珊瑚海水混凝土三轴受压力学性能试验研究

为研究珊瑚海水混凝土的三轴受压力学性能,对24个试件进行常规三轴试验。试验观察了试件的破坏形态,获取其受力破坏全过程的应力-应变曲线。结果表明:随着围压值增大,其破坏形态由竖向劈裂转为斜向剪切和横向断裂;应力-应变曲线上升段斜率增大、峰值点提高、峰点后下降段平缓,其相应峰值应力、峰值应变、弹性模量、耗能均增大,而延性系数则先增后降且最终稳定;侧向围压能延缓初始损伤出现,降低损伤发展速率和程度。

抗氯剂对海砂海水混凝土抗氯离子渗透性能影响

目前将海砂应用于混凝土建设主要有两种途径,一是将海砂淡化处理为建筑用砂,二是在混凝土中添加抗氯剂来阻隔氯离子的渗透。通过研究各种抗氯剂对于海砂海水混凝土抗氯离子渗透性能的影响,结果表明:在各种抗氯剂中,偏高岭土和甲基硅酸钠效果最为明显,与不加抗氯剂的样品对比,其电通量分别降低了33.6%和41.6%,且对混凝土短期强度和长期强度均无影响。

三轴受压聚丙烯纤维珊瑚海水混凝土力学性能及损伤分析

为了研究聚丙烯纤维珊瑚海水混凝土三轴受压时的力学性能,以侧向围压和聚丙烯纤维掺量为变化参数,对36个试件开展了常规的三轴压缩加载试验。通过试验总结了试件的破坏形态,并获取其三轴受压试验过程的应力-应变曲线。基于试验数据,分析了变化参数对聚丙烯纤维珊瑚海水混凝土特征点参数和损伤演化过程的影响规律,提出了侧向围压与聚丙烯纤维珊瑚海水混凝土力学性能指标的关系表达式。试验结果表明:聚丙烯纤维珊瑚海水混凝土的破坏形态随侧向围压的增大逐渐由竖向劈裂转为斜向剪切和横向断裂;三轴受压状态下,掺入适量聚丙烯纤维可有效提高珊瑚海水混凝土的初始弹性模量、峰值应力和峰值应变。

全珊瑚骨料海水混凝土早期强度发展研究

采用立方体抗压试验,研究不同试验材料用量对全珊瑚骨料海水混凝土(All coral aggregate seawater concrete,简称ACASC)立方体抗压强度的影响以及随养护龄期其抗压强度的发展规律。试验表明随着龄期增长ACASC强度增加,锥形破坏逐渐明显,延性有降低趋势;破坏时先从浆体与骨料交界面破坏,随后破坏面贯穿骨料;正交试验的极差分析结果表明ACASC 28 d抗压强度受水泥用量影响最为明显,受珊瑚骨料用量的影响最小,且其强度随水泥用量的增加而增加、随珊瑚骨料和人工海水用量增加呈先增加后减小的趋势;标准养护的ACASC试块3 d强度可以达到28 d的70%以上,7 d即可达到28 d的80%以上。

海砂海水混凝土圆柱体抗压强度试验研究

设计了36个海砂海水混凝土试件(18个立方体与18个圆柱体)进行轴压加载试验,考虑了水灰比和海洋潮汐区浸泡龄期对其抗压强度的影响。观察了试件的受压破坏过程与形态,获取了重要力学性能指标,分析了各参数对其力学性能指标的影响规律,结果表明:海砂海水混凝土试件破坏形态表现为黏结开裂破坏和骨料开裂破坏;随着水灰比的减小,海砂海水混凝土立方体抗压强度和圆柱体抗压强度均逐渐增大;浸泡龄期(T<270 d)对海砂海水混凝土立方体抗压强度和圆柱体抗压强度的影响规律不显著。

