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。     

常温养护条件下活性粉末混凝土抗硫酸盐侵蚀性能试验研究

通过常温养护条件下活性粉末混凝土力学性能试验,优选3组配合比进行硫酸盐干湿循环侵蚀试验,从质量和抗压强度两个方面分析活性粉末混凝土的损伤劣化程度。试验结果表明:随着干湿循环时间的增加,活性粉末混凝土的质量和抗压强度损失率均呈现先缓慢增长后缓慢降低的趋势;同时,掺入适量的粉煤灰和硅灰,可以较好的发挥二次反应,改善试件的结构性能,提高试件密实度,增强抗侵蚀性能。配合比最优的一组活性粉末混凝土,质量损失率由-1.5%到0.2%,抗压强度损失率由-1.0%到3.3%,其质量和抗压强度损失率都较为理想,前期出现质量和抗压强度不减而增的现象,后期虽有减小但是很微弱。在饱和硫酸钠溶液的侵蚀活性粉末混凝土的基础上建立腐蚀损伤模型,即试件的抗压强度损失率与侵蚀介质浓度和侵蚀时间成正比,计算和试验结果基本吻合。     

硫酸盐与冻融环境下混凝土损伤破坏准则研究

为了有效评估硫酸盐与冻融环境下混凝土力学性能,通过试验研究了硫酸盐侵蚀与冻融循环共同作用下的混凝土力学性能退化规律,并基于连续损伤力学理论和Ottosen四参数破坏准则,建立了考虑冻融循环次数的混凝土损伤破坏准则。结果表明:随着冻融循环次数增加,混凝土峰值应力、弹性模量不断下降,峰值应变逐渐增加,混凝土拉压子午线逐渐向静水压力轴移动,劣化混凝土破坏面随损伤增加逐渐收缩,混凝土抗裂性能降低。硫酸盐溶液种类对混凝土拉压子午线影响明显,在相同冻融循环时间内,硫酸镁溶液中混凝土拉压子午线收缩程度更加明显,说明硫酸镁溶液中混凝土劣化损伤更严重。     

植被混凝土抗侵蚀性能研究

基材的抗侵蚀性能是生态护坡成功的关键因素之一。通过设计的实验装置对3组不同边坡进行了侵蚀实验,探讨了植被混凝土的抗侵蚀机理,比较了3种边坡的抗侵蚀性能。实验表明:植被混凝土生态防护边坡具有良好的抗侵蚀性能,在同等条件下无植被防护土质边坡的坡面侵蚀速率比有植被防护土质边坡的坡面侵蚀速率高出两个数量级。     

偏高岭土高性能混凝土氯离子抗渗性试验研究

偏高岭土是高岭土在一定高温煅烧下的产物。为提高高性能混凝土抗渗性,本文将5%、10%、15%的偏高岭土取代等质量水泥掺加到混凝土中,并对通过偏高岭土高性能混凝土的电量进行测量。试验表明,与混凝土试件相比,掺量为5%、10%、15%的偏高岭土混凝土通电量分别减少了22.8%、45.8%和49.5%,氯离子扩散系数分别减少了8.2%、16.6%和17.9%。可见随着偏高岭土掺量的增加,高性能水泥混凝土的抗氯离子渗透能力逐渐增加,以掺量为15%的偏高岭土混凝土的抗渗性能最好。     

国家速滑馆看台L形再生混凝土梁板工作性能试验

北京2022年冬奥会速滑馆项目中,场馆观众区的看台应用了L形再生混凝土梁板,混凝土再生粗骨料取代率为30%、细骨料为天然砂,混凝土设计强度等级为C45。对国家速滑馆看台L形再生混凝土梁板进行了受力性能和碳化性能研究。进行了3个足尺L形再生混凝土梁板受力性能试验,试件长度4 120 mm、总宽度1 180 mm,试件肋梁的截面宽200 mm、高498 mm,试件板的截面宽度980 mm、厚度100 mm,研究了试件在不同加载下的刚度、承载力、变形和裂缝发展情况。进行了4组再生混凝土试件3 d、7 d、14 d、28 d的碳化性能试验,每组3个试件,试件尺寸100 mm×100 mm×300 mm,研究了不同碳化天数下的碳化深度。结果表明：L形再生混凝土梁板满足工程所需的刚度、承载力要求;在合理控制再生骨料掺量的条件下再生混凝土的碳化性能与普通混凝土相差不大,可以满足其抗碳化性能的要求。     

