卤水-干湿侵蚀下HDC力学性能试验及损伤本构模型研究

为了研究卤水-干湿循环环境下高延性混凝土(HDC)单轴受压力学性能,以3种高浓度卤水溶液为侵蚀介质,对HDC共进行了195次干湿循环试验,分析了卤水与干湿循环共同作用对HDC抗压强度、抗折强度及应力-应变关系的影响。试验结果表明:HDC对卤水有较好的抗侵蚀能力,且破坏时的应变基本保持在(2.5～3.5)%,为延性破坏;在整个循环周期内,试件的质量均出现先降后升的现象,其中溶液3(15%Cl~-+5%SO_4~(2-))中的HDC试件在150次循环后质量缓慢增长至94%;溶液3(15%Cl~-+5%SO_4~(2-))中HDC抗压强度耐腐蚀系数和抗压强度下降幅度最大,分别为33.1%和50%;根据试验结果,推导出了化学损伤变量的表达式,进一步耦合力学损伤,引入耦合损伤变量D,建立了HDC在力学和化学损伤耦合作用下的弹塑性-化学损伤本构模型。     

再生混凝土冻融后基本力学性能试验研究

为了研究再生混凝土的抗冻融性能,进行了不同再生粗骨料和不同再生细骨料取代率的54个立方体试块和27个棱柱体试件的抗冻融性能试验。基于试验,分析了分别经25次、50次、75次和100次冻融循环后,各阶段棱柱体试件的表观特征、质量损失率、相对动弹性模量改变量以及立方体试块的抗压强度损失率;研究了"试件质量损失率-冻融循环次数"、"试件相对动弹性模量改变量-冻融循环次数"的变化规律;提出了适于寒冷地区建造房屋结构的再生混凝土骨料及其取代率。研究表明,再生粗骨料取代率为50%、细骨料为普通砂的试件,经100次冻融循环后,其表观特征、质量损失率、相对动弹性模量改变量均与普通混凝土相差不多,经合理设计,仅掺入不高于50%的再生粗骨料的再生混凝土可用于寒冷地区混凝土房屋结构。     

硫酸盐侵蚀作用下混凝土细观破损机理研究

侵蚀环境下混凝土材料的内部孔隙空间分布特征与演化规律是材料破损机理及宏观力学性能研究的关键问题。采用X射线断层扫描技术(CT)对硫酸盐侵蚀与干湿循环耦合作用下混凝土的细观损伤过程进行实时扫描,在此基础上,结合图像处理与三维重构技术开展了混凝土内部孔隙结构的空间分布特征与演化规律研究,并通过提出的孔隙分区的方法深入研究了材料细观破损特征和机理。结果表明:宏观上试样质量、抗压强度均呈现规律性变化,溶液中钙镁离子浓度有明显的累积性趋势;细观上试样孔隙率随侵蚀时间的增加呈先减小后增大的变化,单轴抗压强度与孔隙率大体上呈负相关关系。同时,混凝土试样不同分区内孔隙率演化规律各不相同,但总体呈现先减小后增大的趋势,侵蚀作用深度随侵蚀时间不断增长。结论可为深入研究硫酸盐侵蚀下混凝土材料细观破损机理提供依据。     

冻融环境下纳米基础混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能

将纳米SiO_2和纳米CaCO_3掺入到普通基础混凝土中,通过室内盐冻循环试验,研究在冻融环境下纳米基础混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能。试验结果表明,掺加纳米Si O2和纳米Ca CO3可以提高基础混凝土在冻融循环作用下的抗硫酸盐侵蚀性能。当纳米SiO_2和纳米CaCO_3掺量为2%时,基础混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能改善效果最好。     

