冻融循环下砼力学性能与相对动弹性模量关系

研究冻融循环作用后混凝土受拉峰值应力、受压峰值应力、受拉峰值应变、受压峰值应变、受压极限应变及受拉初始弹性模量与相对动弹性模量之间的关系.对经过0,25,50,75,100和125次冻融循环作用的C20,C30,C40和C50抗拉试件进行单轴拉伸试验,对经过0,25,50和75次冻融循环作用的C20棱柱体试件进行抗压试验,得出各力学性能随相对动弹性模量变化的规律,回归得出相关的计算公式.结果表明:冻融循环作用后,随着相对动弹性模量的降低,混凝土的受拉峰值应力、受压峰值应力及受拉峰值应变等力学性能指标逐渐减小,而受压峰值应变及受压极限应变却逐渐增大.

单面冻融环境下CBC相对动弹性模量预测模型

为了解水泥基复合材料(cement-based composite,CBC)在复杂冻融环境下耐久性能的劣化规律,采用单面冻融试验来评价水泥基材料在水和硫酸钠溶液中的耐久性,分别测试了其宏观性能(剥落量、相对动弹性模量)和微观孔结构参数(含气量、气泡间距系数、气泡比表面积、气泡平均弦长)。运用灰色关联理论,计算孔结构参数和相对动弹性模量的关联度以评价其对宏观性能的影响并建立了基于孔结构参数的相对动弹性模量预测模型。

基于BP神经网络预测复合盐侵蚀后混凝土的相对动弹性模量

为了预测复合盐侵蚀后混凝土的相对动弹性模量,在分析BP神经网络原理的基础上,提出用BP神经网络模拟混凝土相对动弹性模量变化率与复合盐溶液质量分数、侵蚀时间之间关系的方法。根据侵蚀试验的实际工况,分别建立了三维输入向量,一维输出向量的BP神经网络模型,通过39组试验,验证了模型的可靠性与精确性。结果表明:实测结果与预测结果相吻合,并且平均误差百分比为2.08%,该BP神经网络模型能较准确地快速预测侵蚀后混凝土的相对动弹性模量变化率。

不同类盐蚀对混凝土相对动弹性模量的影响

盐离子侵蚀是影响混凝土耐久性的主要因素之一。在实际工程结构中,不同盐类对混凝土耐久性的影响存在明显差异。通过试验证明在干湿交替环境下,硫酸盐的侵蚀破坏程度大于碳酸氢盐以及氯盐,而且硫酸盐的侵蚀破坏时间将比碳酸氢盐侵蚀破坏提前10%,比氯盐侵蚀破坏提前33%。根据试验建立了混凝土在不同类盐蚀环境下相对动弹性模量与侵蚀时间的函数关系。

硫酸盐侵蚀作用下混凝土动弹性模量的退化

试验研究了混凝土在硫酸盐侵蚀与不同环境因素(干湿交替、冻融循环)耦合作用下混凝土动弹性模量的退化规律,进一步解释了硫酸盐侵蚀-干湿循环和硫酸盐侵蚀-冻融循环2种工况下混凝土的破坏机理。结果表明,混凝土在双因素作用下的损伤程度远远大于单一因素作用,且硫酸盐-干湿循环作用对混凝土动弹性模量的影响是硫酸盐-冻融循环作用的1.4倍。另外,低水胶比以及加入适量引气剂能在一定程度上提高混凝土抗硫酸盐侵蚀的能力。

