玄武岩纤维混凝土的耐碱腐蚀性及力学性能试验研究

玄武岩纤维是一种性能优良的无机材料,可有效改善混凝土的耐腐蚀性能。为研究碱性环境下玄武岩纤维对混凝土耐腐蚀性能的影响规律,本文将10种配合比的100mm×100mm×100mm混凝土试块置于20%NaOH溶液中,每30d记录裂缝发展并测定吸水率变化;每90d进行材料性能试验,测定混凝土抗压强度,同时测定混凝土内部Na离子分布情况,研究其迁移规律。研究结果表明:添加玄武岩纤维能有效抑制混凝土裂缝的产生和发展,有效阻止Na离子的迁移,但是随侵蚀时间增长其阻抗作用呈下降趋势;与普通混凝土相比,添加适量的玄武岩纤维对混凝土性能有较好的提升,但少量或者过量均会产生不利影响;当纤维体积掺量为0.1%时,最为有利。另外,通过研究发现,添加粉煤灰对降低BFRC的吸水率及减缓Na离子迁移并不理想,同时会降低其承载力。本文从宏观现象、微观离子分布及整体力学性能等方面对玄武岩纤维混凝土耐碱腐蚀性能进行了研究,并在试验的基础上提出了碱侵蚀强度衰减模型,为玄武岩纤维混凝土工程应用提供一定的技术支持。     

压力作用下锂渣混凝土氯离子渗透性研究

研究混凝土纤维掺量、掺合料种类和所受压应力大小等三种因素对混凝土抗氯离子渗透性能的作用,对于氯离子侵蚀环境中的混凝土结构耐久性设计有非常重要的意义。本文通过设计正交试验,将56d龄期混凝土试块置于能够给混凝土施加持续压力作用的特制混凝土氯离子渗透性能测试装置下进行氯离子电通量试验。试验结果表明:聚丙烯纤维的掺入可以提高混凝土抗氯离子渗透性能,且最佳纤维掺量为0.1%;掺合料对混凝土抗氯离子渗透性作用效应由强到弱依次为:锂渣锂渣粉煤灰复掺粉煤灰普通混凝土硅灰,锂渣的掺入能够明显改善混凝土抗氯离子渗透性能;施加压应力初期混凝土抗氯离子渗透性能得以增强,但压应力过大反而降低了混凝土抗氯离子渗透性能,有益于混凝土抗氯离子渗透性的压应力大小不能超过混凝土极限强度的50%。通过对正交试验结果进行极差分析发现:掺合料种类为影响混凝土渗透性的最大因素,纤维掺量与压应力大小对混凝土渗透性的作用效应相当。     

高温后玄武岩纤维增强混凝土的动态力学特性

为研究温度、加载速率、纤维掺量对玄武岩纤维增强混凝土(BFRC)动态压缩强度和冲击韧度的影响,利用?100 mm分离式霍普金森压杆(SHPB)装置,对经历不同温度作用后的BFRC进行冲击加载实验。结果表明:高温后BFRC的动压强度及冲击韧度在同一温度下随平均应变率的上升近似线性增大;温度的升高总体上导致BFRC在同一加载速率下的动压强度及冲击韧度减小、应变率敏感性减弱;同一工况下,BFRC的动压强度和冲击韧度较素混凝土普遍提高,且当纤维体积掺量为0.2%时强韧化效果相对最佳。由此可见,高温后BFRC的冲击压缩特性受温度、加载速率、纤维掺量的综合作用影响,掺入玄武岩纤维可以有效降低高温后BFRC的损伤劣化程度。     