城市河道淤泥固化土干湿耐久性试验研究北大核心CSCD

淤泥固化土的干湿耐久性是其资源化利用中长期服役性能的重要指标。本文选取有机质含量分别为7.7%(S淤泥)和11.7%(Z淤泥)的两种典型城市河道淤泥,掺入水泥及新型固化剂进行固化处理,通过干湿循环试验及无侧限抗压强度试验研究了不同种类的固化剂及其掺量对淤泥固化土干湿耐久性的影响。试验结果表明:在水泥掺量较低条件下(S淤泥对应5%、Z淤泥对应5%和10%),淤泥固化土的抗压强度随干湿循环次数增加逐渐下降,且第1次循环的下降幅度最大,随后下降幅度明显减小;在水泥掺量较高条件下(S淤泥对应10%以上、Z淤泥对应15%以上),淤泥固化土的抗压强度随干湿循环次数增加先增大后下降,且峰值强度对应的循环次数具有随水泥掺量的增加和有机质含量的减少而增加的趋势,淤泥固化土抗压强度随干湿循环作用的变化规律是劣化效应和养生修复效应协同作用的结果。总体来说,淤泥固化土随着水泥掺量的增加,其干湿耐久性显著提高。新型固化剂达到掺量10%时淤泥固化土的干湿耐久性介于水泥掺量15%~20%淤泥固化土之间,显然新型固化剂处理城市河道淤泥优于水泥固化的效果。这一研究为城市河道淤泥固化处理提供了一种新的处理技术。     

水灰比对高温下混凝土质量损失及抗压强度影响试验研究

为研究水灰比对不同温度作用下混凝土残余抗压强度、质量损失的影响,对不同受火温度和不同水灰比的混凝土标准立方体试件进行高温下及高温后的抗压强度试验和质量损失测试。试验结果表明:随着水灰比的增大,高温下及高温后混凝土抗压强度、混凝土质量损失均呈现出整体下降的趋势。通过试验拟合回归分析,建立了高温下混凝土抗压强度、质量损失与受火温度之间的关系式,可通过质量损失、受火温度来预估高温下混凝土残余抗压强度。     

RP强化骨料水胶比对再生混凝土抗压强度的影响

采用不同水胶比的活性粉末浆液处理再生粗骨料,得到强化骨料,测试了其基本物理性能指标,并用其制备混凝土,测试了3d,7d,14d和28d的抗压强度。试验结果表明,经不同水胶比的RP(reactive powder)浆液强化处理后,再生骨料吸水率降低,表观密度和堆积密度增大,压碎值显著降低,其中以水胶比为0.2的性能最优。抗压强度中只有水胶比为0.2这组略高于未经处理的普通再生骨料组,抗压强度提高不明显。再生混凝土受压破坏中,若骨料破坏明显多于界面破坏,则再生混凝土的抗压强度较高,若界面破坏明显多于骨料破坏,则再生混凝土的抗压强度较低。     

火灾后混凝土结构损伤检测方法研究与探讨

研究了火场最高温度、持续时间对混凝土材性的影响,采用逐层深入-劈拉法研究了沿深度方向的不同损伤情况。研究表明,混凝土力学性能,包括抗压强度、抗拉强度、弹性模量等,随温度升高而显著降低;抗压强度、抗拉强度均随持续时间的增长而下降。逐层深入-劈拉法试验表明,在最高受火温度基本相同的情况下,残余强度随受火时间不同而有较大的差别;受火时间短的试件强度曲线呈明显的非线性,而受火时间长的试件强度曲线则趋于线性。对于火灾后混凝土构件的检测,在钻芯法的基础上提出了多次横向劈拉法;基于混凝土受损趋势为双曲线模型的假定,提出了首波传播路径为抛物线的改进超声波检测法。     

高温后消防喷水型钢再生混凝土黏结性能试验研究

为揭示高温后消防喷水型钢再生混凝土黏结滑移性能,以再生粗集料取代率、历经最高温度为变化参数,设计了20个高温后消防喷水型钢再生混凝土试件进行推出试验,观察了型钢再生混凝土试件的表面特征、破坏过程及破坏形态,测量了型钢再生混凝土的质量损失率,获取了各试件的极限黏结强度和残余黏结强度,分析了变化参数对高温后消防喷水型钢再生混凝土黏结强度的影响规律。结果表明,高温后消防喷水型钢再生混凝土的表面颜色随着温度的上升而不断加深;质量损失率随着温度的上升不断增加;高温后消防喷水型钢再生混凝土的黏结强度随温度的变化规律可以从取代率为25%与50%之间划分为两种:取代率为50%及以上的高取代率型钢再生混凝土,黏结强度变化趋势同全再生取代率型钢再生混凝土相似,取代率为25%及以下的低取代率型钢再生混凝土,黏结强度变化趋势同普通型钢混凝土相似。最后本次试验提出了两类高温后消防喷水型钢再生混凝土极限黏结强度和残余黏结强度计算公式,其计算值与试验值吻合较好。     

