负温下磷酸镁水泥混凝土的力学性能与抗冻性能

研究了磷酸镁水泥（MPC）混凝土在20℃、-10℃、-15℃、-20℃养护环境下的力学性能和抗冻性能,为MPC混凝土应用于寒区旱区的抢修工程提供科学依据。MPC混凝土力学性能按照国标GB/T 50081-2002进行试验,抗冻性能按照GB/T 50082-2009进行试验。结果表明：20℃养护条件下,MPC混凝土的28 d抗压强度达到65.3 MPa,抗折强度达到6.8 MPa;-10℃养护条件下,28 d抗压强度达到59.7 MPa,抗折强度达到7.2 MPa;300次快速冻融循环后,-10℃养护条件下MPC混凝土质量损失率为3.5%,相对动弹性模量为83.5%,抗冻性能优于20℃养护条件下的MPC混凝土。-10℃养护条件下MPC混凝土力学性能和抗冻性能优异,可用于寒区旱区的抢修工程。     

季节冻土区盐渍土环境下混凝土抗冻耐久性机理

为了研究混凝土在冻融交替与盐类侵蚀双重因素作用下的抗冻耐久性能,根据季节冻土区大安境内盐渍土中主要易溶盐的类型与含量,配制了3种质量分数的复合盐侵蚀溶液,制备了普通混凝土、2种引气混凝土及2组粉煤灰混凝土试件,进行盐蚀[CD*2]快速冻融循环试验,对盐冻破坏后混凝土的质量损失、动弹性模量衰减及其微观结构进行分析。试验结果表明:在冻融循环作用下,复合盐加剧了混凝土的冻融剥蚀破坏;混凝土的冻害程度与侵蚀盐溶液的质量分数、冻融循环次数、混凝土的含气量、粉煤灰掺量等因素有关;造成混凝土发生盐冻破坏的原因有水结成冰的膨胀压力,或冰与水的渗透压力以及复合盐与水泥水化产物发生的化学侵蚀和盐类的结晶膨胀,其中,盐类结晶压对混凝土内部结构的破坏更严重。     

多年冻土地区水泥稳定砂砾抗冻融耐久性模拟试验

通过控制试件湿度,模拟基层实际使用中的最不利湿度状况下的冻融循环试验,分析了冻融循环次数和试件湿度状况对混合料耐冻系数的影响.结果表明,耐冻系数随冻融循环次数的增加而不断减小,湿度对抗冻融耐久性评价结果有明显影响.多年冻土地区水泥稳定砂砾的抗冻融耐久性评价不宜直接采用水泥混凝土的饱水冻融试验方法,采用模拟基层的最不利湿度状况的冻融试验,以10次冻融循环时弯拉强度损失表示的耐冻系数作为指标,评价结果稳定,更符合实际使用情况.     

有机质含量对磷酸镁水泥固化土性质的影响研究

许多重要的软土工程譬如基坑、路基工程在破坏后需要快速修复,磷酸镁水泥的出现很好地满足了这一现代建设的要求,但不同地区软土的有机质含量不同,而有机质的含量对固化土的性质有着重要影响。为了研究磷酸镁水泥加固不同有机质含量软土的加固规律,本文通过向烘干后的软土中添加腐殖酸,人为制备不同有机质含量的土样,并取相同条件下PO水泥加固软土作对比,通过相关力学试验得到以下规律:两种水泥在加固不同含量有机质软土的过程中,加固效果都会随着有机质含量的升高而逐渐降低;磷酸镁水泥在快速修复和凝结方面明显优于PO水泥,但磷酸镁水泥中长期加固有机质软土的效果却不及PO水泥。同时利用SEM试验对得到的规律进行了解释并分析其微结构演化特征。该研究成果独到地分析了有机质含量变化对磷酸镁水泥加固效果的影响,证明了磷酸镁水泥可以应用于软土的抢修工程建设中,对加固软土工程具有指导和借鉴意义。     