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。     

氯盐-干湿侵蚀下高延性混凝土力学性能试验及强度衰减模型研究

为了研究干湿循环条件下氯离子对高延性混凝土（HDC）的侵蚀性能,以3种高浓度氯盐溶液（质量分数分别为：5%、10%、20%）为侵蚀介质,分别对3组（每组24块）HDC和普通混凝土试块进行了240 d干湿循环对比试验,分析了氯离子与干湿循环共同作用对两种试块的外观、质量以及抗压强度、受压应力-应变曲线等力学性能的影响。试验结果表明：HDC在破坏时表面呈细裂缝,未出现混凝土脱落的现象,而普通混凝土在受力过程中,碎块脱落情况较为明显,延性很差。随着氯离子浓度的增加,HDC和普通混凝土试块抗压强度的下降程度也随之增大,且两种试块的平均抗压强度最小值均出现在浓度为20%的氯盐溶液中,其中HDC在150 d循环时达到最小值51.70 MPa,普通混凝土试块在120 d循环时达到最小值42.89 MPa,与清水中养护的两组试块相比,抗压强度分别下降了13.94 MPa、17.35 MPa。HDC在氯离子浓度越大的溶液中平均抗压强度下降越明显,但是都普遍优于同条件下的普通混凝土试件,说明HDC比普通混凝土试件的抗氯盐侵蚀能力更强。根据试验结果,对抗压强度数据进行线性回归分析,得到了不同浓度氯盐溶液侵蚀...     

钢管约束型钢混凝土框架短柱的抗震性能与设计方法

进行了8个钢管约束型钢混凝土框架短柱的抗震性能试验研究,包括3个圆形钢管约束型钢混凝土柱、3个方形钢管约束型钢混凝土柱和2个普通型钢混凝土对比试件的试验研究。试验中的主要参数为轴压比。试验结果表明,相同用钢量条件下,钢管约束型钢混凝土超短柱的抗剪承载力、延性、层间变形能力和耗能性能明显优于型钢混凝土柱。钢管约束型钢混凝土柱和型钢混凝土对比试件都发生了明显的粘结破坏;因此在设计中应在型钢的翼缘外侧设置抗剪连接件。对钢管的弹塑性应力分析结果表明,水平荷载施加过程中,发生弯曲破坏试件的钢管不屈服,而发生剪切破坏试件的钢管在下降段屈服。根据试验结果和钢管应力分析结果建立了钢管约束型钢混凝土柱的抗剪承载力公式,提出了设计建议,可为工程实践提供参考。     

上拔水平力组合荷载作用下混凝土扩展基础承载性能试验

介绍了2个相同尺寸混凝土扩展基础分别在上拔、上拔与水平力组合荷载作用下的室内足尺试验概况,并根据加载过程中的基顶荷载位移、基础主柱纵筋应变、扩大端钢筋和混凝土应变等试验数据,分析了2种荷载工况下混凝土扩展基础的承载变形特性及混凝土裂缝发展规律。结果表明:①上拔和水平力组合荷载作用下,基础上拔荷载位移曲线呈现出两阶段特性,而水平位移曲线随水平力增加近似呈线性增加,水平荷载降低了扩展基础的抗拔承载性能;②上拔和水平力组合荷载作用下,基础主柱横截面部分受拉、部分承压,在基础立柱与底板连接处的拉应力最大,混凝土裂缝未贯穿全截面,而在上拔荷载作用下,混凝土扩展基础主柱全断面受拉,裂缝贯穿全断面。     

