%、21.2%和29.8%;掺入30%、45%和60%的钢渣可以使得裂缝间距分别增大9.6%、21.2%和48.9%;裂缝宽度呈现先增大后降低的变化,分别增加10.6%,减小1.4%和5.6%;水泥稳定碎石掺入钢渣后,裂缝间距、宽度受干缩作用比温缩作用显著,钢渣替代部分集料掺入水泥稳定碎石混合料中能改善其抗裂性能。

时变抗裂指数在评价面板混凝土防裂措施中的应用

文章引用抗裂指数公式综合评价了功能性材料对面板混凝土的抗裂性能提升效果。在研究西北地区某高混凝土面板堆石坝面板混凝土的性能时,为全面准确评价纳米材料、纤维材料、微膨胀材料、减缩剂等各种功能性材料的抗裂提升效果,有针对性地选用了多参数开裂指数公式。结果表明,混凝土抗裂指数随龄期延长而增加,混凝土抵抗开裂的能力增强;不同功能性材料的防裂效果存在明显差异,推荐掺加超细材料和减缩剂,可以有效提升面板混凝土早中期抗裂性;不同功能性材料在不同龄期的防裂能力各具优势,建议采用综合性抗裂措施充分利用该特性。最后,推荐使用合适的多参数抗裂指数公式取代单参数综合评价混凝土性能,以保证混凝土配合比设计的高质量。

混杂纤维对混凝土抗裂性能的影响研究

为探究混杂纤维对混凝土抗裂性能影响,利用超高分子质量聚乙烯(UHMWPE)纤维弹模大、韧性好的优势来阻碍混凝土内部裂缝的扩展和宏观裂缝的形成,利用钢纤维抗拉、抗弯、抗剪性能好的优势来提高混凝土抗裂性能。测试了2种纤维掺量以及单掺、复掺方式下混凝土的干燥收缩率及早期抗裂性能。结果表明:UHMWPE纤维与钢纤维复掺时,混凝土干燥收缩性能最优的纤维掺量为0.2%,且钢纤维占比为75%时,28 d开裂收缩率较基准组降低了60.7%,总体降低率低于单掺纤维混凝土;复掺和单掺纤维对混凝土抗裂性能均有明显提升,复掺时效果最优,几乎没有裂缝产生。

基于压裂力筛选油菜抗裂角优异种质资源

油菜成熟后角果易开裂,导致收获损失率高,限制了产业的高质量发展。筛选抗裂角优异种质资源,对于培育抗裂角宜机收的油菜新品种具有重要意义。为了提高油菜抗裂角资源的筛选效率,本研究基于200份变异丰富的甘蓝型油菜种质资源,系统比较压裂法与随机碰撞法的鉴定结果,提出了一种基于压裂力的抗裂角高效鉴定方法。研究发现,基于随机碰撞法的抗裂角指数与基于压裂法的裂角力之间显著正相关,且压裂法比随机碰撞法重复性更好、效率更高、稳定性更强。基于抗裂角指数和裂角力之间的相关关系,制定了基于压裂力的抗性分级标准,最终基于压裂力筛选出5份高抗裂角的甘蓝型油菜优异种质资源。相关结果为进一步培育优质的油菜抗裂种质资源提供了高效的鉴定方法和重要的基因资源。

堆石混凝土劈裂抗拉破坏过程中声发射特征分析

【目的】通过研究堆石混凝土(RFC)和自密实混凝土(SCC)在劈裂抗拉破坏过程中产生的声发射信号,并进一步确定最终的裂缝形态,有助于深入了解RFC和SCC的劈裂破坏特征,从而确保结构的可靠性和安全性。【方法】制作了边长为600 mm的RFC和SCC立方体试件,研究了RFC和SCC在劈裂抗拉破坏过程中声发射参数(振铃计数和累计振铃计数)与位移荷载曲线的关系;利用声发射信号的统计方法(RA和AF)分析确定了RFC和SCC裂纹演化特征;基于RA-AF值的混合高斯模型(GMM)辨识了劈裂抗拉破坏过程中RFC和SCC的开裂模式(拉伸型开裂或剪切型开裂)。【结果】结果显示:在劈裂破坏过程中,RFC声发射振铃计数分布不均,呈现分段式变化特点,累计振铃计数呈现明显阶梯状上升,SCC声发射振铃计数分布均匀,累计振铃计数平缓上升;RFC和SCC的拉伸型裂纹区域对应RA-AF数据点向AF轴靠拢,剪切型裂纹区域对应RA-AF数据点向RA轴靠拢,均表现出明显的原点集中现象。【结论】结果表明:(1)RFC和SCC劈裂抗拉破坏强度分别为其立方体抗压强度的0.065、0.067;(2)在劈裂抗拉破坏过程中,RFC的破坏模式以拉伸型开裂为主,占89.4%,SCC以剪切型开裂主,占53.6%;(3)利用GMM方法,通过概率密度估计能对裂纹的分类特点进行更精确的捕捉。

