盐冻作用下玄武岩纤维混凝土性能劣化研究

针对北方地区温度较低时撒除冰盐对混凝土造成的盐冻破坏问题,研究了盐冻作用下玄武岩纤维(BF)的体积掺量(0~0.20%)对混凝土力学性能、断裂韧性的影响。结果表明:盐冻作用下,掺BF试件的单位面积质量损失和动弹性模量损失均比未掺BF试件的低;掺入适量BF提高了混凝土的抗压强度、抗弯强度及断裂韧性,BF的最佳掺量为0.12%。

盐冻作用下风积沙混凝土中氯离子扩散研究

为研究氯盐冻融循环作用下风积沙掺量对混凝土氯离子扩散的影响,试验制备了不同风积沙掺量(质量替代率为0%、25%、50%、75%、100%)的混凝土。通过化学分析法测定盐冻环境下不同风积沙掺量混凝土中自由氯离子浓度和总氯离子浓度,计算了风积沙混凝土相对氯离子结合系数和氯离子扩散系数。结果表明:自由氯离子浓度随风积沙掺量的增大先减小后增大,随冻融循环次数的增加而逐渐增加,风积沙混凝土的结合性能均表现出良好的Langumir非线性吸附,且与冻融循环次数没有直接关系;当风积沙掺量为25%时,相对氯离子结合系数最小,在相同的冻融循环次数下氯离子扩散系数达到最低值;冻融循环作用对大掺量风积沙混凝土氯离子扩散速率的影响较小,风积沙掺量100%的试验组氯离子扩散系数随冻融循环次数的增加而降低,表现出良好的抗氯离子侵蚀能力。由此可见,适量的风积沙掺入能够抵挡氯离子入侵,大量风积沙的掺入提高了混凝土在氯盐侵蚀下的抗冻性能。

盐冻循环作用下水泥稳定碎石混合料的宏细观性能

为研究盐分和冻融循环耦合侵蚀作用下水泥稳定碎石混合料的力学性能、疲劳特性及微细观空隙结构衰减规律,在冻融条件下对不同初始含盐量的水泥稳定碎石混合料开展无侧限抗压强度试验、弯拉强度试验、动态压缩模量试验和三分点加载疲劳试验。基于工业CT无损检测技术研究了盐冻耦合作用下水泥稳定碎石混合料微细观空隙结构衰减规律;提出了盐冻循环次数与盐溶液浓度对水泥稳定碎石混合料力学性能、疲劳性能和微细观空隙直径期望值的衰减公式;建立了微细观空隙结构与宏观力学性能、疲劳性能之间的拟合关系。结果表明:盐冻耦合侵蚀作用加速了水泥稳定碎石混合料力学性能与疲劳特性衰减,随着盐冻循环次数增加,水泥稳定碎石混合料的无侧限抗压强度与动态回弹模量呈指数模型衰减,弯拉强度与疲劳寿命呈三次函数模型衰减;盐冻损伤主要集中在集料边缘的原生空隙部位,微细观等效空隙直径期望值和空隙级配中小于0.1 mm3的空隙数量随着盐冻耦合侵蚀作用次数增加而增大;硫酸钠盐溶液浓度越大,经历相同盐冻循环后水泥稳定碎石混合料力学性能和疲劳性能损伤度越高,微细观等效空隙直径期望值随着硫酸钠盐溶液浓度增大呈线性关系增大;随着等效空隙直径期望值增大,水泥稳定碎石混合料的动态回弹模量、无侧限抗压强度和弯拉强度均呈线性关系减小,同时疲劳寿命呈指数函数关系降低;盐冻耦合侵蚀作用改变了水泥稳定碎石内部微细观空隙结构,是盐冻耦合侵蚀作用导致水泥稳定碎石混合料力学性能和疲劳性能下降的原因之一。

冻融-氯盐耦合作用下整体防水混凝土耐久性试验研究

在研究冬季北方除冰盐地区或近海环境,考虑冻融损伤和氯盐侵蚀耦合作用下整体防水混凝土的耐久性能。将不同水灰比和硅烷乳液掺量的整体防水混凝土试件置于3%Na Cl溶液中,进行加速冻融循环试验,测定不同盐冻循环次数下的相对动弹性模量、质量损失和渗透性,以综合评价整体防水混凝土耐久性。试验结果表明,在冻融-氯盐耦合作用下,整体防水混凝土冻融损伤和质量损失均随着硅烷掺量和冻融循环次数的增加而增加,降低水灰比可以有效提高整体防水混凝土抗冻性。但是,在相同冻融循环次数下,整体防水混凝土仍较普通混凝土具有更好的抗渗透性,并且抗渗透性随着硅烷乳液掺量的增加而提高。

