风积沙轻骨料混凝土冻融损伤及寿命预测研究

基于浮石轻骨料混凝土为基础, 将不同质量的风积沙作为细骨料替代部分河砂, 研究风积沙轻骨料混凝土冻融损伤机理及服役寿命. 通过室内快速冻融循环试验, 定量分析风积沙轻骨料混凝土的抗冻耐久性能. 在整个冻融循环期内, 相对动弹性模量的变化规律可分为直线下降阶段、 直线+曲线下降阶段、 曲线下降阶段. 以此为基础, 建立轻骨料混凝土直线和曲线双段式相对动弹性模量衰减方程, 依据5组混凝土的抗冻试验结果对方程进行了验证, 并预测其在西部地区的服役寿命. 结果表明: 直线和曲线双段式的相对动弹性模量衰减方程能够准确的反应混凝土冻融损伤劣化规律. 风积沙最优替代率为20%, 可以满足25 a的使用寿命. 损伤模型可为沙漠地区混凝土使用提供一定的理论依据.     

冻融与酸雨侵蚀共同作用下混凝土损伤分析

进行了快速冻融和酸雨侵蚀作用下的混凝土室内模拟试验, 研究了冻融和酸雨侵蚀作用下混凝土的质量损失和相对动弹性模量变化规律. 试验结果表明, 混凝土在冻融-酸雨复合环境下的损伤大于冻融作用下的损伤. 通过分析研究, 建立了冻融循环和酸雨侵蚀共同作用下不同水胶比混凝土的质量损失与冻融循环次数的函数关系及冻融与酸雨腐蚀共同作用下混凝土损伤演化方程, 为冻融环境混凝土结构耐久性设计与评估奠定了基础.     

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。     

煤渣改良土的抗冻能力及损伤特性研究

为研究煤渣改良土作为季节冻土区路基填料的抗冻能力,以不同煤渣掺量及不同养护龄期下的煤渣改良土为研究对象,利用GDS三轴试验系统开展了不同冻融次数下改良土的三轴压缩试验,获得了最佳的煤渣掺量及养护时间数据,提出冻融及加载综合影响下改良土的总损伤变量,并据此建立了损伤本构关系。结果表明：改良土的抗冻能力随着煤渣掺入量的增大出现先增强后减弱的变化趋势,随龄期的增长而逐渐增强。冻融循环对改良土物理力学性质的影响主要集中在前5次循环过程,超过5次后影响逐渐减弱。冻融加载总损伤变量能够较好地反映冻融及加载过程中改良土性质的劣化,据此建立的损伤本构关系具有一定的精度,可以为季节冻土区煤渣改良土路基工程提供参考。     

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。     

多年冻土区水泥稳定砂砾基层抗冻性能研究

多年冻土地区路面使用过程中的许多病害与基层状况直接相关.水泥稳定砂砾作为我国传统的半刚性基层材料,在多年冻土地区公路路面结构中得到了普遍运用.为研究水泥稳定砂砾不同水泥掺量、不同养生龄期下的抗冻性能,通过提出合理的抗冻试验方法分别进行了水泥稳定砂砾冻融温度、冻融时间、冻融次数、试件的养生龄期及抗冻指标方面的试验研究. 结果表明：水泥剂量越高,水泥稳定砂砾冻前、冻后的抗压强度值越高,说明其抗冻性能越好;水泥稳定砂砾从28 d开始抗压强度、冻融后抗压强度及冻融后劈裂强度都明显增加,证明水泥稳定砂砾从28 d开始已具有一定的抗冻性. 提出的抗冻试验方法和指标要求适合多年冻土地区半刚性基层材料,有一定的实用价值.     

循环荷载作用下纤维水泥土动力特性

通过动三轴试验,研究水泥土中掺入不同掺量的聚丙烯纤维和玄武岩纤维条件下,其动应力 、动弹性模量 随动应变的变化规律。试验结果表明：水泥土的动强度和动弹性模量与围压、掺入纤维的种类和纤维掺量有关;随着纤维掺量的增多,水泥土的动强度和动弹性模量增大,动变形减小。从滞回曲线和微观的角度分析,掺入玄武岩纤维的水泥土动力性能最好,聚丙烯纤维水泥土次之,素水泥土（无纤维）较弱;最大动弹性模量 随着围压和纤维掺量的增大而增大。玄武岩纤维水泥土在不同围压下的 归一化曲线相互聚拢,表明 对围压的依赖程度降低。     