纤维混杂效应对混凝土弯曲韧性的改善

本文采用在C30混凝土中以不同的方式掺入玄武岩纤维与聚丙烯纤维,通过对8种单掺纤维混凝土试件和16种混杂纤维混凝土试件的弯曲性能进行试验研究,分析玄武岩纤维、聚丙烯纤维及其混杂纤维对混凝土弯曲力学特征的影响。试验结果表明,玄武岩纤维、聚丙烯纤维及玄武岩-聚丙烯混杂纤维的掺入对基体混凝土弯曲破坏时承受的最大荷载、破坏点挠度值和韧性指数均有很大的改善,其中,混杂纤维优于单掺纤维。混杂纤维对基体混凝土韧性指数提高最大达到18.1%。本文提出"纤维混杂效应函数"概念,并利用Matlab数据拟合出玄武岩-聚丙烯混杂纤维改善基体混凝土弯曲韧性的混杂效应函数。通过对混杂效应函数求极值,得到玄武岩-聚丙烯混杂纤维对基体混凝土弯曲韧性改善的最佳的体积掺加率,该值与试验数据基本一致。     

陶瓷再生粗骨料混凝土力学性能研究

采用硅烷偶联剂KH-550溶液浸泡陶瓷再生粗骨料,改变其表面性能,从而增强陶瓷骨料-水泥石界面的粘结性能。使用处理后的陶瓷骨料制备陶瓷再生混凝土,并对其进行了立方体抗压强度试验和弹性模量测试。结果表明:随着陶瓷粗骨料掺量的增加,再生混凝土的强度降低;当掺量为60%时,再生混凝土的弹性模量较原碎石混凝土提高了3.2%;当掺量为100%时,再生混凝土抗压强度仍然满足要求。     

氯盐侵蚀环境下钢纤维再生混凝土抗压性能试验研究

探讨了钢纤维再生混凝土在氯盐侵蚀环境下的抗压性能。首先,在室内配制水灰比分别为0.45、0.53、0.61的标准立方体钢纤维再生混凝土试件各27个,在标准条件下养护28d;再将这三种水灰比的试件分别浸入浓度为2.0%、3.5%、5.0%的Na Cl溶液中浸泡50d、100d、150d,并测得其抗压强度;最后分别对标准立方体试件上深度为5mm~25mm处的氯离子含量进行了测定。试验结果表明:随着水灰比的减小,钢纤维再生混凝土抗压强度逐渐增大;在浸泡天数相同的条件下,其抗压强度随着氯离子浓度的增加呈降低趋势,且在同一深度下水灰比越大的试件,侵入的氯离子浓度越高;在浸泡浓度相同的条件下,其抗压强度随着浸泡时间的增长而降低。     

聚丙烯纤维加固土融沉特性的离散元数值模拟研究

针对掺入纤维对土体冻融特性的影响进行离散元数值模拟,首先自研了过程感知融化固结系统,基于融沉试验,提出了微观参数折减法模拟融化过程,分析了纤维掺量、纤维长度、土样高度的影响规律。结果表明：离散元方法可对融沉过程进行较为有效的模拟,并可得到最优纤维掺量,对于模拟工况,最优纤维掺量为0.1%;从融化压缩模量看,纤维长度与掺量为敏感影响因素,土样高度为次要因素;掺入纤维对土体强度与融沉特性的提升效果具有一致性。     

循环荷载作用下聚丙烯纤维再生混凝土受压性能试验研究

为研究循环荷载作用下聚丙烯纤维再生混凝土(PFRAC)的力学性能，以粗骨料取代率、纤维掺量、加载速率为变化参数，设计了78个圆柱体试件进行单轴循环受压试验。通过试验观察PFRAC的破坏形态，获取了应力-应变曲线、峰值应力、峰值应变、刚度退化等重要指标，研究了不同变化参数对其力学性能指标的影响规律，得到了循环荷载作用下聚丙烯纤维对再生混凝土的阻裂机理。结果表明：循环荷载作用下PFRAC主要发生斜向劈裂破坏；随着聚丙烯纤维掺量的增加，试件表面主裂缝宽度减小；循环荷载下PFRAC试件受压应力-应变曲线包络线与单调受压应力-应变曲线相似；聚丙烯纤维的加入可显著改善PFRAC循环荷载下的力学性能，随着纤维掺量的增加，峰值应力、弹性刚度比先增大后减小；纤维掺量为0.9%时的纤维改性效果最优，峰值应力和峰值刚度比分别提高了4.4%和7.4%。     