先简支后桥面板连续体系桥面板抗裂性能研究

先简支后桥面板连续体系是一种新型钢混组合结构,在该体系的中支点处设置一定长度的钢梁-混凝土桥面板分离段,可以改善桥面板负弯矩区的受力状态。目前对于该体系桥面板负弯矩区这一薄弱环节的试验研究尚属空白。本研究首先根据实际一座先简支后桥面板连续的钢混组合梁桥,设计制作了两跨1/4比例的缩尺模型,并通过安装、拆除带套筒剪力钉对中支点处的分离段长度进行调节。然后通过在两跨桥面上模拟单轮重轴荷载进行逐点加载试验,研究了分离段长度对桥面板受力状态和抗裂性能的影响。最后对原桥的抗裂性能进行了分析。结果表明,中支点处设置分离段的先简支后桥面板连续体系可显著改善结构的抗裂性能。本研究有助于推广先简支后桥面板连续体系在钢混组合结构中的应用、推动桥梁结构预制装配技术的发展。

抗裂材料对洞渣砂输水隧洞混凝土强度、变形和抗裂性能的影响

研究了KLJ-1型抗裂剂和轻烧氧化镁两种抗裂材料对洞渣砂输水隧洞混凝土强度、变形和抗裂性能的影响。使用水化量热仪和XRD分析了抗裂材料的作用机理,结合压汞仪(MIP)和扫描电镜(SEM)分析了抗裂剂对混凝土孔隙结构和微观形貌的影响。结果表明:洞渣砂混凝土的强度满足C25的设计要求,且两种抗裂材料提高了洞渣砂混凝土的强度。抗裂材料降低了混凝土的干燥收缩,标准养护下掺KLJ-1型抗裂剂混凝土无明显膨胀。抗裂材料提高了洞渣砂混凝土的抗裂性能,其中KLJ-1型抗裂剂减少了裂缝数量和面积,轻烧氧化镁降低了裂缝宽度和面积。KLJ-1型抗裂剂使水泥水化的C-S-H凝胶分布均匀,轻烧氧化镁水化使体积发生膨胀,两者都改善了混凝土孔结构,使混凝土更加密实。

抗裂剂对干热环境抗冲磨混凝土性能影响研究

结合我国西南某流域干热河谷地区某大型水电工程,深入开展了高效抗裂剂对水工混凝土力学性能、变形性能和抗冲磨性能的演化规律研究。结果表明,掺加高效抗裂剂的水工混凝土,其自生体积变形和抗冲磨强度较基准组有所增加,增加量与高效抗裂剂的掺量呈正相关;单位面积上的总开裂面积、干缩率较基准组有所减少,减少量与高效抗裂剂的掺量呈正相关。从孔结构分析角度阐释了抗冲磨性能提升的细观机理。综上,高效抗裂剂对水工混凝土的抗冲磨性能有较好的改善作用。

基于不同温度SCB试验的沥青混合料低温抗裂性能评价

为更方便、准确地评价沥青混合料低温抗裂性能,通过对半圆弯曲(SCB)试验对断裂能成分进行分析,探究了断裂能随温度升高而增加的原因,提出了基于SCB试验计算沥青混合料黏性耗散能方法,并用于评价沥青混合料低温抗裂性能。通过设计SCB试验,测试并评价了6种沥青混合料低温抗裂性能。结果表明:沥青混合料断裂能随测试温度升高而增加主要归因于黏性耗散能的增加,通过SCB试验预估沥青混合料黏性耗散能,用以评价沥青混合料低温抗裂性能;以黏性耗散能作为低温抗裂性能评价指标,对比不同再生沥青混合料的黏性耗散能的变化幅度,可以发现最大变化幅度(AC20R40与AC20R40RA试验组的差异)达到72.2%,远大于断裂能的变化幅度,可有效区分不同再生沥青混合料的低温抗裂性能,同时也有利于降低试验误差对评价结果的影响;随着试验温度升高,沥青混合料从脆性破坏逐渐转为延性破坏,断裂面中集料断裂面积逐渐减少,且材料原子或分子振动更剧烈,造成沥青混合料表面能逐渐减小,所以出现断裂能随温度先增大后减小的变化规律,其由黏性耗散能引起,断裂能峰值点温度即为黏性耗散能峰值点温度;建议黏性耗散能以―12℃与0℃温度下SCB试验的断裂能之差进行计算,用以评价沥青混合料低温抗裂性能。