考虑损伤阀值影响的钢纤维混凝土损伤本构模型研究

从室内试验得到的不同体积率下的钢纤维混凝土全应力-应变曲线的特性,探讨了损伤变量的变化规律及建立钢纤维混凝土损伤本构模型时考虑损伤阀值影响的必要性。基于连续损伤力学理论和统计强度理论,在传统的两参数Weibull分布函数基础上引入损伤阀值参数（位置参数）,建立可考虑损伤阀值影响的钢纤维混凝土损伤本构模型,该模型可以反映钢纤维混凝土在低应力水平或变形较小时的线弹性变形特性;根据经验确定损伤阀值参数后,通过混凝土应力-应变全曲线的几何条件求解Weibull分布函数另外两个参数的表达式。最后,基于MATLAB的分析计算结果,并通过与钢纤维混凝土单轴压缩试验实测结果对比,证明模型可以很好的反映单轴受压状态下钢纤维混凝土的应力-应变关系,探讨了损伤阀值取值的大小。     

混凝土冻害研究与防冻施工

【内容简介】北方寒冷地区的混凝土的破坏多数与冻融作用有关,混凝土结构在冻融循环作用下的破坏,关系到建筑物使用寿命、工程质量、运营安全等方面的问题。本书基于混凝土冻融破坏机理研究分析,介绍了改善抗冻性能各种途径,对混凝土设计和施工中的防冻措施提出具体要求。全书包括六部分:混凝土冻融破坏机理、混凝土抗冻试验、混凝土防冻外加剂、掺合料改善混凝土防冻性能、抗冻混凝土设计、混凝土防冻施工。本书有助于混凝土冻融破坏理论研究工作,对在实际工程     

水泥改良风积砂负温动力性能与流变特征研究

为研究水泥掺量对风积砂改良效果影响及不同负温、频率下的改良风积砂动力特征,开展了单轴、动力循环加载和蠕变试验。通过单轴试验获得了不同水泥掺量的改良风积砂7、28 d单轴抗压强度,并结合冻胀量随时间变化规律确定了最优水泥掺量;通过动力循环试验测定了不同次数的滞回曲线,确定了改良风积砂动弹性模量衰减、动损伤和阻尼比的演化规律;通过流变试验确定了能够描述滞回曲线流变特征的西原模型参数,建立了屈服前后滞回曲线的演化方程,并给出了每个循环内的时间划分标准。研究发现：（1）电镜观测显示水泥在风积砂颗粒间形成絮状连接结构,增加颗粒间的黏结强度,有效抑制动力损伤发展;（2）负指数模型可以描述改良风积砂动弹性模量衰减特征,阻尼比随加载次数增加逐渐变大,最终趋于某一定值,掺入水泥可以有效控制阻尼比发展;（3）提出了考虑围压影响的改进西原模型,根据实际加载特征建立了滞回曲线的加载方程,最小二乘原理可以对流变参数进行识别。     

纤维混凝土的低温性能和冻融损伤机理研究

研究了低温环境下(气温变化为-15~5℃),聚丙烯腈(PAN)纤维对混凝土力学性能增长趋势的影响,探讨了快速冻融试验条件下(-17.5~7.5℃)PAN纤维混凝土的抗冻融耐久性,通过扫描电子显微镜(SEM)观察了PAN纤维在混凝土中的分散性以及纤维和混凝土界面结合状况.结果表明:掺入PAN纤维增加了混凝土的含气量、改善了混凝土的微观结构,提高了混凝土抗裂阻力,因而有利于混凝土低温环境下的强度增长和提高了混凝土的抗冻融耐久性.混凝土经受冻融循环破坏实质上是疲劳损伤累积的过程.通过实验研究和理论分析,探讨了聚丙烯腈纤维混凝土冻融疲劳损伤的机理,研究了纤维对混凝土抵抗冻融破坏的影响,建立了聚丙烯腈纤维混凝土冻融损伤的演变方程.     

