Calculation of salt-frost heave of sulfate saline soil due to long-term freeze−thaw cycles

Based on salt-frost heave tests of sulfate saline soil under repeated freeze−thaw cycles,this paper discusses the mechanism of the salt-frost heave under long-term freeze−thaw cycles.The results show that the salt-frost heave can be restricted considerably by loads,and there is a critical load for the salt-frost heave cumulative effect.Under this load,peak values of salt-frost heave approach a constant,and the residual values become 0.There is no longer structure heave or cumulative effect of saline soil exposed to freeze−thaw cycles under the critical load.Taking cumulative effect into account in calculations of salt-frost heave,a salt-frost heave model under freeze−thaw cycles is developed.

冻融循环作用下粉砂质硫酸盐渍土变形特性研究

【目的】为探究南疆地区粉砂质硫酸盐渍土的变形特性,【方法】在封闭系统条件下对粉砂土进行冻融循环试验,利用扫描电镜对土体结构进行表征分析。【结果】结果显示:粉砂质硫酸盐渍土硫酸钠含量为0和1.0%时变形以融沉为主,5次循环后变形量分别为-1.30 mm、-1.02 mm;硫酸钠含量为2.0%、5.0%、8.0%时变形表现为盐胀-冻胀变形,5次循环后变形量分别为2.46 mm、8.53 mm、3.43 mm。【结论】结果表明:粉砂质硫酸盐渍土在冻融循环作用下温度和硫酸钠含量是影响土体发生冻融变形的主要因素。在低温区间土体的变形随温度的降低表现为盐胀-冻胀,在升温过程中土体先后出现冰融和盐溶变形;土体的最终变形量与硫酸钠含量的变化表现为先增后减,当硫酸钠含量为5.0%时,土体的盐-冻胀率达到最大为2.5%。运用扫描电镜可发现粉砂质硫酸盐渍土经冻融循环后在自重作用下会产生沉降,内部盐分重结晶是抑制沉降甚至造成土体膨胀的主要原因。

冻融循环条件下细粒硫酸盐渍土盐冻胀力学特性试验研究

硫酸盐渍土在失水或者温度降低的情况下会产生盐胀现象,严重影响结构物的正常使用.为研究细粒硫酸盐渍土盐冻胀力学特性,选取青海乐都公路段二十里铺区沿线硫酸盐渍土,采用自制试验箱,开展室内冻融循环试验,分析含盐量及冻融循环次数对法向盐冻胀力的影响.试验结果表明:冻融循环过程中,土中盐溶液向土体上表面迁移,同时析出的盐结晶和冰结晶使土样中硫酸钠溶液浓度增大,从而引起土体膨胀变形.压实系数为0.93、含水率为20%的细粒硫酸盐渍土盐冻胀力随着含盐量和冻融循环次数的增加而增大,盐冻胀力的增长趋势随着冻融循环次数的增加逐渐降低;在一个冻融循环周期内,按照盐冻胀力中盐胀占比及冻胀占比随温度变化的规律,将盐冻胀力变化分为四个阶段:盐胀阶段、盐冻胀耦合阶段、冻胀阶段、融化阶段,并测得含盐量为1.5%~4.0%的细粒硫酸盐渍土冻结温度在2~-5℃内变化,且冻结温度随着含盐量的增加而降低;盐冻胀力冻结峰值与残余值随着冻融循环次数的增加而增加,表明细粒硫酸盐渍土的盐冻胀力具有累加性,且含盐量越大累加性越强.

基于复合盐溶液浓度的再生骨料混凝土抗冻性能试验研究

为探究不同浓度复合盐溶液对再生骨料混凝土(Recycled Aggregate Concrete,RAC)抗冻性影响,以复合盐浓度、强度等级和冻融循环次数为变量,对RAC进行冻融循环试验,并分析其表观损伤程度、质量损失率、劈裂抗拉损失率、立方体抗压强度损失率和相对动弹性模量损失率。结果表明:RAC的强度等级越高,抵抗盐冻破坏能力越强;30次盐冻循环后,RAC的质量损失率、抗压强度损失率、劈裂抗拉损失率和相对动弹性模量损失率均随复合盐溶液浓度提高而减小;90次盐冻循环后,RAC的盐冻损伤则随复合盐溶液浓度提高而增大。以复合盐浓度和强度等级为参数建立了指数函数盐冻损伤模型和Weibull分布函数盐冻损伤模型。对比后发现Weibull分布函数盐冻损伤模型衍生的生存函数图和失效率函数图能更直观地反映盐冻损伤程度及损伤效率,且模型与其他学者试验结果均吻合良好。