养护条件对BCCP抗氯离子侵蚀性能的影响与比较分析∗

通过测试钢筋缠绕预应力钢筒混凝土管道（BCCP）细石混凝土保护层试块在标准养护（S）,低压养护（0.7P）, 蒸汽养护（ZS）和蒸汽?低压养护（Z0.7P）条件下的氯离子扩散系数、抗压强度和吸水率,研究养护方式对BCCP 抗 氯离子侵蚀能力的影响,并基于灰色关联分析法,比较各因素的影响程度。结果表明：混凝土的抗氯离子侵蚀能力 随着养护龄期的增加而增加,单掺矿粉混凝土始终表现最优,使用高抗硫水泥会降低混凝土本身抗氯能力。低压 和蒸汽养护的混凝土在早龄期抗氯能力高于标准养护,但随水化龄期的增长,逐渐低于标准养护。低压不会对蒸 养混凝土内部产生损伤,反而会提高混凝土的密实度,因此,在养护龄期14 d 以前,扩散系数关系为S>0.7P>ZS> Z0.7P,28 d 以后,变为ZS>Z0.7P>0.7P>S;此外,养护气压和养护湿度对混凝土抗氯离子渗透性影响最大,其次 是养护温度,养护龄期的影响最小。     

地聚物混凝土结构研究与发展

地聚物混凝土是一种生态环保建筑材料,其自身的材料性能将直接影响着它的使用性能及应用范围。地聚物混凝土的应用对于减少资源开采、保护生态环境、减少地质灾害意义重大。地聚物混凝土构件及结构性能的研究,是地聚物混凝土推广应用的基础。地聚物混凝土材料性能主要包括基本性能和耐久性能两部分,本文对其基本性能中的和易性、抗压强度、弹性模量、泊松比,耐久性能中的抗碳化性能、抗氯离子渗透性能、抗酸侵蚀性能、抗冻融性能,以及钢筋地聚物混凝土构件及结构性能进行综述。研究表明:尽管地聚物混凝土性能的部分研究结论尚存争议,但其多数性能与普通硅酸盐水泥混凝土相当甚至更优,只要设计合理,完全可以取代普通硅酸盐水泥混凝土,应用于实际工程。基于已有研究成果的分析,提出了研究建议,以期能为地聚物混凝土的发展和推广应用提供参考。     

钢纤维陶粒钢管混凝土短柱火灾后的受力性能试验研究

在轻骨料混凝土中掺入一定量的钢纤维,可有效抑制核心混凝土微裂缝的发展,改善轻骨料钢管混凝土柱的力学性能。但目前国内外对火灾后钢纤维增强轻骨料钢管混凝土柱的受力性能还缺乏研究。通过对15根受火后及3根未受火的钢纤维增强陶粒钢管混凝土短柱力学性能的对比试验研究,讨论了不同参数的钢纤维增强陶粒钢管混凝土短柱常温及火灾后的承载力与破坏形态。重点分析了试件的钢纤维掺量、含钢率及受火条件等因素对钢纤维增强陶粒钢管混凝土短柱相关性能的影响。结果表明,钢纤维的掺入对提高常温下及火灾后钢管陶粒混凝土短柱的承载力均有一定作用,且与试件含钢率有关。在0、39 kg/m3、78 kg/m3及117 kg/m3等各个钢纤维掺量中,39 kg/m3的掺量使700℃受火条件下火灾后试件承载力的提高幅度最高,为11%;当钢纤维掺量大于39 kg/m3时,随着钢纤维掺量的增加,试件的承载力则出现下降。     

橡胶粉混凝土动力抗压性能试验研究

采用分离式Hopkinson压杆，对直径为70mm的橡胶粉混凝土圆柱体试件进行了动力抗压性能试验，得到了不同应变率下混凝土的应力应变曲线和韧性指数，并与静态抗压强度进行了对比。根据试验结果，讨论了橡胶粉不同粒径、不同掺量和3种橡胶粉级配情况下混凝土的动力抗压性能。总结了橡胶粉混凝土的应变率效应，以及影响橡胶粉混凝土动力抗压性能的因素。     

羧基丁苯聚合物混凝土小变形阻尼研究

材料的阻尼是衡量材料本身成振性能的主要指标。本文采用自由振动法测试得到了一批羧基丁苯混凝土小变形阻尼比的基础性数据。试验结果表明:所采用的阻尼比测试方法和试验过程是可靠的;对同类型的混凝土,混凝土的阻尼比随丁苯胶掺量的增加而增大,混凝土的弹性模量随丁苯胶掺量的增加而降低;丁苯胶掺量在10％～15％时,可获得阻尼比、弹性模量和抗压强度均较高的混凝土。     