海水混凝土的工作性和物理性能试验研究

为减少混凝土制备过程中的淡水资源浪费问题。文章对混凝土搅拌中用海水替代淡水可行性进行研究,对比了海水混凝土和淡水混凝土的工作性和物理性能。试验结果表明:海水的使用对混凝土拌合物的坍落度和初凝时间有明显的影响,海水混凝土的力学性能略低于淡水混凝土,海水混凝土和淡水混凝土的渗透性能基本相同。研究结果可为混凝土搅拌中的节水方案的实施提供参考。

全珊瑚海水混凝土静动态力学性能与数值模拟

采用试验和三维随机骨料细观模型,研究了全珊瑚海水混凝土(CASC)在高温前后的静动态力学性能、抗侵彻和防爆性能.结果表明:添加剑麻纤维能有效改善CASC的脆性;随着温度的提高,CASC的残余抗压强度先增后减;经历高温后CASC的静动态力学性能明显降低,温度越高,高温弱化效应越明显.提出了描述CASC高温后受压应力-应变关系的两段式方程.建立了一种适用于CASC的三维随机骨料细观模型,数值模拟结果与试验结果较为吻合.

全珊瑚海水混凝土的表面自由氯离子浓度和表观氯离子扩散系数

采用不同种类水泥制备出不同强度等级的全珊瑚海水混凝土(CSC),研究其在海水浸泡环境下不同暴露时间的自由氯离子含量的分布规律,计算了CSC的表面自由氯离子含量和表观氯离子扩散系数,并探讨了暴露时间对这2个参数的影响规律.结果表明:在相同的暴露时间下,碱式硫酸镁水泥的抗Cl^-扩散渗透能力优于普通硅酸盐水泥;CSC的表面自由氯离子含量随着暴露时间的延长而呈指数型增加,且增长速率远低于普通混凝土;CSC的表观氯离子扩散系数随着暴露时间的延长而呈幂函数型递减.因此,对于实际海洋环境下的CSC结构,建议采用碱式硫酸镁水泥,从而有利于提高抗Cl^-扩散渗透能力,减缓Cl^-的侵入速度,以达到延长结构服役寿命的目的.

全珊瑚海水混凝土及其梁柱构件的力学性能与耐久性

研究了高强全珊瑚海水混凝土(CASC)的制备技术、基本力学性能、氯离子扩散与钢筋锈蚀行为,以及钢筋-CASC梁柱构件的力学性能,并进行了其服役寿命的可靠度分析.结果表明:CASC的立方体抗压强度最高可达C80混凝土强度等级;CASC具有高初始氯离子含量、高表面自由氯离子含量和高表观氯离子扩散系数的“三高”氯离子扩散特征.提出了描述CASC受压应力应变关系的两段式方程;为降低钢筋的锈蚀风险,建议在CASC结构中采用有机新涂层钢筋且混凝土保护层厚度至少为5.5 cm,混凝土强度选用C50及以上等级.另外为了综合考虑钢筋锈蚀和涂层钢筋滑移的影响,建立了钢筋-CASC梁柱构件的承载力计算模型,并且确定了满足50~100 a服役寿命要求的CASC结构的耐久性设计参数.

全珊瑚海水混凝土中不同种类钢筋的防腐蚀性能

采用线性极化电阻法(Linear polarisation resistance method,LPR)和交流阻抗谱法(Electrochemical impedance spectroscopy method,EIS)计算了钢筋的自腐蚀电位(Ecorr)、极化电阻(Rp)、腐蚀电流密度(Icorr)、锈蚀速率(V corr )和电荷转移电阻(Rct)。系统研究了不同种类钢筋对全珊瑚海水混凝土(Coral aggregate seawater concrete,CASC)中钢筋腐蚀性能的影响,提出了CASC中有效的防腐措施。结果表明,不同种类钢筋的 Rp和Rct均随着暴露时间的延长而呈下降趋势, Icorr 均随着暴露时间的延长而呈增大趋势。不同种类钢筋的耐腐蚀性能规律为:2205双相不锈钢>316不锈钢>有机新涂层钢筋>锌铬涂层钢筋>普通钢筋。因此,综合考虑阻锈效果和成本因素,对于海洋岛礁工程中的CASC结构,建议选用有机新涂层钢筋,混凝土保护层厚度至少为5.5 cm,混凝土强度等级为C50及以上,掺加亚硝酸钙阻锈剂。这样,有利于延迟钢筋开始腐蚀的时间,降低锈蚀速率,达到延长结构服役寿命的目的。