活性粉末混凝土的耐酸性

为了考察活性粉末混凝土在严酷环境下的耐酸性能,试验研究了硫酸溶液和醋酸溶液对活性粉末混凝土强度的影响,并比较研究了硫酸溶液对普通水泥基材料和高强水泥基材料的影响。70d浸泡龄期的试验结果表明:在浸泡早期,3种水泥基材料的耐硫酸性能差别不明显,随着暴露时间的延长,活性粉末混凝土比普通水泥基材料和高强水泥基材料呈现出较好的耐硫酸性能;弱离解的醋酸溶液对活性粉末混凝土的侵蚀作用比强离解的硫酸溶液更强。前者与3种水泥基材料的孔隙率、孔隙结构、抗渗性及抗裂性等因素有关,后者则与醋酸溶液的强扩散性有关。     

内置芯柱保温夹层组合砖砌体受压性能试验研究

提出了内置芯柱保温夹层组合砖砌体,为研究其抗压性能,进行了4组不同材料和不同构造措施的保温夹层砖砌体受压性能试验研究。第一组为粘土砖试件,第二组为再生混凝土砖试件,第三组为粘土砖夹砌粉煤灰砌块试件,第四组为再生混凝土砖夹砌粉煤灰砌块试件;每组4个试件,分别为普通砌体、内置方木芯柱砌体、内置方钢管混凝土芯柱砌体、内置圆钢管混凝土芯柱砌体;共计16个试件。基于试验,研究了不同构造作法对保温夹层砖砌体受压性能的影响,对比分析了各试件的承载力、损伤破坏特征和受压变形过程,给出了内置芯柱保温夹层砖砌体受压承载力计算公式。研究表明,内置芯柱保温夹层砖砌体与普通砌体相比,受压承载力和延性均明显提高。     

水泥粉煤灰建筑垃圾桩处理软土地基试验研究

本着节能环保的发展理念,提出水泥粉煤灰建筑垃圾桩处理软土地基的方案,用建筑垃圾再生粗骨料(粒径范围4.75~9.5 mm)代替碎石、细骨料(粒径范围0.075~0.6 mm)代替中粗砂,并通过室内试验、现场试验及质量检测等验证方案的可行性。结果表明:建筑垃圾再生骨料混凝土的最佳配合设计为胶凝材料掺入比15%,水泥∶粉煤灰=2∶1(E组);试件90 d养护龄期的无侧限抗压强度较28d增加幅度在19.5%~26.5%之间,高于普通混凝土。采用标准试件28 d养护龄期的无侧限抗压强度值作为再生骨料混凝土的抗压强度标准值,偏低;单桩复合地基的承载力为487.7 kPa,较天然软土地基承载力提高了3.8倍,满足复合地基承载力的设计要求。     

硫酸盐侵蚀作用下纳米混凝土力学特性及微观结构劣化机制研究∗

硫酸盐侵蚀一直是影响混凝土耐久性的重要因素之一，特别是在西北寒旱及沿海盐渍土区。基于试验研究了硫酸盐侵蚀作用下，掺纳米 SiO₂和纳米 CuO 混凝土的抗压强度、轴向应力‐应变以及微观特性，并分析了硫酸盐侵蚀环境下纳米材料的改性效果。试验结果表明：随着纳米 CuO 掺量的提高，混凝土的抗压强度、剩余强度系数逐渐降低；当纳米 SiO₂掺量增加时，混凝土的抗压强度、剩余强度系数先降低后升高。相比于未掺加纳米材料混凝土，掺入纳米材料能显著提高混凝土的延性。同时，对于提高混凝土的抗压强度纳米材料具有最佳掺入量，纳米 SiO₂和纳米 CuO 的最佳掺量分别为 3% 和 1%（质量分数）。此外，纳米材料具有桥接和填充效应，能抑制混凝土裂缝的发展、细化孔隙结构、提高密实度，进而提高混凝土的力学性能。     

