除冰盐环境下混凝土冻融损伤深度的试验研究

文章对除冰盐环境下混凝土的冻融损伤进行了试验研究,通过对比混凝土外观变化规律、超声设备检测结果以及混凝土触水面渗透情况来获得不同冻融循环次数下混凝土的损伤深度情况。研究结果表明,当经历20次冻融循环后,混凝土冻融损伤开始向混凝土内部扩展。当经历30次冻融循环后,混凝土冻融损伤深度向下快速发展。当经历70次冻融循环后,混凝土冻融损伤向下发展变慢。这是由于前期冻融循环造成混凝土试件顶部产生大量微裂缝足以排出由于结冰产生的开裂应力,从而减弱冻融损伤向下发展的趋势。而在实际混凝土桥梁表面由于磨损存在,冻融损伤会不断向内扩展,值得桥梁管理人员注意。另外,在90次冻融循环后,最大渗透深度达到25mm,即细观裂缝已经接近普通钢筋混凝土结构中钢筋的位置,容易引发钢筋锈蚀问题。本试验研究结果可以为北方寒冷地区混凝土桥梁的抗锈蚀设计提供依据。     

基于ERT技术的微生物矿化固砂过程监测研究∗

微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)技术在土体改良方面具有良好的应用前景,同时兼顾了生态环境效益。为了对MICP固砂过程进行实时监测,提出将高密度电阻率层析成像技术(ERT)与MICP相结合的方法,通过开展相应的室内试验,验证方法的可行性。试验过程中,将石英砂填入高度60 mm、直径176 mm的圆柱模具,并在四周设计了16个电极,采用喷洒工艺在砂土表面限定区域进行了三轮MICP处理,利用自主研发的ERT系统对不同处理阶段的试样进行了电阻率测试,对比分析了MICP处理过程中试样内部电性参数的空间变化规律。结果表明:(1)MICP处理过程中,处理区域呈现低电阻率特征,低电阻区的范围与电阻率大小主要与菌液和胶结液在砂土介质中的入渗扩散过程有关。(2)对MICP固化砂样进行洗盐风干后,之前处理区域由低电阻区转变为高电阻区,主要是因为微生物诱导生成的碳酸钙胶结作用导致砂土介质的密实度增大。(3)利用ERT技术可以有效追踪MICP处理过程中砂土内部电阻异常区的形成与扩展,并与MICP固砂过程与固化效果建立联系,说明采用ERT技术监测MICP固砂过程具有可行性,为研究MICP固砂机制和评价固化效果提供了新的技术思路。     

基于纳米压痕技术的页岩土MICP结石体微观力学特性研究

目前对于微生物诱导碳酸盐沉淀技术(MICP)土体加固技术的研究大多数集中在宏观力学性能上,对微观力学特性的研究较少。为了探究页岩土MICP结石体的微观力学特性,在不同峰值荷载下对页岩土MICP结石体进行纳米压痕测试,并基于能量法中弹性参数计算模型及塑性断裂力学理论计算页岩土MICP结石体中胶结体区域及土颗粒区域的硬度、弹性模量和断裂韧度。结合激光显微镜及X射线衍射试验,探讨测点处碳酸钙胶结体状态及矿物组分对页岩土MICP结石体各相材料微观力学特性的影响,建立页岩土MICP结石体弹性模量、硬度及断裂韧度三者之间的线性关系。结果表明,利用纳米压痕技术测试页岩土MICP结石体材料的弹性模量、硬度及断裂韧度具备可行性。由于MICP技术诱导生成的方解石晶体质地不均匀,导致页岩土MICP结石体中胶结体的弹性模量、硬度及断裂韧度存在较大离散性。矿物组分中石英矿物的存在能够强化页岩土颗粒的微观力学特性,使部分页岩土颗粒的力学参数提高。各区域的断裂韧度变化趋势与弹性模量、硬度相同,三者之间具有简单线性关系。纳米压痕技术打破了常规力学试验对试样尺寸的限制,为测定页岩土MICP结石体的细观力学参数提供借鉴。     