氯盐⁃硫酸盐环境下钢筋混凝土柱抗震性能退化过程的数值模拟∗

针对氯盐-硫酸盐环境中钢筋混凝土构件抗震性能的劣化问题,利用Fick定律、离子浓度与材料损伤的拟合关系,确定了硫酸盐侵蚀下混凝土的损伤本构模型,根据氯盐环境下钢筋锈蚀特征及法拉第定律建立了钢筋截面积损失时变模型,并通过OpenSees软件分析了柱构件在侵蚀环境中抗震性能的退化情况。结果表明:随着服役时间的增加,柱的受压、受弯承载力及刚度逐渐退化,构件的延性、滞回耗能能力先增大后减小;服役初期,增大轴向力能够提高构件受弯承载力,但服役超过一定时间后,该作用不明显;整个服役周期内,轴向力的增大都将造成构件弹塑性变形能力降低,故高轴向力作用下,构件的延性、滞回耗能能力均降低。     

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。     

自然潮差环境弯曲荷载作用下混凝土氯离子峰值浓度的分布

混凝土中氯离子的峰值浓度是基于钢筋锈蚀的混凝土结构耐久性寿命预测的主要参数之一,其时变性和随机性取决于侵蚀环境、材料性能和作用荷载等因素。通过自然海洋潮差环境弯曲荷载作用下的混凝土构件暴露试验,在测得纯弯段混凝土的自由氯离子浓度的基础上,研究了弯曲荷载对混凝土中氯离子峰值浓度随机分布的影响。结果表明,自由氯离子峰值浓度的均值受弯曲荷载水平、水灰比及暴露时间的影响很大;而无论是在受压区还是受拉区,弯曲荷载作用下的混凝土氯离子侵蚀峰值浓度绝大多数服从对数正态分布;弯曲荷载水平、混凝土水灰比和暴露时间对混凝土中自由氯离子峰值浓度的分布类型的影响很小。     

高温下栓钉剪力连接件的结构性能数值模拟研究

目前,钢混凝土组合梁由于其具有截面高度小、自重轻、延性好等优点而广泛应用于高层建筑和桥梁结构中。钢混凝土组合梁中,钢梁和混凝土板通过剪力连接件共同作用,钢混凝土组合梁的性能很大程度上依赖于剪力连接件的性能,因此剪力连接件是组合梁中的关键部位。栓钉是目前最常用的柔性剪力连接件。本文采用有限元软件ABAQUS,较系统地研究了高温下组合梁中栓钉破坏形态、破坏机理、抗剪承载力和荷载—滑移规律性能,为高温下组合梁抗火性能研究提供基础。模型中混凝土、栓钉和钢梁采用实体单元模拟,材料的力学特性和热工特性参数根据欧洲规范(EN 1994-1-2)。本文先用文献中的试验结果验证了数值模型的可靠性,并进一步研究了不同栓钉直径和不同混凝土强度等级时的高温下栓钉承栽力折减系数。研究表明,欧洲规范中高温下栓钉承栽力的计算公式是合理的,能较准确地预测栓钉在高温下的承栽力。     

锈蚀钢筋混凝土梁斜截面受剪承载力计算

侵蚀环境下混凝土结构中钢筋易于发生绣蚀,造成混凝土、钢筋等材料力学性能劣化、界面粘结性能退化以及构件截面几何尺寸变化,导致服役期混凝土结构承载能力下降,严重影响结构的安全使用。以锈蚀钢筋混凝土简支梁斜截面为研究对象,在分析锈蚀对钢筋混凝土梁抗剪强度影响的基础上,提出了集中荷载作用下锈蚀钢筋混凝土梁抗剪强度的计算模型,应用拉压杆模型对锈蚀梁的受剪承载力进行了计算,并通过75根锈蚀梁的试验结果对建议计算模型进行验证。结果表明:锈蚀钢筋混凝土梁受剪承载力试验值与计算值之比的平均值为1.226,方差为0.028,试验值与理论值的相关性系数为0.968,建议模型抗剪强度预测值与试验结果吻合较好。