融雪剂盐冻侵蚀作用对沥青混合料性能影响及劣化机理研究

采用贯入剪切试验、低温小梁弯曲试验、四点弯曲试验评价了NaCl、CaCl2、NaAC三种类型盐冻循环作用对沥青混合料高低温性能的影响,基于表面能理论、X-ray CT技术分析了盐冻循环侵蚀作用下沥青-集料界面粘附状况及微细观三维空隙结构的劣化机理。结果表明,经历15~20次盐冻循环后沥青混合料的高低温性能、疲劳性能衰减幅度趋于平缓。随着盐冻循环次数增加,沥青混合料的空隙率、平均空隙直径增大,盐冻侵蚀作用劣化了沥青-集料界面粘附状况、增大了沥青混合料内部的空隙率和平均空隙直径,最终导致混合料使用性能下降;建议优先选用NaAC型融雪剂。

盐冻融环境下钢筋混凝土黏结-滑移本构模型

为了探索盐冻融环境下钢筋混凝土的黏结-滑移性能及其本构模型,通过自主研制的双向受压型钢筋混凝土拉拔装置和钢筋铣槽内贴应变片的测试方法,对经历了盐冻融循环作用的钢筋混凝土试件进行中心拉拔试验.结果表明:随着盐冻融循环次数的增加,试件的极限黏结强度呈线性下降趋势,自由端起滑荷载逐渐减小,劈裂破坏时的自由端滑移量先减小后增大;加载初期黏结应力峰值靠近加载端,随着荷载的增加,黏结应力峰值向自由端移动,且随试件盐冻融损伤程度的增加,峰值移动趋势愈趋明显.结合理论分析,获得了试件的黏结应力和滑移量沿锚固长度分布规律,并在此基础上构建了盐冻融环境下考虑位置函数的钢筋混凝土黏结-滑移本构模型.所得结果可为寒区氯盐环境下钢筋混凝土构件的有限元分析和耐久性评估提供理论依据.

基于宏观性能及细观结构的多尺度道路混凝土抗盐冻性能研究

道路混凝土暴露于自然环境中受到冻融循环与除冰盐的共同作用,导致内部结构疏松、微裂纹扩展,最终造成道路混凝土宏观性能迅速衰减、耐久性劣化。为了从本质上研究道路混凝土盐冻劣化机理,对盐冻作用下的道路混凝土宏观性能衰减进行研究,采用压汞法及SEM对盐冻作用下的道路混凝土细观结构进行表征,从宏观性能及细观结构多尺度研究道路混凝土抗盐冻性能。试验结果表明:盐冻作用下道路混凝土相对动弹性模量不断减小、累积剥落量逐渐增加;与冻融单因素作用相比,盐冻作用下试件的劣化更严重,当冻融150次后盐冻下试件动弹性模量比冻融单因素时低11.4%(含气量4%)、6.3%(含气量6%),累积剥落量比冻融单因素作用时增长36.7%(含气量4%)、47.1%(含气量6%)。盐冻作用的结晶膨胀效应、渗透效应及温度梯度效应综合作用,造成道路混凝土临界孔径、最可几孔径及平均孔径减小,混凝土内部孔隙不断细化、孔隙连通性提高、渗透路径的曲折性降低;与冻融单因素作用相比,盐冻作用下的多害孔比例增加1.5倍(含气量2%)、0.6倍(含气量4%)、1.1倍(含气量6%)。

不同引气剂掺量早冻混凝土力学性能及孔结构分形特征

为研究水工混凝土材料在冻融循环与盐侵蚀耦合作用下构件性能演变规律,选取不同引气剂掺量(0、0.005%、0.01%)的早期受冻试件,置于质量分数为3.5%氯化钠+5%硫酸钠复合溶液内进行冻融循环试验,并基于核磁共振技术(NMR)—分形理论,构建混凝土孔体积分形维数与试件抗压强度间的耦联关系。结果表明,在混凝土材料中适量加入引气剂,可有效提高盐冻作用下构件的弹性模量、抗压强度等力学性能,并可改善孔结构,提高抗冻性;核磁共振测试的混凝土孔体积分形维数随着冻融循环次数的增加逐渐减小,表明引气剂的加入可改变初始状态下混凝土内部孔隙结构,且随着引气剂掺量的增加效果更为明显;结合分形理论建立的孔体积分形维数与抗压强度关联模型,发现分形维数DMAX与抗压强度的最佳函数关系近似指数函数,回归系数R2均大于0.85,拟合效果良好,可为混凝土结构的耐久性评估提供参考。