基于多指标下POM纤维对EPS轻型混凝土性能的影响

为探究聚甲醛(POM)纤维对聚苯乙烯(EPS)轻型混凝土性能的综合影响,避免以往单纯依赖力学性能指标评价的不足,比选后基于长度为12 mm的POM纤维研究了不同性能评价指标下POM纤维的最优掺量。结果表明:基于基本的力学性能及相对动弹性模量变化绝对值,掺量为0.9%时,POM纤维对EPS轻型混凝土的增强效果最优,冻融损伤最低;基于吸水性及流变性能指标,掺量同样为0.9%时浆体稠度及抗吸水能力最佳;基于干缩性能,则掺量为1.2%时,浆体抗干缩效果最优;基于冻融后相对弹性模量变化率,则掺量为0.6%时相对弹性模量衰减率最低;研究揭示了POM纤维增强EPS轻型混凝土的复杂性和多样性,进一步通过微观分析,辅证了POM纤维增强增韧EPS轻型混凝土的机理。

盐冻耦合环境下再生砖粉ECC的耐久性研究

利用再生砖粉取代工程水泥基复合材料(ECC)中的石英砂,制备再生砖粉ECC,采用混凝土快速冻融试验,研究了氯盐、硫酸盐及复合盐(氯盐+硫酸盐)溶液侵蚀作用下再生砖粉ECC的质量损失率和相对动弹性模量变化规律,建立了ECC在盐冻侵蚀环境下的损伤模型,并对其耐久性进行评价。结果表明:冻融循环300次后,再生砖粉ECC在清水、氯盐、硫酸盐及复合盐四种介质中的质量损失率分别为2.884%、4.984%、1.955%和6.891%,相对动弹性模量分别下降了6.468%、16.300%、24.303%和39.861%;再生砖粉ECC在单一盐冻情况下的抗冻等级大于F300,在复合盐冻情况下的抗冻等级大于F250,具有良好的抗盐冻性能;建立的冻融损伤模型可较好地反映ECC在不同冻融介质下的损伤度Dn与冻融循环次数的关系,可以为严寒地区的结构耐久性设计提供有效参考。

冻融环境下钢渣细骨料混凝土微观结构及损伤演化模型

为了揭示工业钢渣细骨料制备的钢渣混凝土的冻融破坏机理,采用快速冻融法进行试验,测试了冻融循环后不同钢渣细骨料替代率混凝土的质量损失率、强度损失率、相对动弹性模量,并分析冻融损伤规律;使用扫描电镜方法观察钢渣混凝土水化产物及钢渣-砂浆界面过渡区,进行冻融损伤微观机理的分析。结果表明:钢渣细骨料因冻融作用而发生明显破坏;钢渣细骨料与水泥凝胶的界面过渡区优于普通骨料;钢渣替代率为60%时混凝土的质量、强度损失最小,分别只减少了4.06%、44.2%;钢渣替代率为100%时混凝土的质量、强度损失率最高,分别为6.05%、58%;冻融循环次数大于50时,钢渣掺量为60%的混凝土相对动弹性模量高于其余掺量组;采用钢渣取代细骨料为提高混凝土在冻融循环作用下的工作性能时建议取代率为60%。通过对钢渣混凝土的损伤演变分析,建立了钢渣混凝土的冻融损伤演变模型。

冻融循环后混凝土冲击劈拉强度预测模型

为预测混凝土材料冻融循环后冲击劈拉强度,本文对混凝土标准冻融试件和混凝土劈拉试件进行0、25、50、75、100次的冻融循环试验,通过动弹仪对混凝土标准冻融试件进行动弹性模量测试,采用电液伺服万能试验机和分离式霍普金森压杆系统分别在0.5和0.5×10^(6)、1.0×10^(6)、2.0×10^(6)kN/s的力加载速率下对劈拉试件进行劈拉试验,分析了冻融损伤以及力加载速率对混凝土冲击劈拉强度的影响。结果表明:随着冻融次数的增加,标准冻融试件的表观状况、质量、相对动弹性模量均不断劣化;当冻融次数一定时,随着力加载速率的提高,混凝土试件的冲击劈拉强度不断提升。在上述试验基础上,建立了冻融循环后混凝土冲击劈拉强度预测模型,该模型可为冻融循环后混凝土冲击劈拉强度的预测提供理论依据。