高温后聚丙烯纤维混凝土力学性能试验研究

采用液压伺服试验系统,对120块不同聚丙烯纤维掺量的混凝土立方体试件进行高温后力学性能试验研究.分析了不同纤维掺量,不同目标温度对混凝土峰值应变、弹性模量、抗压强度等力学性能的影响,此外还探讨了高温后聚丙烯纤维混凝土的表观形态.试验结果表明,高温作用后混凝土试件物理结构发生了很大的变化.随着温度的升高聚丙烯纤维混凝土与普通混凝土一样,弹性模量与抗压强度都呈下降趋势,并且在300oC以后显著降低,而峰值应变上升.在相同温度下,随着纤维掺量的增加混凝土试件的抗压强度与弹性模量下降,峰值应变升高.通过对试验数据的统计分析,建立了不同掺量下聚丙烯纤维混凝土的相对抗压强度随温度变化的关系式,为聚丙烯纤维混凝土在各种实际工程中的应用提供了一定的参考价值.     

粗集料对超高性能水泥基材料动态力学性能的影响

采用大掺量超细工业废渣取代水泥、最大粒径为2.5 mm的天然砂取代粒径为600 m的磨细石英砂,并掺加了最大粒径为10 mm的高弹高强粗集料,制备出抗压强度达200 MPa的超高性能水泥基复合材料。并采用分离式霍普金森压杆装置对不同纤维掺量的钢纤维增强超高性能水泥基复合材料（ultra-high performance steel fiber reinforced cementitious composites, UHPSFRCC）试件进行了高速冲击压缩实验,研究了应变率和纤维掺量对该材料抗冲击性能的影响规律及粗集料发挥的作用。结果表明,UHPSFRCC的抗冲击能力随纤维掺量的增加而增强;动态强度随应变率的提高相应地增大;动态性能因掺入用作粗集料的玄武岩碎石而得到了相应的改善。还分析了超高性能水泥基复合材料具有高动态性能的机理。     

3D打印混凝土各向异性力学性能研究

近年来,混凝土3D打印技术在土木建筑等领域取得了快速的发展和应用。与模板浇筑工艺不同,3D打印在逐行逐层堆叠的建造过程中引入了一定量的层间弱面和空隙,造成了细观非均质性;而且3D打印过程无法自动嵌入钢筋,制备纤维混凝土作为打印材料可有效改善力学性能。本文首先制备了一种适用于挤出型3D打印工艺的玄武岩纤维增强陶砂混凝土,将水平打印层作为XY平面,然后从三个正交方向加载,实验测试了3D打印混凝土的抗压、抗弯等力学性能,提出了各向异性系数及其评估方法。研究结果表明,对于单轴压缩,X方向强度最高,而对于抗弯性能,Y方向强度最高。纤维对挤出型3D打印材料的各向异性影响较大,纤维掺量越大,各向异性越大。     

冻融后钢筋再生混凝土粘结性能研究

为了进一步了解冻融环境下再生混凝土的抗拉性能及钢筋与再生混凝土的粘结性能,以100％再生粗骨科取代天然碎石制作了再生混凝土劈裂抗拉试件以及以钢筋直径12mm、16mm和20mm为变动因素的钢筋再生混凝土中心拔出试件.采用快冻法将劈裂抗拉试件和中心拔出试件进行冻融循环后分别进行劈裂和拉拔试验,研究冻融循环下再生混凝土劈裂抗拉性能及钢筋与再生混凝土间粘结性能的变化规律.在总结试验结果的基础上,提出了遭受冻融后再生混凝土劈裂抗拉强度及钢筋与再生混凝土间粘结强度的计算表达式,可为我国冻融环境下再生混凝土结构的耐久性设计提供有益的参考.     

活性粉末混凝土力学性能及冻融性能研究

活性粉末混凝土具有优异的力学性能和耐久性,本文按照正交设计方法设计了9组不同配合比的活性粉末混凝土,通过试验研究了其基本力学性能及抗冻融性能,分析了水胶比、硅灰水泥比和钢纤维含量等因素对活性粉末混凝土力学性能及抗冻融性能的影响规律。研究表明,水胶比是影响活性粉末混凝土力学性能及抗冻融性能最主要的因素,钢纤维含量对活性粉末混凝土抗折和劈裂强度影响较为显著,对其抗压强度和抗冻融性能的影响不明显。本文根据试件破坏的现象对钢纤维作用的机理做了初步的探讨。     

????????????????????????????????