土体环境对微生物诱导碳酸钙沉积加固海相粉土的影响研究

生物地基处理技术利用微生物诱导碳酸钙沉积来加固土体,符合环境保护和可持续发展的要求,具有良好的发展前景。目前已取得的研究成果主要是针对简单离子化学环境下的松散砂土,对不同环境下的细粒土研究的较少。以江苏东部沿海地区的海相吹填粉土为研究对象,选用巴氏芽孢杆菌进行微生物注浆试验,定量分析温度、pH值、氯化盐含量、土体中胶结阳离子含量等土中的环境因素对加固效果的影响规律。结果表明:随着温度的升高、试样中生成的碳酸钙增加,但无侧限抗压强度并不是呈现出一直提高的趋势,而是存在一个峰值。偏碱性的环境有利于巴氏芽孢杆菌的工作,但过高的pH值会影响加固效果。土中的氯化盐含量过高时会抑制细菌的活性从而对加固产生不利影响。土中的胶结阳离子含量对微生物注浆的影响很小,可忽略不计。本次试验研究结果能为现场环境下采用MICP技术加固粉土提供有效的依据。     

冻融作用下复合相变材料改良黄土力学特性研究及机理分析∗

为降低冻融作用对黄土力学性能的劣化影响,基于相变材料的温度调控功能,提出了一种采用膨胀石墨?正十四烷复合相变材料（EG?C₁₄）改良黄土的方法。以兰州黄土为研究对象,开展典型冻融循环后不同 EG?C₁₄掺入比黄土试样的体积变形试验、力学性能试验和微观结构试验,探究冻融作用下不同 EG?C₁₄掺量对黄土力学性能的影响规律及改良机理。试验结果表明：EG?C₁₄减缓了冻融循环过程中土体内部的温度变化,进而有效抑制了土体的胀缩变形;同时,EG?C₁₄降低了冻融循环对土体微观结构的损伤,与素黄土相比,多次冻融循环后改良土体内部的支架孔隙明显减少,颗粒骨架也更为密实,进而增强了土体的力学性能;此外,EG?C₁₄ 改良黄土的力学性能随 EG?C₁₄掺量的增加先增大然后逐渐趋于稳定,且掺量为 4% 时改良效果最佳。     

化学溶蚀及冻融循环作用下砂岩的力学特性研究∗

选取云南的砂岩作为试验岩样,研究砂岩经过化学溶蚀及冻融循环作用下的力学特性。通过对砂岩在3种水化环境(PH=3的HCl溶液、PH=7的水溶液、PH=12的NaOH溶液)作用后分别进行循环冻融试验,并在不同冻融循环温度 (-20 ℃、-30 ℃、-40 ℃、-50 ℃)作用下对试样进行单轴压缩试验和三点弯曲试验。结果表明：砂岩经过化学溶蚀和冻融循环作用下的劣化损伤模式主要受冻融循环温度及不同水溶液影响,在不同的水溶液中,单轴抗压强度、弹性模量、应力峰值和断裂韧度均随着冻融循环温度的降低而逐渐降低;HCl溶液浸泡后的砂岩损伤变量最大,而在对砂岩有修补作用的NaOH溶液中出现了负损伤的变化。     

冻融循环作用下西藏东南冰碛土剪切力学特性试验研究∗

西藏东南地区冰碛土堆积体广泛分布,冻融作用严重影响冰碛土堆积体稳定性。对西藏东南及川滇地区 200 组冰碛土粒径级配进行对比分析,并通过室内直剪试验研究了不同含水量和冻融循环作用下冰碛土剪切力学特性,结合试样体积变化及水分迁移规律分析黏聚力劣化机制。结果表明：(1)冰碛土粒径范围较广,相比川滇地区, 西藏东南冰碛土细粒含量更多;(2)冻融循环后,黏聚力 c 呈负指数型函数降低,内摩擦角 φ 波动幅度-6.47%~+ 5.46%;(3)含水量越高、冻融循环次数越多、垂直应力越大的试样剪胀性越弱,剪缩性越强;冻融循环条件下,含水量越高的试样剪切带厚度变化范围越大;(4)冻融 6 次后,冰碛土体积无显著增长,水分迁移呈规律性,与黏聚力在冻融 6 次后劣化减缓相一致。     

养护温度和冻融循环等对微生物胶结试样强度的影响

目前在研究影响微生物胶结土体时,着重于研究加固方法及影响加固效果的因素,缺少对养护条件以及处理后试样耐久性的探讨。本文以海相吹填粉土为处理对象,选用巴氏芽孢杆菌为试验用菌,采用两阶段注浆的方法进行加固,研究不同养护温度、冻融循环以及干湿循环对加固效果的影响。试验结果表明：(1)采用注浆方法可以有效对该粉土进行胶结加固。在排除水分的影响后,高、低温养护温度对试样的无侧限抗压强度以及 CaCO₃生成百分比均无明显影响;(2)冻融循环对试样无侧限抗压强度的削弱主要发生在第 1 次冻融循环中,然后随着冻融循环次数的增加,试样的加固效果无明显变化。冻融循环后的试样烘干后,其无侧限抗压强度有明显提高,但仍低于未经冻融循环的试样;(3)干湿循环次数对试样强度的影响较小。烘干试样和饱和试样的强度有较大差别,说明试样的含水状态对强度有明显影响。因此在进行强度试验前,应明确试样的含水状态以便于评价加固效果。     

