混凝土冻融损伤研究概述

混凝土的冻融循环作用是混凝土耐久性研究的重要内容,而冻融损伤是表示混凝土遭受冻融作用的损伤严重程度的方式.本文论述了混凝土冻融作用的机理,以及冻融损伤理论,并给出了冻融损伤的相关表述.     

混凝土冻融损伤特性的神经网络研究

根据连续介质损伤力学理论,将混凝土的冻融损伤定义为抗压强度的劣化;研究在经历不同冻融循环次数后混凝土损伤的演化规律．首次运用RBF神经网络的理论和方法,建立了混凝土在不同冻融循环次数作用下抗压强度劣化的神经网络模型,对混凝土冻融损伤特性进行了研究．本文的工作为复杂应力状态下经受冻融循环作用的普通混凝土的损伤特性提供了一个崭新的研究途径．     

冻融环境下混凝土中氯离子传输特性研究

冻融损伤和氯盐侵蚀是寒区海洋环境中混凝土耐久性失效的主要原因.通过模拟寒区海洋环境,设计满足一定抗冻要求的引气混凝土,围绕冻融循环次数对混凝土氯离子扩散系数的影响和冻融后氯离子在混凝土中的传输特性进行了试验研究.结果表明:氯离子扩散系数随冻融循环次数的增长呈指数型上升;冻融后混凝土表层氯离子质量分数随侵蚀时间的增长也呈...     

混凝土冻融损伤后的氯离子浓度分布预测

引入损伤因子对氯离子扩散系数加以修正,进而得到了同时考虑混凝土质量损失和内部损伤累积的冻融循环后混凝土中氯离子浓度分布的预测方法 ,通过与实验结果 比较初步证明了该方法 的有效性.     

聚丙烯纤维混凝土冻融损伤试验研究

通过快速冻融循环试验,研究聚丙烯纤维混凝土冻融损伤性能.结果表明:冻融循环对聚丙烯纤维混凝土有较大影响,随冻融循环次数的增加,聚丙烯纤维混凝土损伤不断累积,相对动弹模、劈拉强度不断下降;掺加一定量的聚丙烯纤维,能有效提高混凝土的抗冻性能;在一定范围内,随聚丙烯纤维掺量的增加,强度损伤逐渐减小.冻融循环75次时,聚丙烯纤维混凝土的强度损伤变量最大达到77.7%,掺量为1.5 kg/m3的聚丙烯纤维对混凝土强度增益比达240.5%.在试验基础上,分析了聚丙烯纤维混凝土冻融损伤机理,建立了冻融循环作用下聚丙烯纤维混凝土强度损伤模型.     

冻融条件下混凝土损伤演变与强度相关性研究

冻融作用下混凝土的损伤过程通常用动弹性模量的变化来表征,通过对比分析,采用更具有实际意义的超声波声速构筑了损伤变量,重点研究了混凝土由于冻融作用引起的损伤演变和强度的相关性．结果表明由超声波测试得到的声速值可以方便地估算出混凝土的强度．此结果可作为受冻融作用的混凝土结构评估的参考和依据．     

冻融作用下高性能混凝土损伤评价方法研究

针对使用寿命预测模型的缺失性,研究冻融作用下高性能混凝土的使用寿命计算方法。结合工程实际情况,建议了高性能混凝土使用寿命的取值。从损伤的角度,进行了基于使用寿命的高性能混凝土损伤评价方法的探讨与分析,并建立了新的损伤评价模型与评价准则。基于已有的试验数据进行分析,结果展示了新的损伤评价方法的可行性和正确性。这一结果,为实际当中的高性能混凝土的使用寿命设计提供了参考。     

冻融对混凝土强度的影响

通过试验分析了冻融循环对混凝土抗压、抗折、劈拉强度的影响,并从微观结构探讨了混凝土冻融破坏机理。结果表明普通低标号混凝土抗冻性能较差,冻融循环对混凝土强度影响较大。     

混凝土冻融损伤影响因素及本构模型的研究

近年来，水泥混凝土结构在大坝、桥梁、公路、海港、码头及海洋平台中得到了广泛的应用，混凝土结构的应用在未来仍将处于土木工程建设的主导地位。然而，混凝土并非如人们要求的那样耐久，由于混凝土耐久性不足而导致结构破坏的现象日益增多。位于北方地区的钢筋混凝土桥梁梁板和桥墩、公路路面及海洋平台混凝土结构、水工大坝迎水面和溢流坝面在运行一段时间后常出现混凝土剥落、整体物理力学性能下降等情况。     