水泥基气泡轻质土冻融耐久性的研究

气泡轻质土作为一种新型材料因其具有轻质性、自密实、保温等优良特性,在寒区路基工程中有更加广泛的应用趋势。为了降低气泡轻质土的工程造价、充分利用当地资源,分别采用0%、20%、30%、40%粉质黏土和10%的粉煤灰替代部分水泥制备水泥基气泡轻质土,并开展了500 kg/m~3、600 kg/m~3、700 kg/m~3、800 kg/m~3湿密度下水泥基气泡轻质土的冻融耐久性试验。评价了不同粉质黏土掺量和湿密度对水泥基气泡轻质土冻融耐久性的影响。结果表明:(1)从质量损失率分析,掺量为20%、30%试件的质量损失率相对较小,冻融耐久性较好。(2)通过相对动弹模损失量分析,粉质黏土掺量40%和湿密度为500 kg/m~3试件的冻融耐久性较差,不宜使用。因为粉质黏土消耗了水泥水化作用需要的水分,且泡沫越多,试件内部越稀疏。(3)建立了以冻融循环次数、粉质黏土掺量为因子的相对动弹性模量预测模型公式,该模型验证结果较好且公式结构简洁,便于应用到实际工程中。

基于响应面法和Weibull分布的不锈钢纤维再生混凝土抗冻性能研究

【目的】在我国严寒地区,冻融损伤会使再生混凝土(RAC)结构提前达到耐久性极限甚至导致构件失效,为了延长再生混凝土(RAC)结构在严寒地区的使用寿命,【方法】对再生混凝土(RAC)、天然混凝土(NC)、普通钢纤维再生混凝土(PFRAC)和不锈钢纤维再生混凝土(SFRAC)进行冻融循环试验。经过冻融循环后,测得RAC、NC、PFRAC、SFRAC的质量损失及相对动弹性模量,分析冻融循环过程中混凝土内部的损伤机理及劣化规律。以相对动弹性模量为损伤变量,基于响应面模型(RSM)和Weibull分布建立了钢纤维再生混凝土冻融损伤模型,研究冻融循环次数、PF和SF的掺量对再生混凝土抗冻性的影响。【结果】结果表明,SF的掺入能有效延缓RAC质量的损失和相对动弹性模量的降低。冻融循环150次时,掺量为2%的SFRAC质量损失和相对动弹性模量分别下降3.01%和19.57%。SFRAC与RAC相比,质量损失率降低了0.4%,相对动弹性模量提高了14.17%。【结论】Weibull分布和响应面模型(RSM)的预测结果 基本一致,但RSM预测值的相对误差要低于Weibull分布的预测值。两种模型的相关系数R2均在0.94以上,预测结果较为准确,可为钢纤维再生混凝土在寒冷地区的使用提供理论参考。

不同条件下水工混凝土抗冻指标演化规律研究

水工混凝土抗冻性演化规律是确定寒区水工混凝土养护时机的先决条件,有助于延长寒区水工混凝土的使用寿命。基于此,文中对不同水灰比及不同石灰岩粉末掺量下,不同冻融循环次数与水工混凝土质量损失率、相对动态弹性模量等抗冻指标关系的演化规律进行研究。结果表明,水工混凝土的质量损失系数与冻融循环次数呈现正相关关系,且随着水灰比的增加及石灰岩粉末掺量的增加,其质量损伤衰变速率也有所增加。冻融循环次数越多,水工混凝土相对动弹性模量越低;水灰比越大,石灰岩掺量越高,其相对动弹性模量衰变速率更快。