推导出综合考虑混凝土塑性性能及混凝土与钢筋界面裂 隙等因素的混凝土保护层锈胀开裂时钢筋锈蚀率的计算公式，验证了计算公式的可行性，探 讨了影响混凝土保护层锈胀开裂时钢筋锈蚀率的相关因素，可用于钢筋混凝土结构耐久性评 估及寿命预测.     

钢筋锈胀引发混凝土保护层开裂破坏的细观数值研究

钢筋锈蚀膨胀引起保护层混凝土开裂是影响钢筋混凝土结构耐久性和服役寿命的重要因素。考虑到混凝土细观结构组成对保护层破坏模式的影响,从细观角度出发,将混凝土看作由骨料、砂浆基质及两者间界面过渡区组成的三相复合材料,建立了描述钢筋锈胀力学行为的混凝土随机骨料模型。采用塑性损伤本构关系模型来表征砂浆基质和过渡区界面的力学行为,假定钢筋均匀锈蚀,对钢筋锈胀引起的混凝土保护层开裂破坏过程进行了细观数值研究。对比了宏观均匀模型与细观非均质模型下获得的保护层破坏模式,探讨了径厚比(c/d)、钢筋位置(中部和角区)及混凝土拉伸强度对保护层破坏模式及保护层胀裂时钢筋锈蚀水平的影响,得到了一些有益结论。     

锈蚀钢筋混凝土偏心受压构件实验及其承载力计算方法研究

大量锈蚀钢筋混凝土偏压构件的实验研究表明,随着纵向受力主筋锈蚀率的增大,偏心受压构件的承载力及其刚度均有不同程度的降低。并且由于钢筋锈蚀,钢筋混凝土偏心受压构件延性也随之降低,脆性性质明显,从而可能使得钢筋混凝土偏压构件的破坏形态发生变化。在对预制钢筋混凝土柱进行快速锈蚀实验85研究的基础上,对锈蚀偏心受压构件的结构性能退化机理和破坏特征进行了分析;在现行计算理论和实验85结果分析的基础上,通过拟合出的锈蚀钢筋与混凝土间的应变不协调系数,对未锈蚀构件的相对界限受压区高度进行修正,得到了锈蚀偏心受压构件相对界限受压区高度的修正公式;考虑锈蚀钢筋截面的削弱、钢筋屈服强度的降低以及钢筋和混凝土之间粘结性能退化的影响,提出锈蚀偏心受压构件正截面承载力计算方法,为今后混凝土结构耐久性评估和可靠性鉴定提供了科学依据。     

An Internal Expansive Stress Model of Concrete under Sulfate Attack

Concrete experiences expansive deformation during sulfate attack due to internal expansive stress. Sulfate ions enter concrete pores, react with the pore solution, and produce ettringite. The production of ettringite explains the internal expansive stress that reduces the durability of concrete. In this study, the model of internal expansive stress was achieved through the Eshelby's theory, as well as the experimental results for concrete erosion. Numerical simulation indicated that internal expansive stress is not only determined by the water-to-cement ratio of concrete and the concentration of sulfate solution, but also affected by the relaxation time of concrete.     

先张预应力CFL加固RC梁预应力损失的实验研究

由于预应力碳纤维增强复合材料(CFRP)加固钢筋混凝土(RC)结构技术能够充分发挥其优异的力学性能而备受关注。本文以预应力碳纤维薄板(CFL)加固RC桥梁结构为研究对象,研制了采用先张法对CFL施加预应力的实验装置,提出了先张预应力CFL加固RC梁的实验方法及其预应力损失的监测方法,并在3个预应力水平下对RC梁实施了预应力CFL加固,测试和分析了CFL的预应力损失演化规律。研究结果表明,本文提出的先张预应力CFL加固RC梁以及预应力损失测试的方法是可行和有效的。