高速铁路路基上拱变形问题综述及对策

针对高速铁路路基工程出现的各类上拱变形问题,总结已有研究成果,提出分析、判断上拱原因的基本方法和相应对策。将上拱原因分为地基岩性、环境因素和填料特征三大类;上拱变形是多种原因综合作用的结果,提出的整治、预防措施只是针对具体原因的建议方案,现场实际需综合分析制定对策。

单向冻结条件下硫酸盐渍土热质迁移及变形特性研究

对水盐补给条件下硫酸盐渍土中的热质迁移、孔隙流体相变过程以及硫酸盐渍土盐冻胀变形进行了理论和试验研究。基于非饱和土力学和热弹性连续介质理论,建立了非饱和硫酸盐渍土中水-热-盐-力多物理场耦合的数学模型,其中考虑了孔隙内相变对热力学和水力学参数的影响,通过数值模拟分析了开放系统单向冻结条件下土体内部温度场、水分场、盐分场及应力场的变化过程,并利用室内降温试验对理论模型的有效性进行了验证。研究结果表明:盐分在结晶时所析出的潜热会直接影响到水分冻结成冰的过程;土体孔隙溶液浓度在开放系统单向冻结条件的影响下随时间先快速增长至峰值而后逐渐下降,最终趋于稳定;在负温的影响下,土体内部水分相变成冰,并逐渐形成冻结锋面,随着冻结锋面的下移,土体盐冻胀程度越来越大。

NaCl-MgCl_(2)复合除冰盐对混凝土盐冻破坏的影响及其作用机理

研究了NaCl-MgCl_(2)复合除冰盐对盐溶液结冰压和临界饱水度,以及对混凝土盐冻剥蚀破坏和饱水度等的影响,揭示了其降低混凝土盐冻剥蚀破坏的作用机理.结果表明:在NaCl除冰盐中掺入MgCl_(2)可有效降低盐溶液造成的混凝土盐冻剥蚀破坏;随着复合除冰盐中MgCl_(2)掺量的增大,其对盐溶液结冰压的影响很小,但可明显增大盐溶液的临界饱水度;在冻融循环条件下,掺有复合除冰盐的混凝土的饱水度及其增长速率明显降低.

养护条件对次轻混凝土强度及抗盐冻性能的影响

研究了养护条件对不同水胶比次轻混凝土强度及盐冻性能的影响,并通过对其内部相对湿度、孔结构及水化产物的测试分析探究其作用机理。结果表明,自然养护条件下,掺50%体积轻骨料次轻混凝土早期强度较低,而其在7~28 d龄期内增长率高;特别是低水胶比混凝土,其14 d龄期强度超过标准养护与水中养护条件下试件强度。对于低水胶比混凝土,水中养护和标准养护可中止或减缓混凝土内水分向外界迁移,水泥的充分水化导致水泥石结构更致密,混凝土抗盐冻性能较好。对于高水胶比混凝土,自然养护条件下混凝土28 d龄期的内部相对湿度仍有90%,其内部存在充足水分供给水泥水化,水泥石孔结构良好;当处于盐溶液中时,相比于含水率较高的水中养护与标准养护下混凝土,自然养护条件下混凝土的水饱和程度低,故其抗盐冻性能最好。

不同氯离子浓度对硫酸盐渍土盐冻胀特性的影响研究

为探究不同氯离子浓度对硫酸盐渍土冻结温度和盐冻胀变形的影响,采用自制试验土柱,在硫酸钠质量分数为3%、含水率为最优含水率条件下,对7组不同的氯硫比(氯离子与两倍硫酸根离子摩尔质量的比值)工况进行降温试验,研究了冻结温度和盐冻胀变形随氯离子浓度增加的变化趋势。结果表明:氯离子降低了硫酸盐渍土冻结温度,且随着氯离子浓度的增大,其降低幅度增大,同时土体达到冻结温度的时间延长;氯离子改变了盐冻胀变形的温度区间,氯硫比为0.1~0.7时,硫酸盐渍土盐冻胀变形的起始温度高于不含氯离子硫酸盐渍土的起始温度,且相应温度区间大于不含氯离子硫酸盐渍土的温度区间,氯硫比为0.8时,与不含氯离子硫酸盐渍土的温度区间接近;氯离子对硫酸盐渍土的盐冻胀变形有明显的抑制作用,且抑制作用随氯离子浓度增大而增强。

