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。     

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。     

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。     

不同因素对电化学除氯处理后混凝土残留氯离子分布的影响

研究了矿物掺合料、施加电压、电解质溶液等因素对混凝土试件在电化学除氯处理后残留氯离子分布的影响规律。试验采用20~60 V稳压电源、两种不同电解质溶液和钛金属网阳极对不同配合比混凝土试件进行了连续14 d的电化学除氯处理,并在试件不同部位取样测试其残余氯离子含量。结果表明:经过电化学除氯处理,混凝土试件中沿着钢筋界面向混凝土外缘方向的氯离子含量逐渐递增,外层残余氯离子浓度约为内层浓度的3至4.5倍;除氯电压越大,则混凝土中内外层氯离子含量的差距越大;相同条件下,Na_3BO_3溶液的除氯效果优于饱和石灰水溶液,但两者对除氯后试件中氯离子的分布并无明显影响;由于掺硅灰和矿渣提高了混凝土的密实度,导致除氯后混凝土中残留氯离子含量有所增加。     

高温加热后轻骨料混凝土力学性能实验研究

本文通过对陶粒轻骨料混凝土试块进行不同温度水平的加热,待自然冷却后进行相应的加载试验,研究其抗压强度和弹性模量等力学性能参数随加热温度水平的变化规律,并与普通混凝土进行理论对比。为避免试块高温爆裂,按不同温度水平对试块分批进行阶梯升温,当试块内外温度相同后恒温保持半小时,打开炉门使试块在炉内自然冷却到常温状态,然后进行相应加载试验。试验结果表明:随加热温度的升高,陶粒混凝土棱柱体抗压强度的下降幅度大于立方体抗压强度;初始弹性模量与峰值变形模量随温度变化的拟合曲线基本接近。与普通混凝土相比,不论是立方体还是棱柱体试块,陶粒混凝土的残余抗压强度均高于普通混凝土;弹性模量随温度的下降幅度也小于普通混凝土。研究表明:如能有效解决在高温加热过程中的爆裂,陶粒轻骨料混凝土的潜在抗高温性能将明显优于普通混凝土。     

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%。     

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。     

冻融循环后高延性混凝土疲劳性能试验及S-N曲线研究

对高延性混凝土(HDC)进行75次和150次冻融循环后,进行单轴受压疲劳性能试验,研究其在不同应力水平、加荷频率下的疲劳变形特征和疲劳寿命。将常温养护条件下的试件与经过冻融循环试件的疲劳性能进行对比,建立适用于不同冻融条件下HDCS-N曲线模型。试验结果表明:经过常温养护条件下进行疲劳试验,得到疲劳寿命与加荷频率成正比,与应力水平成反比;经过冻融循环后进行疲劳试验,疲劳寿命较常温养护有明显减低,75次冻融循环后最高降低95.3%,150次冻融循环后最高降低97.3%;试件在疲劳破坏后,均具有较好的整体性,属延性破坏。对试验结果进行分析,以加荷频率、冻融次数作为参考值,建立不同冻融条件下HDC的S-N曲线模型,计算出HDC材料的疲劳折减系数:正常养护条件下为0.660～0.674,经过冻融循环后为0.589～0.612,下降约9.2%～12.6%。可为实际工程提供参考。     

模拟自然潮差环境混凝土氯离子侵蚀对流区深度的相似性与随机性

对流区深度是氯盐侵蚀环境下水泥基材料及其构件耐久性寿命评价的主要参数之一,由于受环境及材料等随机性因素的影响,对流区深度为随机变量。通过在人工气候模拟环境下的暴露试验,测得不同暴露时间后不同水灰比混凝土中的自由氯离子浓度及其对流区深度;对比自然潮差环境下的试验结果,研究了人工气候模拟环境条件下混凝土氯离子对流区深度的相似性与随机性。结果表明,在两种试验环境条件下,混凝土氯离子侵蚀具有一定的相似性,混凝土试件均在暴露一段时间后形成了明显的对流区,且对流区深度都在4 mm左右;人工气候模拟环境下,水灰比对混凝土氯离子对流区的深度及其分布类型无明显影响,而暴露时间和环境因素的影响较为明显;在人工气候模拟环境下,混凝土氯离子对流区深度总体上服从均值为3.76 mm标准差为0.92 mm的正态分布。     

高延性混凝土加固震损弱粘结古旧砌体抗震性能试验研究

高延性混凝土（HDC）具有高强度、高延性和裂缝多重开展等特性,在砌体结构的加固应用中具有广泛的前景。文中对5个震损弱粘结古旧砌体试件采用HDC构造带面层加固,通过低周反复荷载试验,分析其破坏形态及抗震性能。试验结果表明：（1）HDC构造带面层对震损砌体结构形成良好的约束作用,有效抑制了砌体结构的开裂和破坏;（2）HDC构造带面层对震损弱粘结古旧砌体结构的承载力、延性、耗能能力和变形能力均有较大幅度的提高,改善原结构脆性破坏特性;（3）面层宽度、砌筑砂浆强度、开洞口数量等均对古旧砌体结构的延性、峰值荷载、耗能能力等抗震性能均有显著影响。基于试验破坏特征,提出2种不同模型的抗剪承载力计算方法。文中加固方法可为古旧砌体结构加固提供相应的理论依据。     