Cl^(-)浓度对MgSO_(4)溶液侵蚀混凝土的损伤影响

采用长期自然浸泡方法,对混凝土在MgSO_(4)及MgSO_(4)+NaCl溶液中的损伤进行研究,观察混凝土在侵蚀溶液的破坏形态,并测定了混凝土在不同侵蚀龄期的相对动弹性模量与质量变化,结果表明:混凝土在Mg^(2+)+SO_(4)^(2-)侵蚀下的破坏形态为粉化、腐蚀坑点等现象,Cl^(-)的存在减弱了混凝土表面的破坏现象;NaCl的存在不改变硫酸镁侵蚀混凝土的变化规律,但是氯盐的存在减缓了硫酸镁溶液对混凝土的腐蚀,并且随着氯盐浓度的增大减弱作用越明显;混凝土在Mg^(2+)+SO_(4)^(2-)+Cl^(-)复合溶液作用下其质量变化初期缓慢后期快速增加的趋势,并且在侵蚀初期Cl^(-)存在延长了混凝土表面破坏的时间,提高了混凝土抵抗盐溶液侵蚀的能力。

基于能量耗散冻融循环下玄武岩纤维再生混凝土损伤特性

基于能量耗散原理对冻融循环下玄武岩纤维再生混凝土损伤特性进行研究,采用非金属超声波测量仪对冻融再生混凝土及玄武岩纤维再生混凝土纵波波速进行测量,利用电液伺服压力机及霍普金森压杆装置对试件开展静、动荷载下的单轴压缩试验,分析试件纵波波速、相对动弹性模量及力学性能变化,重点研究试件能量耗散变化规律。结果表明:冻融循环作用会降低试件纵波波速,且后期冻融作用试件波速降幅更加明显,玄武岩纤维的掺入增强了再生混凝土整体性,降低了冻融作用对试件的损伤程度;动载作用下试件强度、韧性均高于静载,玄武岩纤维的掺入增大了再生混凝土强度及延性,冻融作用使试件峰值应力及延性均不断降低,后期冻融作用应力降幅更加明显;荷载作用前期试件会发生弹性变形,外界输入能量以弹性能的方式被储存,玄武岩纤维的掺入能够大大提升再生混凝土的吸能效果;冻融循环次数的增加降低了试件耗能效果,增大了其机械损伤程度,冻融作用使试件更易发生破坏。

混杂纤维混凝土抗盐冻性能试验研究

为研究纤维掺量对混凝土力学性能和抗盐冻性能的影响,对不同配比的纤维混凝土进行了基本力学试验及冻融循环与氯盐耦合作用下的耐久性试验。研究了混凝土抗压强度、劈裂抗拉强度、质量损失率和动弹性模量的变化规律,结合扫描电镜(SEM)试验结果分析了纤维增强混凝土抗盐冻性机理,建立了基于动弹性模量指数表达形式的冻融损伤模型。研究结果表明:合理的纤维掺量能小幅度提高混凝土抗压强度,可显著提高混凝土劈裂抗拉强度;两种纤维混杂能够有效提高混凝土的抗盐冻性能,当掺入0.10%体积分数的玄武岩纤维、0.20%体积分数的聚丙烯纤维时,混凝土抗盐冻性最佳,200次冻融循环时,其质量损失率较普通混凝土减少55.4%,相对动弹性模量较普通混凝土增加31.8%。冻融损伤预测模型预估的混凝土抗盐冻耐久性寿命为33 a。

多盐耦合腐蚀环境下混凝土性能劣化规律

为了探究实际工业化学腐蚀环境对混凝土物理力学性能的影响规律,在氯盐、硫酸盐及镁盐环境下,进行了半浸泡与全浸泡的现场暴露试验,并在室内进行了相应的腐蚀模拟试验,研究不同水胶比、腐蚀质量分数及干湿周期对混凝土质量、抗压强度、动弹性模量及损伤层厚度的影响.结果表明:半浸泡混凝土与室内模拟试验混凝土相对质量、相对动弹性模量、抗压强度均随时间先上升后下降,损伤层厚度随时间持续上升.全浸泡方式对混凝土的劣化损伤远低于半浸泡方式,全浸泡方式延长了半浸泡方式各转折点所需时间.水胶比增大、质量分数提升及干湿周期缩短均促进Friedel盐、钙矾石及氢氧化镁等生成,加速混凝土劣化.腐蚀性离子渗入混凝土的先后顺序为:氯离子、硫酸根离子、镁离子.