化学及干湿循环作用下泥灰岩损伤劣化特性分析北大核心CSCD

库岸岩质边坡底部受水的化学腐蚀及水位变化形成的干湿循环影响,其强度远低于一般岩体。泥灰岩作为一种强度较差的特殊岩体,更易受到地质、水文等因素的联合破坏。对三峡库区巫山段常见的泥灰岩进行化学溶液浸泡及干湿循环作用,开展单轴压缩试验、直剪试验、电镜扫描试验、数值模拟,并采用PSO-BP神经网络对抗剪强度参数进行预测。研究结果表明:泥灰岩在化学及干湿循环作用后的受力变形经历着裂纹起裂-扩展-延伸-破坏四个阶段,破坏时的裂纹扩展路径呈现多向发展的趋势;岩石的单轴抗压强度、内摩擦角、黏聚力在酸性增强及干湿循环次数增加后都有明显下降,这主要与其内部结构、矿物组成有关,干湿循环作用下的热胀冷缩及化学作用下的腐蚀,加剧了泥灰岩内部裂隙扩展、孔隙增大;PSO-BP神经网络能较好地预测泥灰岩抗剪强度参数在不同pH值、不同干湿循环次数下的值,误差较小,可将该方法运用到类似案例分析中。     

钢管再生混凝土框架抗震破坏机制与性能水准研究

为了研究钢管再生混凝土框架的抗震破坏机制与性能水准,以100%为再生粗骨料取代率,进行了两榀圆、方钢管再生混凝土柱-钢筋再生混凝土梁框架试件的拟静力试验。实测试件的破坏特征与机制、荷载—位移滞回曲线和荷载—应变滞回曲线等,探讨钢管再生混凝土框架试件基于性能设计的性能水准的确立准则。结果表明:试件呈现出"强柱弱梁、强剪弱弯、强节点,弱构件"的抗震破坏机制。荷载—位移滞回曲线基本对称,呈现出比较饱满的梭形。试件破坏时,柱顶钢管纵向应变均小于屈服应变,柱底钢管纵向应变达到了0.01左右,试件变形能力良好。试件KJ-1和KJ-2梁端的纵向钢筋应变均超过了屈服应变,仅试件KJ-1箍筋应变达到了屈服应变。荷载—钢管横向应变滞回曲线沿着受拉应变轴呈螺旋式发展。基于钢管再生混凝土结构性能设计,划分五档性能水准,确立了水平位移角和损伤指标限值。     

硫酸钠环境下气泡混合轻质土的抗干湿性能研究∗

制备了不同密度的气泡混合轻质土试样，研究了硫酸钠环境下气泡混合轻质土的抗干湿循环性能，重点分析了气泡混合轻质土的体积、密度和强度随浸泡时间和干湿循环次数的变化规律。试验结果表明，气泡混合轻质土在硫酸钠溶液和干湿循环共同作用下，硫酸钠晶体的析出和溶解以及钙矾石等物质所致的试样膨胀与表层剥落，均会对试样的体积产生显著的影响，较高的初始强度和孔隙率对于试样体积稳定性是有利的；试样在膨胀、剥落前的密度随干湿循环次数变化曲线相互平行乃至重合，试样在膨胀、剥落后的密度变化曲线相互交错；硫酸钠侵蚀试样生成钙矾石等物质，致使试样在干湿循环作用下更易产生裂缝，选用较高初始强度和较低水泥用量的试样可有效控制这一影响。     