冻融循环作用下西宁地区黄土动力特性试验研究∗

黄土作为一种广泛分布在青海省境内的特殊土,长期承受冻融循环与地震荷载的双重影响,其地震易损性和水敏性的问题一直被广泛讨论。为寻求黄土在冻融循环和动荷载耦合作用下动力特性的变化规律,以西宁地区黄土为研究对象,施加正弦波形式的循环动荷载,开展动三轴试验,分析了围压、冻融循环次数和动剪应变幅值 γ_d对黄土的骨干曲线、动剪切模量 G_d、动剪切模量比 G_d/G_{d max}及阻尼比 λ 的演变规律。结果表明：黄土的骨干曲线在经历 6 次冻融循环后趋于稳定,可将骨干曲线的发展过程分为弹性阶段和弹塑性阶段;分别采用 Hardin?Drnevich 模型和改进的 Hardin?Drnevich 模型对动剪切模量曲线进行拟合,发现用改进的 Hardin?Drnevich 模型拟合动力参数效果较好;随着围压的降低,G_d/G_{d max}?γ_d关系曲线分布更为分散且有逐渐减小的变化趋势;随着 γ_d的增大,λ 不断增大,且土体在各围压条件下,经历不同冻融循环次数后,G_d/G_{d max}和 λ 存在最大值和最小值。该研究初步掌握了青海地区黄土在冻融循环作用下的动力学参数,研究成果可为寒区抗震设计提供设计参考。     

冻融循环作用后钢筋混凝土电化学除氯效果研究∗

为探究盐冻环境钢筋混凝土结构经电化学除氯后的残余氯离子分布规律,本文设计快速冻融试验,对冻融循环作用后的钢筋混凝土开展电化学除氯试验,研究冻融循环次数、除氯时间和粉煤灰掺量等因素对钢筋混凝土电化学除氯效果的影响。研究表明,粉煤灰混凝土电化学除氯效率受冻融循环作用影响和粉煤灰二次水化的共同影响,冻融循环作用引起的混凝土性能劣化导致电化学除氯后混凝土内残余氯离子呈凸型分布,集聚在距混凝土表面 15~25 mm 范围,钢筋附近残余氯离子含量最低。结果表明,冻融循环作用会引起混凝土电化学平均除氯效率上升,相较于未冻融试件,冻融循环作用 100 次的试件上升约 12.5%;随电化学除氯时间增加,平均除氯效率会增大,混凝土内残余氯离子含量下降和外迁总量正相关;随粉煤灰掺量增加,混凝土电化学除氯效率增大,掺 10%、 20%、30% 的粉煤灰混凝土,其 28 d 平均除氯效率分别达到 51.2%、54.5%、59.9%。     

冻融循环对黏质粗粒土抗剪强度影响的试验研究

通过室内循环冻融循环试验和三轴不固结不排水(UU)压缩试验研究了循环冻融作用与细砾组含量(P_(2-5))对黏质粗粒土抗剪性能的影响。结果表明,冻融循环作用对黏质粗颗粒土的应力—应变曲线性状具有一定的影响,可使其由未冻融的应变软化向应变硬化转变的趋势,但随着细砾组P_(2-5)含量的增加,冻融作用对其影响逐渐减弱。随着冻融循环次数的增加,土样剪切强度呈现逐渐衰减,且在5～9次冻融循环次数后基本保持不变,多次循环冻融作用后剪切强度最大衰减幅度可达40%。弹性模量随冻融循环次数的增加上下波动较大但整体呈现下降趋势。在抗剪强度指标方面,冻融作用对黏聚力影响比较显著,随着冻融循环次数的增加,黏聚力逐渐减小,最大衰减幅度可达65%,而内摩擦角上下波动较大无明显趋势。此外,随着细砾组P_(2-5)含量的增加,剪切强度、弹性模量及抗剪强度指标均呈现不同程度的减小,这与粗粒土内部粗颗粒和细颗粒占比及其强度发挥机制有关。     