盐冻循环作用下混凝土桥梁接缝耐久性试验研究

通过对包含直接胶接缝、打磨胶接缝、直接湿接缝和凿毛湿接缝的混凝土试件以及整体成型试件开展氯盐侵蚀与冻融循环耦合试验,研究了盐冻循环作用下不同类型混凝土桥梁接缝的耐久性。结果表明:盐冻循环作用下的接缝为混凝土耐久性薄弱环节,随深度增加接缝处混凝土中氯离子含量与整体成型试件愈接近,尤其是深度达到45 mm后,与氯盐浸泡环境相比,氯盐-冻融循环耦合环境中整体成型、直接胶接缝、打磨胶接缝、直接湿接缝和凿毛湿接缝试件的氯离子扩散系数平均值分别增加了32.05%、33.64%、32.81%、33.12%和32.91%;冻融循环导致了各类接缝黏结界面不同程度损伤,并放大了其抗氯离子侵蚀能力的差异性;冻融循环作用对接缝试件的损伤要大于整体成型试件,接缝面不做处理的试件要大于对应的接缝面处理试件,且对直接胶接缝试件的损伤最大;3种环境下不同试件耐氯离子侵蚀性能为整体成型>凿毛湿接缝>直接湿接缝(打磨胶接缝)>直接胶接缝,其中打磨胶接缝耐氯离子侵蚀能力与直接湿接缝相当。

盐冻融环境下光圆钢筋混凝土黏结强度演化特性

研究了盐冻融作用对光圆钢筋混凝土黏结强度影响。采用快冻法分别对不配箍筋和配箍筋试件分别盐冻融循环0、15、30、45、60次后,进行中心拉拔试验,探究盐冻融循环作用对试件破坏时的外观形态、破坏特征、强度特征值的影响规律,结果表明:随着盐冻融循环次数的增加,混凝土立方体的劈裂抗拉强度以及钢筋混凝土间的黏结强度显著下降,而箍筋对中心混凝土的约束能有效缓解盐冻融作用造成的混凝土强度降低和界面黏结强度降低的影响;在盐冻融循环作用下,配箍筋试件相比不配箍筋试件混凝土保护层剥落量更大。最后,基于试验数据建立了随盐冻融损伤程度变化的无箍筋光圆钢筋混凝土黏结强度计算模型。

自密实混凝土冻融循环的性能研究

通过对自密实混凝土进行快冻法和3%NaCI溶液的冻融循环试验,测定不同冻融循环次数后的抗压强度、劈裂抗拉强度、质量损失率和相对动弹模量及其变化特点。结果表明,自密实混凝土随着冻融次数的增加,其表观质量、力学性能均呈现不同下降趋势。可为寒区桥梁工程设计、养护及寿命预测提供依据。

基于可靠性的钢筋混凝土结构服役寿命研究

基于对盐与冻融作用下钢筋混凝土结构的主要特征和破坏机理分析,建立了混凝土结构相对动弹性模量变化、钢筋结构的氯离子浓度、混凝土结构的剥蚀程度综合影响下的钢筋混凝土结构服役寿命模型。再结合可靠性理论和钢筋混凝土结构承载力设计,建立了钢筋混凝土结构寿命预测模型。最后通过某城市立交桥的实例验证了服役寿命模型的可行性和可靠性,并说明我国现行规范中对于钢筋混凝土结构的耐久性考虑偏于不安全,应基于可靠性原理进行修正。

桥面铺装低掺聚丙烯纤维混凝土耐久性试验与分析

试验研究以本地化的材料,针对寒区桥面铺装这一特殊应用领域要求进行低掺聚丙烯纤维混凝土配合比设计及优选。然后对不同掺入量组成的低掺聚丙烯纤维混凝土的冻融循环、冻融-氯盐共同作用下的耐久性试验研究,并对试验结果进行分析评价。

寒区桥面铺装低掺聚丙烯纤维混凝土耐久性研究

针对寒区桥面铺装这一特殊应用领域要求,对不同掺入量的聚丙烯纤维混凝土进行冻融循环及冻融—氯盐共同作用下耐久性试验,研究低掺聚丙烯纤维对寒区桥面铺装混凝土性能的影响。试验结果表明:低掺聚丙烯纤维桥面铺装混凝土可提高抗冻性能和抵御氯盐侵蚀能力,防止钢筋锈蚀,增强混凝土耐久性。

寒区桥梁用自密实混凝土试验研究

通过对自密实混凝土进行快冻法和3%NaCI溶液的冻融循环试验,测定不同冻融循环次数后的质量损失率和相对动弹模量及其变化特点以及冻融损伤对氯离子扩散能力的影响。结果表明:自密实混凝土随着冻融次数的增加,其表观质量、力学性能均呈现不同下降趋势。可为寒区桥梁工程设计、养护及寿命预测提供依据。

低掺聚丙烯纤维混凝土桥面铺装耐久性分析

针对寒区桥面铺装这一特殊领域要求,对不同掺入量的聚丙烯纤维混凝土进行冻融循环及冻融—氯盐共同作用下耐久性试验,研究低掺聚丙烯纤维对寒区桥面铺装混凝土性能的影响。试验结果表明低掺聚丙烯纤维桥面铺装混凝土可提高抗冻性能并抵御氯盐侵蚀能力,防止钢筋锈蚀,增强混凝土耐久性。