岩石-钢纤维混凝土复合层抗压强度预测模型

为了研究岩石-钢纤维混凝土复合层单轴抗压强度的计算方法,对岩石、钢纤维混凝土和岩石-钢纤维混凝土(R-SFRC)复合层试件进行单轴压缩试验,分析混凝土强度等级(C30、C40和C50)和纤维掺量(0、40、60和80 kg/m3)对钢纤维混凝土和复合层单轴抗压强度的影响规律,应用RFPA2D模拟复合层单轴压缩损伤过程和应力-应变曲线,基于Mohr-Coulomb屈服准则建立R-SFRC复合层抗压强度预测模型。结果表明,复合层试件单轴抗压强度介于岩石和混凝土抗压强度之间,复合层中岩石和混凝土界面的相互约束改变了各层的受力状态,复合层中岩石强度降低而混凝土强度增大,复合层极限抗压强度为复合层中的混凝土强度。复合层试件的抗压强度随混凝土基体强度和钢纤维掺量的增大而增大,混凝土基体强度对复合层试件的抗压强度影响更显著;不同材料的复合层单轴抗压强度数值模拟值和理论计算值相对于试验值的误差范围分别为-5.41%～-0.69%和-8.67%～-1.21%,数值模拟和理论计算模型可用于复合层单轴抗压强度预测。     

冻融条件TG固化剂石灰土基层性能研究

为了进一步研究TG固化剂石灰土在冻融条件下的各项性能, 分别对TG固化剂石灰土进行冻融作用前后的无侧限抗压强度试验和劈裂试验以及干缩试验. 结果表明: 随着冻融循环次数的增加, 无侧限抗压强度以及劈裂强度逐渐减小, 经历8次冻融循环以后强度衰减达到最大值. 经过冻融循环作用后试件的无侧限抗压强度以及劈裂强度残留值随着含水率和压实度的增加而增加, 通过冻融试验得到的抗冻性能指标BDR值在51%以上, 与未饱水冻融循环得到的最终残留强度值保持一致. 经冻融循环作用后TG固化剂石灰土的干缩应变和干缩系数减小, 干缩性能有所提高. 冻融循环条件下TG固化剂石灰土抗冻性能良好, 可以应用于路面基层.     

海水侵蚀环境下混凝土力学性能退化模型

基于混凝土干湿循环试验和混凝土细观力学,对混凝土在海水侵蚀环境下力学性能的变化进行了研究。混凝土干湿循环试验方面,采用加速腐蚀试验。对混凝土试件和根据混凝土配比制成的砂浆试件进行0、10、20、30、40、50次干湿循环,利用大型混凝土静、动三轴试验系统,检测了海水侵蚀作用对混凝土抗压强度、抗拉强度、弹性模量及应力-应变关系的影响。依据混凝土细观力学理论,对混凝土试块进行了细观数值模拟,考虑了混凝土各组成相的非均匀性、材料性质按照Weibull分布来赋值。同时,为反映海水侵蚀作用对混凝土的影响,砂浆的强度和弹性模量均以砂浆干湿循环试验所得结果为准,最后建立了混凝土随干湿循环次数变化的抗压强度折减模型,抗拉强度折减模型和弹性模量的折减模型。     

改性混凝土声学参数与应力相关性试验研究

对掺入不同聚合物乳液的7组21个混凝土试件进行不同荷载条件下的超声波测试,研究了聚合物乳液对混凝土声速和加权谱面积等声学参数与应力相关性的影响。研究表明：纯丙乳液和苯丙乳液能提高混凝土声-应力的敏感性,有机硅砂浆防水剂和聚醋酸乙烯乳液对混凝土声-应力敏感性有弱化作用,丙烯酸酯共聚物乳液对混凝土声-应力敏感性影响不大。     