珊瑚粗骨料海水混凝土力学性能试验研究

为了研究珊瑚粗骨料海水混凝土的力学性能,以拌养用水、粗骨料类型、混凝土强度为设计参数,设计和制作了12个珊瑚粗骨料混凝土、6个碎石粗骨料混凝土标准立方体试块,自然养护28d后进行轴压力学性能试验。观察了试块的受力破坏形态,获取了珊瑚粗骨料海水混凝土试块的单轴受压荷载-位移曲线,分析了各设计参数对珊瑚粗骨料海水混凝土的物理性能及力学性能的影响规律,并建立了珊瑚粗骨料海水混凝土单轴受压状态下的应力-应变本构方程。试验结果表明:珊瑚粗骨料海水混凝土试块的最终破坏形态为正倒相连的棱锥体;采用海水拌养混凝土时,可以提高混凝土的早期强度和轴压刚度;分别采用珊瑚和碎石作为粗骨料配制出的混凝土,同强度等级时,二者峰值荷载差异较小,但珊瑚粗骨料海水混凝土的峰值位移、轴压刚度均比碎石海水混凝土的小,且珊瑚粗骨料海水混凝土的损伤速率更快。拟合出的珊瑚粗骨料海水混凝土轴压本构方程与试验结果吻合较好,建议采用。

海砂海水混凝土力学性能试验研究

为研究海砂海水混凝土的力学性能,以海砂取代率、拌养用水、强度等级、掺合料为变化参数,设计制作了39个的圆柱体标准试件并进行轴压试验。观察了试件的破坏过程及形态,获取了其轴向荷载-位移全过程曲线,并深入分析了特征点数据以及各变化参数对海砂海水混凝土力学性能的影响规律,基于试验实测数据拟合得到了该类海洋混凝土材料的应力-应变本构方程。结果表明:海砂海水混凝土试件的荷载-位移曲线经历了弹性阶段、弹塑性阶段、峰值点、下降段四个阶段;随着海砂取代率的增加,试件的峰值荷载和轴压刚度呈现先减小后增大再减小的波动变化趋势,试件的轴压延性系数随取代率变化的规律与峰值荷载的变化趋势则截然相反;对比不同拌养用水混凝土,海水拌养混凝土试件的峰值荷载更大;随着混凝土强度等级的提高,试件的峰值荷载和初始轴压刚度均相应增大,但峰值位移、延性系数以及耗能系数却降低;同时复掺矿渣和偏高岭土的海砂海水混凝土具有更优良的性能。

珊瑚礁砂海水混凝土的配合比设计与抗压强度规律

基于国内外珊瑚混凝土研究现状和高性能轻骨料混凝土的配合比设计原理,设计了4组净水胶比(W/B)为0.25~0.40的珊瑚礁砂海水混凝土,研究了标准养护龄期和W/B对珊瑚礁砂海水混凝土立方体抗压强度(f_(cu))的影响。结果表明:珊瑚礁砂海水混凝土f_(cu)随着养护龄期的延长而增大,在养护初期,其f_(cu)增长速度较快,超过7 d时f_(cu)的增长速度逐渐减慢,并逐步趋于稳定;在养护初期时珊瑚礁砂海水混凝土f_(cu)增长速度相对普通混凝土f_(cu)要快,但是在养护后期,由于骨料的强度对混凝土强度的影响起重要作用,珊瑚礁砂海水混凝土28 d f_(cu)的增长速度反而比普通砂石混凝土28 d f_(cu)要小;珊瑚礁砂海水混凝土f_(cu)随着净胶水比(B/W)的增大而增大,两者之间较好地符合线性关系。