冻融后预应力混凝土构件疲劳损伤模型

通过7根预应力混凝土梁进行不同冻融循环次数后的疲劳试验,研究冻融环境下构件由于疲劳累积损伤而造成的刚度衰减规律,试验结果表明冻融作用对构件在疲劳荷载下挠度的发展起加剧作用,且随着冻融次数增多作用愈明显.在冻融循环和疲劳荷载的共同作用下,试验梁的剩余刚度在弯曲疲劳过程中呈现三阶段衰减规律,并且在第2阶段近似呈线性衰减,构件发生疲劳破坏时,其剩余刚度衰减至初始刚度的66%左右.根据损伤理论得到试验梁基于刚度衰减的累积损伤值D与循环寿命比n/Nf之间的关系模型,该模型考虑了冻融效应对疲劳累积损伤的影响,可为寒区预应力混凝土梁疲劳寿命预测提供有价值的参考.     

冻融损伤后引气混凝土三轴强度准则研究

青岛海湾大桥为我国北方冰冻海域建设的第一座跨海大桥,为了有效评估冻融后承台引气混凝土的力学性能,开展了引气混凝土在冻融作用后各项基本力学性能衰减规律的试验研究。研究了海水冻融循环次数分别为0、100、200、300次的混凝土应力一应变关系,基于大型动静载伺服刚性试验机,测试受海水冻融后的混凝土应力应变曲线关系,根据混凝土应力应变曲线,总结混凝土弹性模量、抗压强度的衰减规律。根据试验结果建立了引气混凝土考虑冻融循环次数的OTTOSEN强度准则模型。试验现象表明：随着冻融循环次数的增多,混凝土轴心抗压强度、弹性模量等力学性能指标的下降程度均逐渐加大。该强度准则可为建立符合实际工程的混凝土结构冻融后抗裂设计理论提供基础资料。     

层布式混杂纤维混凝土冻融损伤研究(英文)

为研究层布式混杂纤维混凝土在冻融疲劳作用下的损伤演变规律,建立一混凝土抗冻劣化的损伤演变数学模型,在试验的基础上回归出普通混凝土和层布式混杂纤维混凝土的冻融损伤演化方程.结果表明,LHFRC和OC的初劣点值相同,且在劣化初始阶段具有相同的损伤演变方程;在劣化扩展阶段,LHFRC和OC均具有幂函数形式的损伤演变方程,但LHFRF损伤变量小于同期的OC,钢纤维和聚丙烯纤维有效地抑制了其内部损伤发展.     

混凝土冻融损伤的影响因素与防治策略

混凝土冻融损伤造成了其耐久寿命的降低,进而严重影响了混凝土结构的正常使用,本文介绍了混凝土冻融损伤理论、影响因素及防治策略。     

弯曲荷载与盐溶液复合作用下混凝土冻融损伤

依据损伤力学的理论与方法建立了冻融损伤变量,采用超声波法进行混凝土冻融损伤的测试,选取弹簧加载系统对试件施加弯曲荷载,系统试验研究了混凝土在弯曲荷载、硫酸盐、氯盐复合因素作用下的冻融损伤规律和特点.结果表明:弯曲荷载不仅加剧混凝土冻融损伤,而且改变了混凝土的破坏形式,表现出突然的脆性破坏特征;3.5%氯盐溶液、5.0%硫酸盐溶液和3.5%氯盐 5.0%硫酸盐复合溶液均减缓混凝土冻融损伤.     