富水破碎岩体注浆加固材料试验研究与应用

针对富水破碎地层注浆治理过程中传统水泥类材料难以实现注浆加固和堵水同步进行的难题,以硫铝酸盐水泥熟料和钢渣微粉为主要原材,成功制备了一种水泥基复合注浆材料（CGM）。通过与传统水泥材料进行性能对比试验,采用扫描电镜和X射线测试手段,分析了CGM材料制备工艺、组分含量和浆液制备条件对材料性能的作用规律,并检验了CGM材料的工程适用性。结果表明：CGM材料宜采用混合粉磨制备工艺,可显著提高其水化活性,且粉磨时间应不超过45 min。钢渣微粉含量越高,水灰比越大,结石体强度越低,凝结时间越长,水灰比超过1.2:1时,结石体后期会出现干缩。与传统水泥材料相比,CGM材料浆液凝结时间与黏度的环境敏感度低,具有显著的工程适用性和性能优越性。     

普通硅酸盐-硫铝酸盐复合水泥浆液流变特性试验

普通硅酸盐-硫铝酸盐复合水泥浆液在地质灾害快速治理工程中具有广阔的应用前景,但复合浆液的流变特性直接影响到应用效果。采用理论分析与试验相结合的方法对不同配合比的普通硅酸盐-硫铝酸盐复合水泥浆液的流变特性进行了研究。根据试验结果绘制了复合水泥浆液的剪切应力-剪切速率变化曲线;通过测定浆液的表观粘度随时间的变化情况分析了水泥浆液粘度的时变特性。试验结果表明,水灰比对复合水泥浆液的流型有较明显的影响,减水剂对浆液的流型无明显影响,但对浆液的流变参数的数值影响较大,研究结果对于工程应用具有一定的指导意义。     

黏度时变浆液结石体冻融条件下力学特性试验研究

高寒山区岩体裂隙发育的边坡及复杂地层,常采用灌浆进行加固处理,浆液结石体常面临着强烈的冻融循环作用。通过对自主研发的黏度时变（SJP）浆液结石体进行冻融循环试验及电镜扫描方法,研究浆液结石体在冻融条件下的力学特性,讨论结石体的冻融损伤机理。试验结果表明:冻融条件下,SJP浆液结石体的耐久性能明显优于普通水泥结石体,随着冻融循环次数的增加,SJP浆液结石体的抗压强度和相对动弹性模量不断减小,而劈裂抗拉强度呈现先增加后减小的趋势;SJP浆液在助剂的综合作用下,C-S-H产量增多,并与纤维针状水化衍生物相结合,使得结石体内部的孔隙结构更加密实,有效地减缓了冻融损伤的积累,进而显著提高了其在冻融条件下的耐久性,从而更加适合在寒区工程建设中应用。     

矿渣磷酸镁水泥的力学性能和水化机理

以高炉矿渣作为磷酸镁水泥(MPC)的活性混合材料,研究了MPC的凝固时间、力学性能、物相组成和显微结构,并探讨了矿渣MPC的作用机理。实验固定磷镁比为25%,硼镁比为7.5%,矿渣掺量分别为磷镁总质量的0%、10%、20%、30%和40%。结果表明,矿渣参与了水化反应并提高了MPC的胶凝性能,随着矿渣掺量增大,矿渣MPC的抗压强度提高,但矿渣水化产生的膨胀应力会破坏MPC的内部结构,因此其抗折强度随矿渣掺量增大而降低。矿渣MPC的主要水化产物为六水合磷酸镁铵(MgNH4PO4.6H2O),矿渣的掺入使凝胶相增加,并有部分Ca2+进入MgNH4PO4.6H2O晶格,使水化产物的形貌、大小发生变化。样品中剩余较多死烧镁和矿渣颗粒,可起骨料作用。     