橡胶混凝土抗冻性最佳橡胶取代率试验研究

橡胶颗粒取代部分细骨料,可改善混凝土的抗冻性能。试验采用橡胶颗粒等体积取代普通混凝土中的天然砂,基于力学性能对比分析不同冻融阶段质量损失率、相对动弹性模量随取代率的变化曲线,以确定抗冻性能最佳取代范围。结果表明:随着橡胶取代率的增加,质量损失率先减后增,而相对动弹性模量先增后减,抗冻性能均经历先增长后下降的变化过程,即各自存在抗冻性能相对最优的取代区间,求交集可得橡胶混凝土抗冻性能最佳的取代范围。

风积沙自密实混凝土抗硫酸盐侵蚀性能研究

为了探究风积沙自密实混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能,研究了不同侵蚀龄期下风积沙掺量对自密实混凝土的工作性、质量损失率、相对动弹性模量和耐蚀系数的影响。结果表明:随着风积沙取代率的增大,风积沙自密实混凝土拌和物的坍落扩展度呈先增大后减小的趋势;随着侵蚀龄期的延长,风积沙自密实混凝土的质量、相对动弹性模量和耐蚀系数均呈先增加后降低的趋势;适量掺入风积沙能有效改善自密实混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能,当侵蚀龄期为120 d时,60%风积沙取代率下的风积沙自密实混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能最佳;风积沙自密实混凝土的耐蚀系数与相对动弹性模量和质量损失率均存在良好的线性关系。

ASR抑制下高性能混凝土的长期抗卤水腐蚀性

以中国西北地区高浓度盐碱环境为背景,研究了含潜在碱活性细骨料的大掺量矿物掺合料高性能混凝土(HPC)在Na^(+)-Cl^(-)-SO_(4)^(2-)型卤水中的力学性能和损伤演变.结果表明:在卤水浸泡3650 d时,HPC的相对动弹性模量大于90%,抗腐蚀系数大于1,线性膨胀率小于0.12%;较高的当量碱含量在一定程度上加剧HPC的碱硅酸反应(ASR);引气能够提高HPC的抗卤水腐蚀能力,降低ASR引起的膨胀;采用大掺量矿物掺合料和潜在碱活性细骨料制备的强度等级为C50的HPC,在Na^(+)-Cl^(-)-SO_(4)^(2-)型卤水中具有优良的长期耐久性.

油菜秸秆纤维混凝土抗冻性能的试验研究

将处理后的油菜秸秆纤维切成10~15 mm、>15~20 mm、>20~25 mm、>25~30 mm等4种长度,以体积掺量分别为0.2%、0.4%、0.6%、0.8%掺入混凝土中,进行冻融循环试验,观察油菜秸秆纤维混凝土冻融循环25、50、75、100次的表观形貌,测定其质量和动弹性模量,研究油菜秸秆纤维长度和体积掺量对混凝土抗冻性能的影响,并对油菜秸秆纤维混凝土的使用寿命进行预测。结果表明:当油菜秸秆纤维长度>15~20 mm、体积掺量为0.2%时,混凝土的抗剥落能力最强,冻融循环100次后,其相对动弹性模量最大,为93.1%,较普通混凝土的提高34.4%,抗冻性能最佳;威布尔分布模型和一元二次函数模型均能较好地反映油菜秸秆纤维混凝土的冻融损伤过程,一元二次函数模型的拟合精度均大于0.98;仅考虑冻融劣化作用,抗冻性能最佳组的油菜秸秆纤维混凝土的使用寿命约为普通混凝土的2.4倍,在哈尔滨使用寿命可达16.7 a、拉萨可达17.3 a、石家庄可达36.7 a、长沙可达136.1 a、上海可达189.3 a。