海底隧道衬砌混凝土在多种因素下的冻融损伤

调查了胶州湾海底隧道衬砌混凝土面临的气候环境,提出了隧道洞口段衬砌混凝土抗冻指标要求。以水和海水为冻融介质,对标准养护和现场养护的胶州湾海底隧道衬砌混凝土施加应力比为0,25%和50%的弯曲荷载,进行快速冻融试验。研究结果表明:胶州湾海底隧道洞口段衬砌混凝土快速冻融循环次数应大于300次,且应通过防水处理提高其抗冻性能。相比于标准养护,现场养护劣化了混凝土的抗冻性能,经过300次冻融循环,混凝土质量损失和相对动弹性模量损失分别提高了1.5%和15%。海水中的氯盐和硫酸盐使得混凝土表面剥落程度增加,但内部损伤程度却相应下降。弯曲荷载劣化了混凝土抗冻性能,且随应力比增加而增加。对胶州湾海底隧道200m施工里程内混凝土抗冻性能调查表明:衬砌混凝土质量稳定,抗冻性能良好,满足设计要求。     

花岗岩低温冻融损伤特性的实验研究

岩石在冻融循环作用下的损伤特性对评价寒区工程的稳定性和耐久性具有十分重要的意义.选取吉林集安某古建筑的花岗岩作为试样,在当地最低气温(-36.5 ℃)下反复冻融20次,冻融前后岩样的单轴压缩试验和电镜观测结果表明:经历多次冻融后岩石的单轴抗压强度下降5%～15%,弹性模量下降32%～46%,泊松比提高10%～19%,岩样中旧的裂隙明显变宽并产生新的裂隙.研究发现:低温冻融循环虽然对花岗岩的质量影响不明显,但对其强度、刚度及变形特性均有较大影响;岩石在低温冻融循环作用下损伤扩展的机理是裂隙增大、增多或发生扩展,从而使岩石强度、刚度降低,变形增大.图4,表2,参8.     

青藏高原片麻岩宏微观冻融损伤特性试验研究

为研究青藏高原等高寒山区岩体在冻融循环作用下的损伤特性,对西藏林芝地区分布广泛的片麻岩开展了不同循环次数下的冻融试验：通过扫描电镜与核磁共振试验,分析了岩样微观孔隙结构的扩展发育特征;采用单轴压缩试验结合声发射技术,获得了岩样宏观力学特性的劣化规律。结果表明：片麻岩微观结构的冻融损伤主要表现为颗粒剥落与微裂纹扩展两种模式,且同一位置处的损伤程度随冻融循环次数的增加先增强后减弱;片麻岩的孔隙度随冻融循环次数的增加而增大,但不同孔径孔隙的变化规律表现出一定的差异性;冻融损伤片麻岩在单轴压缩试验中的声发射活动均可以分为平静期、增长期与陡增期三个阶段,各阶段的声发射信号密度随冻融循环次数的增加而变大,但累计振铃计数和累计能量随着冻融循环次数的增加呈现先增加后减小的趋势;片麻岩试件表面颗粒大面积脱落的阶段与其抗压强度明显降低的阶段相对应。     

受冻融混凝土表面处理后的暴露试验研究

采用硅烷凝胶对受冻融混凝土进行表面处理,通过室外暴露试验研究受冻融混凝土表面处理后的的抗氯离子侵蚀和抗碳化性能,并对防护机理进行分析。结果表明:表面处理能明显提高受冻融混凝土抗氯离子侵蚀能力,其效果与混凝土冻融损伤程度、渗透型涂料用量有关;由于受到混凝土冻融损伤程度和环境气候的影响,受冻融混凝土的抗碳化性能有所差异。基于试验结果,引入渗透型涂料影响系数δs与冻融损伤因子ω对碳化模型进行了修正。     

基于压电传感器的纤维陶粒混凝土冻融损伤检测

针对纤维陶粒混凝土低温下受到冻融损伤导致影响结构安全性问题,基于压电陶瓷传感器进行损伤检测。利用压电传感技术对冻融后的纤维陶粒混凝土试件进行检测,获得不同冻融次数下的应力波信号。当冻融次数增加,试件相对动弹模量和抗弯强度下降,压电陶瓷检测到的应力波信号幅值相应减小,基于应力波的衰减,采用小波包能量分析法将其转化为损伤指数,与冻融试验评价指标损伤程度和抗弯强度损失率进行拟合,吻合度较高。结果表明,纤维陶粒混凝土损伤指数与冻融损伤程度和抗弯强度损失率相关性较强,该纤维陶粒混凝土冻融损伤无损检测方法具有良好可行性。     

混凝土冻融破坏的原因及防治措施

混凝土冻融破坏在我国北方地区非常普遍。大、中、小型水工混凝土工程都存在不同程度的混凝土的冻融剥蚀破坏。除此外,混凝土冻融剥蚀的情况在我国北方的桥涵建筑物老化病害的主要问题之一。