冻融循环对不同孔隙率页岩相似材料影响的试验研究

基于地质力学模型试验的相似理论,针对寒区岩体工程,分别制作了5种不同孔隙率的页岩相似材料,进行冻融循环试验,探究不同孔隙率的页岩相似材料在冻融前后,其主要物理力学参数的变化规律。试验研究表明：在冻融循环后,页岩相似材料的单轴抗压强度、三轴抗压强度、弹性模量、粘聚力、内摩擦角有不同程度的减小,孔隙率、泊松比有不同程度的增大。页岩相似材料的物理力学参数受冻融循环的影响随孔隙率的增大先增大后减小,孔隙率处于9.4%~13.6%时,受冻融循环影响最大;孔隙率处于5.8%~9.4%时,受冻融循环的影响随孔隙率的增大有增大的趋势;孔隙率处于13.9%~19.1%时,受冻融循环的影响随孔隙率的增大有减小的趋势。研究结果可以为西部寒区的岩土工程建设和减灾提供相关的科学依据。     

Experimental study on mechanical properties and pore characteristics of the modified lime mortars under freee-thaw cycles北大核心CSCD

石灰土作为路基填料代替宕渣是一种较为经济的方案,但灰土初始强度低、硬化速率慢、碳化时间长,不利于快速施工,需要进行改良研究。利用偏高岭土与石灰发生火山灰反应的原理改良灰土,通过单轴压缩试验和三轴压缩试验,分析改良灰土冻融循环条件下力学参数变化规律,利用图像处理技术提取改良灰土图像表面孔隙,建立孔隙率与强度的关系,并通过研究龄期、石灰含量和含水率变化规律,分析偏高岭土改良灰土的机制。结果表明：偏高岭土能够有效提高灰土材料反应速率,改善灰土力学特性;偏高岭土在一定程度上能够恢复冻融循环导致的灰土力学性能损失,降低冰晶体产生的孔隙;灰土强度达到最优后,其强度随着石灰的增加而降低,而经偏高岭土改良后其强度将继续增加;火山灰反应比灰土碳化过程消耗更多的水分,有效提高了灰土的抗冻性能。     

冻融循环下膨胀土物理力学特性研究

处在季节性冻土区的膨胀土渠道极易受到冻融循环作用的影响,影响工程的稳定安全。为了探究冻融循环作用对膨胀土物理力学特性的影响,以南阳膨胀土为研究对象,开展了不同含水率条件下膨胀土试样的冻融循环试验,对经历不同冻融循环次数作用后的试样进行了变形测量、无侧限压缩试验和微细结构试验。结果表明,在冻融循环过程中含水率低的膨胀土体积变化规律表现为“冻缩融胀”,含水率高的膨胀土体积变化规律表现为“冻胀融缩”;冻融循环作用对膨胀土的应力应变曲线、强度和弹性模量有着显著的影响,尤其是第1次冻融循环作用;试样的含水率越高,膨胀土的力学参数受冻融循环作用的影响越大;试样的面孔隙度和孔隙定向度的变化规律与力学参数的大致呈负相关,说明冻融循环作用下土体内部微细结构的变化直接影响着膨胀土的力学性质。     

EPS颗粒改良土作为寒区路基填料的抗冻性能研究

为研究EPS颗粒改良土作为寒区路基填料的抗冻性能,以冻胀率及割线模量为评测指标对改良土的抗冻性能进行了测试分析。通过冻胀率试验,获得了不同EPS颗粒掺量下冻胀率与冻融循环次数的关系。通过不同围压下的室内三轴试验,获得了改良前后土体割线模量随冻融循环次数增加的衰减规律,据此定义了无量纲单位残余割线模量比并建立了其与冻胀率的关系。结果表明：EPS颗粒的掺入对改良土的抗冻性能有明显的提升,有效地降低了改良土的冻胀率,随着EPS掺量增加,冻胀率逐渐减小,二者大致呈指数关系。冻胀率在冻融的初期发展较快,后期趋于平缓。改良后割线模量的衰减有大幅度的降低,割线模量随着冻融循环次数增加而逐渐减小,残余割线模量比与冻胀率之间近似呈二次抛物线关系。利用灰色理论可以对改良土割线模量的衰减规律进行预测,模型预测结果精度较高,可以作为路基工程冻害防治的参考。