地聚合物混凝土饱和系数性能研究

地聚合物是一种新型绿色胶凝材料,其饱和系数对抗冻性有重要影响。该文研究地聚合物混凝土在不同盐溶液中的饱和系数,并与硅酸盐水泥混凝土对比。研究结果表明,当n(SiO2)/n(Al2O3)=3.3时,地聚合物混凝土的饱和系数相对较小,钙基地聚合物混凝土的饱和系数较偏高岭土基地聚合物混凝土小,在各种溶液中普通混凝土的饱和系数皆小于地聚合物混凝土的饱和系数。

电渗-氯化钙对硫酸钠盐渍土变形的影响

过多的水盐含量是季冻区盐渍土产生变形的根本原因,而电渗可以通过驱动盐离子加速土体的排水固结,同时也会导致阴极土体含水率过大,进而产生严重冻胀变形。本文采用自制装置进行电渗联合氯化钙的室内试验,研究不同氯化钙含量(质量分数为0、5%、10%、15%的氯化钙溶液)对硫酸钠盐渍土变形的影响,结果表明:电渗联合氯化钙可以增大硫酸钠盐渍土的电导率,进而加速土中水的排出,相较于仅电渗处理,土体最终电渗排水量增加35%以上;硫酸钠盐渍土中过量的Na^(+)和SO_(4)^(2-)在电场力的驱动下分别向阴阳两极迁移,大部分随电渗水流排出,从而降低土体中含盐量,减小低温下土体冻胀盐胀变形;在电场力作用下,Ca^(2+)迁移到阴极并与水解产生的OH-结合形成Ca(OH)_(2)胶结物,大大增强土颗粒间的粘结力,而多余的Ca^(2+)与可溶性硅酸盐发生反应形成水合硅酸钙(C-S-H),并沉积在土颗粒表面,增加土颗粒间的摩擦力,有效降低阴极土体的冻胀变形;经电渗-氯化钙处理后的硫酸钠盐渍土,微观结构更加密实,抵抗冻胀盐胀变形能力显著增强,其中以质量分数10%的氯化钙溶液的加固效果为最佳,相较于仅作电渗处理土体,最终排水量提高了近70%,阴极土体抗剪强度增大了27.1 kPa,冻胀变形量降低了65.1%,而当试验用氯化钙溶液中氯化钙质量分数超过10%后,由于渗流通道的淤堵和电极腐蚀,导致最终排水量和土体抗剪强度有所降低,土体变形量增大。

寒冷地区混凝土路面砖的力学及耐久性能研究

采用正交试验法研究了防水剂掺量、减水剂掺量、聚丙烯纤维掺量和水胶比对混凝土路面砖力学、抗冻及抗盐冻性能的影响。结果表明:随着防水剂掺量的增加,试件的抗折强度先增大后减小,强度损失率和单位面积质量损失减小;随着减水剂掺量的增加,试件的抗折强度增大,强度损失率和单位面积质量损失减小;随着聚丙烯纤维掺量的增加,试件的抗折强度增大,强度损失率和单位面积质量损失减小;随着水胶比的增加,试件抗折强度先增大后减小,强度损失率先减小后增大,单位面积质量损失增大;综合考虑力学性能、抗冻性能和抗盐冻性能,推荐混凝土路面砖的防水剂掺量为2.0%、减水剂掺量为2.0%、聚丙烯纤维掺量为0.5%、水胶比为0.25。

基于灰色关联分析下天然盐渍土盐冻胀和溶陷性试验研究

天然盐渍土工程特性的影响因素有很多,各影响因素对盐渍土盐冻胀和溶陷特性的影响权重不同,通过建立灰色关联优势分析模型,得出含水率和上覆荷载是影响盐渍土盐冻胀的主要因素,干密度和含盐量是影响溶陷性的主要因素。以此为评价盐渍土的工程危害提供参考依据,为盐渍土治理积累经验。