冻融循环作用下岩石含冰裂隙冻胀力演化试验研究

为探讨寒区裂隙岩体含冰裂隙在冻融循环作用下的冻胀力演化规律,进而揭示疲劳冻融对岩体结构劣化的影响机制,采用自行设计的8通道冻胀力实时监测系统开展了不同岩性、不同裂隙几何形态下的冻胀力测试试验,获取了多次冻融循环中冻胀力演化曲线,并分析了岩性和裂隙几何形态对冻胀力演化规律的影响。研究表明:(1)冻融循环造成岩体结构劣化是冻胀力引起岩体疲劳损伤的过程,每个冻融循环的冻胀力演化过程都经过孕育阶段、暴发阶段、跌落回稳阶段、回升阶段和消散阶段,并且发现了冻胀力回升这一现象;初始冻胀力峰值可作为裂隙岩体抗冻融损伤指标;(2)在多次冻融循环作用下岩体裂隙冻胀力不断暴发、积聚和释放,期间产生的裂隙累积损伤驱动着裂隙持续扩展,引起岩体进一步的疲劳劣化;疲劳冻融作用下,初始冻胀力峰值与二次冻胀力峰值变化趋势可作为裂隙岩体受冻融影响损伤劣化程度的判断依据;(3)岩体结构特性影响冻胀力演化规律,岩体基质的微细观结构影响冻结过程中水分迁移;宏观预置裂隙几何形态影响冻胀力演化规律,扩展程度越大的裂隙积聚出的冻胀力越大。疲劳冻融下冻胀力演化规律的研究可为寒区岩体工程长期冻融稳定性预测及工程建设提供理论依据。     

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。     

冻融循环条件下生境基材中三种功能微生物数量变化规律研究

为揭示高寒地区典型生境基材中功能微生物数量变化的规律,以黄棕壤土为试验土样,在两种初始含水率条件下,分别制备客土、植被混凝土以及加菌植被混凝土三种不同类型的生境基材进行冻融循环模拟试验,探讨生境基材类型、初始含水率和冻融循环次数对基材中功能微生物数量的影响。试验结果显示：三种基材中功能微生物数量均受冻融循环影响显著,且随冻融循环次数增加总体呈"下降~上升~下降"趋势;冻融循环过程中,三种基材中功能微生物总量存在显著性差异,排序为：加菌植被混凝土 > 植被混凝土 > 客土,且固氮、解钾微生物数量显著低于解磷微生物;含水率为22%的基材中功能微生物总量普遍高于含水率为18%的基材。研究结果表明,加菌植被混凝土的肥力、抗冻性相比客土和植被混凝土有一定程度提升,但仍需对现有功能菌剂配方加以改进,以适应高寒地区冻融环境。     

冻融作用下PPF稳定土力学性能研究

为了研究冻融作用下外加材料稳定土的力学性能,以一种国产土壤固化剂（TG固化剂）加固低剂量水泥石灰稳定土为研究对象,通过冻融前后的无侧限抗压强度试验、劈裂强度试验和抗压回弹模量试验,研究不同压实度、聚丙烯纤维（PPF）掺量稳定土的力学性能。结果表明：稳定土的抗压强度、劈裂强度及回弹模量均随冻融次数的增加而降低,经历6次冻融循环后,强度、模量损失率基本稳定。冻融前后稳定土的抗压强度、劈裂强度、抗压回弹模量以及强度、模量的残留百分比均随着压实度和PPF掺量的提高而增大。结合工程实际情况,选取压实度为95%,0.2% PPF综合稳定土进行冻融试验,得到抗压强度残留比（BDR）达到59.32%,质量变化率仅为6.28%,研究表明,PPF综合稳定土具有优良的冻稳定性,可用作路面基层材料。     

温度与侵蚀对沥青混凝土冻融疲劳寿命的影响

为了提高盐渍土地区沥青路面的疲劳性能, 对SBS改性沥青混凝土进行了清水与饱和氯盐溶液的冻融劈裂疲劳试验, 研究了温度与氯盐侵蚀共同作用下, 沥青混凝土冻融疲劳寿命衰减规律. 结果表明: 温度与氯盐侵蚀是影响沥青混凝土冻融疲劳寿命的重要因素. 当冻融次数相同时, 沥青混凝土冻融疲劳寿命随冻融温度降低而不断减小; 当冻融温度相同时, 其冻融疲劳寿命随冻融次数增加而不断减小. 饱和氯盐溶液中沥青混凝土冻融疲劳寿命明显低于清水条件, 说明氯盐能够加速沥青混凝土冻融疲劳寿命衰减, 冻融温度越低, 盐冻破坏越严重. 通过对试验数据回归分析可知, 沥青混凝土冻融疲劳寿命与冻融循环次数之间具有较好的相关性, 可以利用两者之间的指数函数关系来预测沥青混凝土冻融疲劳寿命.