干湿和冻融循环对压实黄土路用性能影响的试验研究

为研究气候环境对黄土路用性能的影响作用,通过室内CBR试验测定土样在干湿循环和冻融循环条件下的CBR值,分析不同循环条件下的P-L曲线、循环次数与CBR值的关系以及含水率与CBR值的演变规律,试验结果表明:(1)在P-L关系曲线中,循环次数一定时,贯入量随着单位压力的增加而增加;相同单位压力下,循环次数越多,试件强度越低,贯入量越大。(2)在5次干湿循环过程中,CBR值均随着循环次数的增加而降低,干湿循环作用下的CBR值与循环次数呈负线性相关,第2次干湿循环为转折点,CBR值减小值逐步增加,反复干湿循环作用下,基质吸力和孔隙结构特征是相互影响的。(3)冻融循环过程中,冻融循环作用下的CBR值与循环次数成二次方负相关,且有趋于稳定值的趋势。(4)在反复循环过程中,分析得到的变化规律为模拟黄土路基在气候环境影响下的长期演变规律研究以及实际工况提供一定的参考依据。     

微生物修复柴油污染土试验研究∗

为比较提取的5种降解菌及混合菌修复柴油污染土的能力,利用超声萃取-紫外分光光度法对修复后柴油污染土剩余油浓度进行测定,研究温度、pH、含水率及接种量等对柴油污染土降解效果的影响。结果表明,降解菌的降解率随温度升高先增大后减小,且温度为32℃时,六种组合柴油污染土的降解率均达到最大值;随pH增大,苍白杆菌属的降解率逐渐减小,铜绿假单胞菌的降解率逐渐增加,假单胞菌属、戈登氏菌属和混合菌的降解率先减小后增大,博德特氏菌的降解率先增大后减小;随含水率增大,苍白杆菌属和混合菌的降解率先增大后减小,假单胞菌属、戈登氏菌属、铜绿假单胞菌和博德特氏菌属的降解率呈上升趋势;随接种量增大,苍白杆菌属和混合菌的降解率先增大后减小,假单胞菌属、戈登氏菌属、铜绿假单胞菌和博德特氏菌属的降解率先减小后增大。通过对比试验建议使用混合菌修复柴油污染土,并给出了降解优化条件。     

颗粒材料在三轴试验中滞滑现象的研究∗

球形玻璃砂和不锈钢珠是两种典型的颗粒材料,采用这两种材料进行不同围压下的常规三轴排水和不排水试验,研究颗粒材料在三轴试验中的滞滑现象。研究工作表明,两种材料在三轴排水试验中都存在明显的滞滑现象,围压大小会直接影响滞滑时应力值跌落的幅度,但两种材料在滞滑中的表现却有明显不同,并且玻璃砂样中的滞滑现象随着玻璃砂样的重复使用而减弱至基本消失,表明玻璃砂试样的制备历史对其滞滑现象的发展具有重要影响。玻璃砂和钢珠不同的表面特征是影响两种材料滞滑现象差异性的一个重要因素。重复使用的玻璃砂颗粒表面特征会发生明显改变,这是其滞滑现象逐渐减弱的重要原因。试验结果对玻璃砂和钢珠等颗粒材料滞滑现象发生机制的深入研究提供一定参考,为滞滑演变规律的微观机制探究提供思考方向。     

海蚀环境下考虑摩擦滑移的桥梁板式橡胶支座老化剪切性能研究∗

板式橡胶支座作为海蚀环境中桥梁结构体系中的重要支撑构件,其摩擦滑移与橡胶老化会影响桥梁结构整体的抗震性能。为了探究海蚀环境下考虑摩擦滑移的桥梁板式橡胶支座老化剪切性能,开展了板式橡胶支座的摩擦滑移试验,并采用有限元方法,分析了橡胶老化对各形状系数的板式橡胶支座的剪切性能和摩擦滑移的影响。 结果表明：①支座的摩擦滑移起始位移随着老化时间的增长和形状系数的增大而不断变大;②随着老化时间的增加,支座通过摩擦滑移消耗的能量也会逐渐增多;③支座的等效黏滞阻尼比随着老化时间和形状系数的增加而变大。海蚀环境会加速板式橡胶支座的老化并影响其剪切性能,因此在海蚀较为严重的地区进行桥梁抗震设计时应考虑支座摩擦滑移及老化对桥梁地震动力响应的影响。