昆明某地铁车站端头垂直冻结法施工工艺探讨

在地铁隧道盾构施工过程中,由于复杂的地质水文条件,盾构在始发及接收的过程中,极易出现渗漏坍塌等问题。施工中垂直冻结法的使用可有效加固复杂土层抵挡侧向水土压力,减小施工风险。为此根据昆明地铁2号线某区间车站端头的盾构始发施工,详细介绍了垂直冻结法施工中冻胀融沉问题的预防和处理措施以及施工的关键步骤,可以为其他相似工程的建设提供一定的参考。

碳纤维对桥梁工程混凝土抗冻性能的影响

为了提高桥梁工程混凝土的抗冻性能,采用快速冻融试验法,以混凝土试件的质量损失率、相对动弹性模量和抗压强度为评价指标,考察了不同碳纤维体积分数对混凝土抗水冻融和抗盐冻融能力的影响。试验结果表明,空白混凝土试件在水冻融和盐冻融循环300次后,冻融损害较为严重;而掺入碳纤维的混凝土试件的抗水冻融和抗盐冻融能力均明显提高,当碳纤维体积分数为3%时,桥梁工程混凝土的抗冻能力达到最佳。

烧结砖泛霜问题及预防措施

烧结砖的泛霜不仅影响建筑外观,更会对建筑物结构性能产生危害,通过对烧结砖泛霜形成的原因分析,提出减少泛霜的预防措施。

混凝土冻融损伤厚度的超声波检测

为分析混凝土结构的冻融损伤厚度,采用快冻法进行引气混凝土试验梁在质量分数为3.5%的NaCl溶液中的盐冻试验.基于超声脉冲检测方法,依据波速在不同物质中的传播速度差异,对冻融300次后的混凝土试块进行超声检测,得到混凝土冻融损伤厚度.结果表明,该配合比对应的混凝土试块在冻融循环300次后冻融厚度约为30 mm,未超过混凝土结构的钢筋保护层厚度.

混凝土冻融/盐冻破坏现象、机理和试验方法

混凝土的冻融/盐冻破坏是导致混凝土耐久性不足的重要原因之一,我国北方地区广泛存在冻融/盐冻破坏现象。现有的静水压、结晶压、微冰透镜、粘结-剥落等理论能够解释冻融/盐冻破坏的一部分试验现象和劣化机理。本文在综述冻融/盐冻破坏现象的基础上,对描述混凝土冻融/盐冻破坏不同阶段的理论进行了界定和区分;比较了国内外常用的冻融/盐冻试验方法和评价参数,指出了现有试验条件方法与实际服役混凝土状态之间的差距,以及损伤评价参数还存在的不足。

盐冻环境下钢筋混凝土黏结性能的梁式试验

采用240mm×150mm×1 200mm梁式黏结试件,通过0,50,75,100次快速冻融循环试验研究了盐冻循环作用对钢筋混凝土黏结强度,黏结刚度,初始滑移值,极限滑移值,破坏形态等指标的影响规律,并采用最小二乘法拟合得到盐冻作用后的黏结滑移本构方程.结果表明:随着冻融次数的增加,钢筋混凝土初始滑移和极限黏结强度均逐渐降低,且前者降幅更为显著;冻融循环次数越多,相同黏结应力水平下滑移量越大,黏结刚度越低,滑移量增长也越快;箍筋能有效地抑制和延缓盐冻融作用环境下纵筋与混凝土黏结性能的劣化程度.

盐冻环境下钢筋混凝土梁抗弯性能试验研究

试验研究了盐冻环境下钢筋混凝土梁抗弯性能的退化规律,分析比较了完好梁和经历25、50、75及100次盐冻融循环作用梁的承载力和变形性能。结果表明:受冻梁截面混凝土应变仍满足平截面假定,受力特征与完好梁相似;影响盐冻融环境下梁承载力的主要因素是受压区混凝土保护层的剥落,其次是混凝土强度的降低,而钢筋与混凝土粘结性能退化的影响并不显著;混凝土强度降低、保护层损伤及粘结性能退化均是冻融环境下混凝土梁变形增大的重要因素,梁刚度的降低程度除与冻融次数相关外,还受冻融损伤位置和持荷水平影响。