高温后型钢再生混凝土界面黏结性能试验研究∗

为了研究高温后型钢再生混凝土界面黏结性能,对20个型钢再生混凝土试件进行了高温后静力推出试验,设计变化参数包括再生粗骨料取代率和历经最高温度.试验获取了试件加载端与自由端的荷载—滑移曲线及特征点参数,并基于试验数据,深入分析了试件高温前后的物理力学性能变化、受力破坏过程以及各变化参数对型钢再生混凝土高温后黏结滑移性能的影响规律,探讨并提出了高温后型钢再生混凝土黏结强度计算公式.研究结果表明:加载端和自由端荷载—滑移曲线相似,但加载端比自由端滑移更旱;随着历经最高温度的升高,试件表面颜色由深变浅,历经温度超过400℃后,试件表面混凝土出现裂缝,并且历经温度越高表面裂缝越多、越宽,随温度的升高,试件黏结强度显著降低;当0％≤r≤50％时,黏结强度不断增大,当50％＜r≤100％时,黏结强度有所降低,且再生混凝土试件的黏结强度比普通混凝土试件大;型钢再生混凝土高温黏结损伤发展过程与历经温度有关,历经温度越高,其黏结损伤发展较迟缓,同时,历经最高温度越高,试件的耗能能力越强;高温后型钢再生混凝土黏结强度的计算公式被提出,且计算值接近试验值.     

再生细骨料的品质及取代率对混凝土抗冻性能的影响

与天然细骨料相比,再生细骨料中硬化水泥石含量较大,导致再生细骨料吸水率较大、坚固性等性能较差,能否将之用于有耐久性要求的再生混凝土中是工程界十分关注的问题。采用快冻法研究了再生细骨料混凝土的抗冻性能。实验结果表明:经300次冻融循环试验后,高品质再生细骨料混凝土的质量损失率最小值为3.9%,对应的相对动弹性模量为79.8%,抗冻性能优于相应的普通再生细骨料混凝土;随着再生细骨料取代率的增大,普通再生细骨料混凝土抗冻性能变化较快,经过275次冻融循环时,取代率为100%的普通再生细骨料混凝土的质量损失率超过5%,相对动弹性模量降低至70.2%。     

高温后钢筋再生混凝土梁受剪性能及斜截面承载力计算

为研究高温后钢筋再生混凝土梁受剪性能,以历经最高温度、再生粗骨料取代率和混凝土强度为变化参数,设计了17个钢筋再生混凝土梁试件,并对其进行了高温处理和静力加载试验。观察了试件历经高温后外观变化和受力破坏形态,获取了承载力、刚度、损伤、延性系数及耗能等力学性能指标,深入分析了各变化参数对其受剪性能的影响规律,探讨了斜截面承载力计算方法。研究结果表明:高温后钢筋再生混凝土梁的表面颜色由灰色变棕黄、表面龟裂,质量烧失率增大,受剪破坏形态与常温下基本相同;随着温度的升高,试件受剪承载力逐渐降低,延性变差;再生粗骨料取代率对试件的承载力和刚度影响不明显;混凝土强度等级高的试件在经历高温后的承载力和初始刚度大;本文基于强度折减法提出了斜截面承载力计算方法,其结果与试验结果的吻合较好。     

火灾后型钢混凝土柱-钢梁节点抗震性能试验研究

通过2个火灾后型钢混凝土柱-钢梁节点以及1个常温下型钢混凝土柱-钢梁节点的低周反复加载试验对比,研究火灾作用及受火时间对型钢混凝土柱-钢梁节点的抗震性能的影响。结果表明:火灾后型钢混凝土柱-钢梁节点的破坏形态与常温下的基本相似。由于核心型钢的抗剪作用,火灾后型钢混凝土柱-钢梁节点的最大承载力变化不大,但与最大荷载对应的位移增加,试件的刚度减小,后期变形能力减弱。与常温下的试件相比,火灾后型钢混凝土柱-钢梁节点的延性与耗能能力降低,且随着受火时间的增加,降低程度增大,但总体而言,试件的位移延性系数和等效阻尼比仍能维持较高水平,火灾后型钢混凝土柱-钢梁节点的抗震性能仍较好。