大体积混凝土工程用高等级抗裂、抗蚀混凝土制备及其性能研究

对比了高铁相硅酸盐水泥与普通硅酸盐水泥制备出的C45和C60混凝土材料抗压强度、水化放热量、化学结合水含量、自收缩变形及抗氯离子渗透性能差异。结果表明:以高铁相硅酸盐水泥为关键材料,辅以高掺量粉煤灰和矿粉复合矿物掺合料等方法,制备出的C45和C60高铁相水泥混凝土抗裂和抗蚀性能优异。C45高铁相水泥混凝土3d绝热温升仅为19.41℃,28d与56d化学结合水含量分别为20.91%、25.66%,较普通硅酸盐水泥混凝土,28d自收缩低17.74%,56d氯离子扩散系数低36.71%,56d电通量低1.99%;C60高铁相水泥混凝土3d绝热温升仅为23.00℃,28d与56d化学结合水含量分别为20.06%29.05%,较普通硅酸盐水泥混凝土,28d自收缩低11.21%,56d氯离子扩散系数低15.60%,56d电通量低3.36%。高铁相水泥混凝土胶凝材料后期水化更加充分,提升了高等级大体积混凝土的抗裂、抗蚀性能。

热缩型纤维调控大体积混凝土抗裂性能研究

研究了高模量热缩型纤维与具有高微细连通孔的内养护集料协同作用对大体积混凝土力学性能、抗裂性能、收缩性能的影响,并进行了微观机理分析。结果表明:复掺热缩型纤维和内养护集料对大体积混凝土力学性能影响较小,但能明显提高大体积混凝土的抗裂性能并降低收缩变形,最大裂缝宽度和单位面积的总开裂面积较基准组分别降低了85.7%、94.9%,干燥收缩值降低了47.6%。SEM分析表明,热缩型纤维及内养护集料与胶凝浆体紧密结合、界面致密,从而提高了大体积混凝土的抗裂性能。

抗裂高性能混凝土的制备与性能研究

混凝土的开裂问题一直是工程上一道亟待解决的难题。为改善混凝土工作性能,降低水化放热量,增强其抗裂性能,本文通过试验,对不同粉煤灰掺量的混凝土的各项性能进行对比研究,包括力学性能、热学性能和长期性能,比较分析不同粉煤灰掺量下混凝土的各项性能差异。结果表明,随粉煤灰掺量增加,混凝土呈现出强度前期降低后期迅速增长的趋势,当粉煤灰掺量达到50%时,与未掺粉煤灰的试件相比,其7 d抗压强度降低了40.3%,60 d强度较7 d强度增长了53.9%;粉煤灰的加入明显地降低了胶凝体系的放热速率,粉煤灰掺量为50%的胶凝材料7 d水化放热量为171 J/g,较纯水泥的放热量降低了40.3%;在水胶比固定的情况下,粉煤灰的掺入可以降低混凝土的收缩率,粉煤灰掺量为30%时对混凝土的减缩效果最好。

常泰长江大桥主航道桥主墩承台大体积混凝土抗裂技术研究

常泰长江大桥主航道桥为主跨1 208 m的公铁两用双塔钢桁梁斜拉桥,主墩承台尺寸为77 m(横桥向)×39.8 m(顺桥向)×8 m(厚),采用C40混凝土,单个承台混凝土超过2万方。为降低承台大体积混凝土开裂风险,提高其抗裂性能,采用具有水化热调控和补偿收缩的功能性材料,基于温度场和变形场协同调控试验,开展承台大体积混凝土抗裂技术研究。试验结果表明:水化热调控材料可有效降低水泥水化热及放热速率,调控混凝土温度历程,有利于减少大体积混凝土温度裂缝;复合膨胀材料可以调控混凝土变形历程,有利于减小混凝土收缩变形,抑制混凝土收缩开裂。根据研究结果,该桥主墩承台混凝土掺加0.2%的水化热调控材料和8%的复合膨胀材料(配比为50%CaO+50%MgO),施工过程中采取控制入模温度、设置冷却水管、加强保温与保湿养护等措施。主墩承台混凝土拆模后未见裂缝,说明基于温度场和变形场协同调控的混凝土抗裂技术应用效果较好。