C60全珊瑚海水混凝土的钢筋锈蚀行为研究

采用线性极化电阻法,测试了C60全珊瑚海水混凝土(coral aggregate seawater concrete,简称CASC)的线性极化曲线、自腐蚀电位(E_(corr))和极化电阻(R_(p)),研究了不同暴露时间、不同种类钢筋CASC的钢筋腐蚀行为,提出了提升岛礁CASC结构耐久性的建议措施。结果表明:随着暴露时间的延长,CASC的E_(corr)和R_(p)均逐渐降低,钢筋的耐蚀性能逐渐减弱。不同种类钢筋CASC耐蚀性能规律为:316不锈钢筋优于有机新涂层钢筋,优于普通钢筋。即使暴露0 d,CASC中普通钢筋仍会发生锈蚀,表明普通钢筋在不附加任何防腐措施的条件下不适用于岛礁CASC结构。综合分析阻锈效果和成本因素,316不锈钢筋的性价比明显低于有机新涂层钢筋,建议岛礁CASC工程优先选用有机新涂层钢筋。

全珊瑚骨料海水混凝土力学性能试验研究

为了探讨全珊瑚骨料海水混凝土的基本力学性能,并比较其与普通混凝土和轻集料混凝土的差异,通过实验系统测定了珊瑚混凝土的基本力学性能,建立了其轴心抗压强度（fc,m）、劈裂抗拉强度（fsp,m）、抗折强度（ft,m）与立方体抗压强度（fcu,m）之间的线性关系与计算公式。结果表明：在强度等级C20-C50的范围内,珊瑚混凝土的fc,m和fsp,m分别比普通混凝土的fc,m和fsp,m高出10%-48%和9%-33%,随着强度等级的提高,两种混凝土之间的差距在减小。珊瑚混凝土的ft,m与普通混凝土的ft,m之间的差异规律与强度等级有关,较低强度等级的C30珊瑚混凝土ft,m比普通混凝土的ft,m要高4%,而较高强度等级的C55珊瑚混凝土ft,m比普通混凝土的ft,m低13%。较高强度等级的C50珊瑚混凝土fc,m、fsp,m和ft,m分别比页岩陶粒轻集料混凝土的fc,m、fsp,m和ft,m低11%、0.9%和4%。

新型珊瑚海水混凝土力学性能试验研究

为了解决全珊瑚海水混凝土(coral aggregate seawater concrete,简称CASC)的脆性问题,采用碱式硫酸镁水泥(basic magnesium sulfate cement,简称BMSC)为胶凝材料和剑麻纤维为增韧材料制备了一种新型全珊瑚海水混凝土(NCASC),系统测定了基本力学性能,并与普通硅酸盐水泥制备的CASC、碱式硫酸镁水泥砂石混凝土(basic magnesium sulfate cement concrete,简称BMSCC)、普通砂石混凝土(ordinary portland cement concrete,简称OPC)以及普通轻骨料混凝土(lightweight aggregate concrete,简称LAC)的力学性能进行对比。结果表明:立方体抗压强度(f_(cu),m)在15~35 MPa范围内的NCASC的轴心抗压强度(f_c,m)、劈裂抗拉强度(f_(sp),m)与f_(cu),m之间具有较显著的线性关系;对于f_(cu),m为15~35 MPa的混凝土,相同强度NCASC的f_c,m高于OPC、LAC及BMSCC,其f_c,m与f_(cu),m比值最大,大致在0.85~0.96之间,NCASC的f_(sp),m比OPC和LAC高,但比BMSCC低,且随着强度的提高,OPC与NCASC的f_(sp),m间的差距在增大,而LAC和BMSCC与NCASC的f_(sp),m间的差距在缩小;在强度等级C15~C55的范围中,NCASC和CASC的f_(sp),m、f_c,m与f_(cu),m之间的关系基本可以采用相同的线性回归方程来描述,利用这两个回归线性方程得到对应于标准强度等级的CASC和NCASC的f_(sp),m和f_c,m数据,为CASC力学性能研究与结构设计提供参考依据。