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。     

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。     

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。     

自然潮差环境下掺合料对混凝土氯离子扩散性能衰减的影响

以海洋潮差区环境暴露时间为60 d,120 d,240 d和360 d的现场试验为基础,研究了水灰比及掺加硅粉、粉煤灰、火成岩纤维对混凝土氯离子扩散性能衰减的影响,推导了混凝土扩散系数的时间衰减系数的计算公式,引入氯离子扩散系数衰减速率后进一步分析了长期暴露后混凝土扩散性能的衰减规律,并以已有研究成果分析了不同氯盐环境下掺合料对该扩散性能衰减的影响。结果表明:水灰比越大,混凝土氯离子扩散系数的时间衰减系数越小;单掺粉煤灰、火成岩纤维时扩散系数的时间衰减系数均增大,对氯离子扩散性能的衰减影响明显;掺入硅粉,能有效降低混凝土的氯离子扩散性,但对其时间衰减系数的影响较小;复掺硅粉和粉煤灰对扩散性能的早期衰减影响最为显著,其改善效果可达普通混凝土46.5%;掺合料对混凝土氯离子扩散性能的衰减系数的影响随时间逐渐减小,氯离子扩散系数的衰减速率最终趋于稳定;混凝土暴露的时间越长,掺合料对扩散性能的衰减影响越显著。     

强腐蚀圆钢管再生混凝土柱受压性能研究

为研究氯盐强腐蚀环境下圆钢管再生混凝土柱的轴压性能,以腐蚀程度、核心混凝土强度、钢管壁厚为试验参数,完成了12根圆形钢管再生混凝土柱的轴心受压试验,分析了各试件在不同设计参数下的破坏形态、承载和位移特性、应变变化等。研究结果表明：各试件中钢管纵向受压,横向受拉,荷载-应变曲线均是先升后降再升再降,其受力过程包括弹性段、弹塑性段和破坏阶段;强腐蚀试件受压后中部鼓曲明显,鼓曲位置随腐蚀程度提高,逐渐向柱端偏移;增大钢管壁厚和再生混凝土强度可以提高试件的承载力和延性,随着腐蚀程度的增高,试件的承载力和延性均下降。     

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。     

足尺再生混凝土柱偏压受力性能计算分析

为研究再生混凝土柱的受力性能,进行了系列足尺再生混凝土柱偏压性能试验。在4根足尺再生混凝土柱和2根足尺普通混凝土柱的偏压性能试验基础上,利用ABAQUS软件进行了非线性有限元分析,通过与试验结果对比验证了有限元模型的适用性,并深化研究了再生混凝土强度、配筋率、配箍率设计参数及受压偏心率对试件偏压性能的影响。结果表明:随着再生混凝土强度的提高,试件的刚度、承载力均相应提高;随着配筋率的提高,试件的承载力有明显提高;随着配箍率的提高,试件延性提高,承载力变化不明显;偏心率对试件受力性能影响相对较大,随着偏心率的增大,试件承载力降低、延性提高。     

钱塘江河口水体氯离子含量及对混凝土的侵蚀

通过对钱塘江河口感潮环境表层水体中氯离子含量及其海塘上水工混凝土表面氯离子浓度的检测,考察了水体中氯离子含量与离河口距离及护坡混凝土表面氯离子浓度的关系。结果表明,河口感潮环境下水体中的氯离子含量,总体上是距离河口越近则表层水体中的氯离子含量越高,并与混凝土表面氯离子浓度之间具有较好的相关性,而混凝土表面氯离子浓度与其不同深度时的浓度之间近似完全正相关。设法减少水体中的氯离子入侵,是提高钱塘江河口感潮段混凝土结构抗氯离子侵蚀耐久性的关键措施。     

自然潮差环境下混凝土氯离子峰值浓度的时变性

基于自然潮差环境下的现场暴露试验,研究了混凝土氯离子峰值浓度的时变性以及影响因素。测试了7个暴露时间,5种不同水灰比的普通混凝土、5种水胶比均为0.50的不同掺合料混凝土共10组混凝土内的自由氯离子浓度,并采用三点拟合法得到较为准确的对流区深度及对应的氯离子峰值浓度;然后,分析了水灰比及掺合料对混凝土氯离子峰值浓度时变性的影响,建立了其时变模型,并研究了氯离子峰值浓度的稳定趋势;最后,分析了峰值浓度的时变性对预测混凝土氯离子浓度的影响。结果表明,暴露时间和水灰比是影响混凝土中氯离子峰值浓度的重要因素,且掺合料减缓了混凝土中峰值浓度的增加速度;相对较短时间的暴露试验得到的混凝土峰值浓度时变模型,可以预测较长暴露时间后混凝土中峰值浓度;峰值浓度有逐渐趋于稳定的趋势,其稳定时间受水灰比和掺合料影响,加入掺合料缩短了稳定时间;考虑峰值浓度时变性可更为准确地预测不同深度处混凝土中的氯离子浓度。