全珊瑚海水混凝土配合比设计及评价方法

针对南海岛礁大规模海防工程建设过程中资源短缺的问题,设计地域适用性较强的全珊瑚海水混凝土。通过正交试验方法和基于信噪比的田口方法,研究总胶凝材料用量、预吸水率、砂率和净水胶比对全珊瑚海水混凝土抗压强度的影响;验证田口方法的优越性,确定各因素对全珊瑚海水混凝土抗压强度的影响程度,并加以量化;提出多因素共同作用下全珊瑚海水混凝土抗压强度的多元非线性回归模型。结果表明:基于信噪比的田口方法优于传统正交试验方法。最优全珊瑚海水混凝土设计组合为:总胶凝材料用量550 kg·m^-3,预吸水率5%,砂率50%,净水胶比0.25;各因素影响程度从大到小依次为:预吸水率、净水胶比、砂率和总胶凝材料用量。预吸水率的贡献率最大,为67.6%;净水胶比次之,为17.8%;砂率的贡献率较小,仅为0.7%。回归模型的建立对指导制备高强全珊瑚海水混凝土具有十分重要的意义。

全珊瑚海水混凝土动态冲击性能试验研究

通过掺加剑麻纤维和使用碱式硫酸镁水泥(Basic magnesium sulfate cement,BMSC)两种方法提高全珊瑚海水混凝土(Coral aggregate seawater concrete,CASC)的冲击强度和韧性。试验采用直径为75 mm的分离式霍普金森压杆(Split Hopkinson pressure bar,SHPB)得到CASC在四个应变率下的冲击压缩力学性能。结果表明:CASC具有明显的应变率硬化效应,当应变率在56~137 s^-1范围内时,综合应用碱式硫酸镁水泥和剑麻纤维的CASC的动态增强因子(DIF)是普通硅酸盐水泥CASC的1.19~1.29倍;剑麻纤维和BMSC对CASC均具有增韧作用,综合应用两者后在四个应变率下CASC的韧性指数分别提高了2.24倍、1.86倍、1.35倍、1.18倍;在掺加剑麻纤维(含量3 kg/m^3)或使用BMSC后,CASC的冲击抗裂性能均有增强,综合应用剑麻纤维和BMSC比单独使用其中一种增强效果更佳。

C60全珊瑚海水混凝土柱的受压性能与计算模型

针对热带岛礁建筑材料匮乏问题,本文对8根钢筋全珊瑚海水混凝土(CASC)柱进行受压性能试验,研究了钢筋种类和初始偏心距(e_(i))对其受压性能的影响,提出了适用于钢筋CASC柱轴心、小偏心、大偏心极限承载力(N_(u))的计算模型。结果表明:受压钢筋CASC柱的破坏特征与钢筋普通混凝土柱基本相似。验证了有机新涂层钢筋在CASC中具有较好的耐蚀性能。钢筋CASC柱的N_(u)随着e_(i)的增大而呈非线性的降低规律。在受力作用时,CASC与涂层钢筋之间易发生滑移,使得相同e_(i)下,普钢钢筋CASC柱的N_(u)比有机新涂层钢筋CASC柱高7.7%~26.3%。

干湿-碳化耦合作用对全珊瑚海水混凝土耐久性的影响

通过对不同强度等级的全珊瑚海水混凝土(CASC)进行海水干湿循环试验和海水干湿碳化耦合循环试验,以表面状态、质量损失率、动弹性模量、超声波波速、立方体抗压强度为评价指标,研究干湿循环、碳化和干湿碳化耦合作用对CASC耐久性的影响.结果表明:干湿循环、干湿碳化耦合作用下,CASC的质量损失率均随着侵蚀时间的延长而逐渐增加,先期比较平缓,增长幅度不大,经过10次循环后,其质量损失率的增长幅度明显增大;而CASC的动弹性模量和超声波波速均随着循环次数的增加逐渐降低,经过6次循环后,其速率趋于平缓,表面有微损伤;与初始28 d立方体抗压强度相比,CASC的立方体抗压强度下降幅度为8.8%~11.0%.干湿循环和碳化作用对CASC的海水侵蚀均有加速作用,干湿循环促进盐析现象的产生,加快混凝土的破坏.因此,干湿碳化耦合作用加速CASC的破坏.