季冻区路面混凝土界面区劣化行为及与强度相关性

为了揭示季冻区路面混凝土界面区在自然环境与车辆荷载耦合作用下的劣化机理，以及界面区劣化对路面耐久性的影响，通过室内设计普通交通环境和超载条件下的荷载-冻融-干湿循环三场耦合试验模拟路面水泥混凝土实际工作环境，并与普通交通条件下的疲劳荷载单因素试验及荷载-冻融双场耦合试验进行对比，以探求季冻区路面混凝土界面区劣化的主要影响因素；采用扫描电镜观测和X射线能谱分析分别测定在混凝土处于不同耦合作用阶段的界面区细观结构、钙硅比变化；采用静态弯拉强度试验测定三场耦合下各阶段的混凝土力学性能，并采用多元回归分析方法揭示路面混凝土界面区劣化行为与混凝土强度的相关性。结果表明：季冻区路面混凝土运营时，车辆荷载主要引起混凝土界面区沿原生微裂缝的局部损坏；冻融循环伴随干湿交替的环境作用促使裂缝在各方向蔓延形成大片缺陷，且该界面区劣化行为是物理-化学过程。主要表现为，路面混凝土的抗弯拉强度呈下降趋势；界面区大量裂缝交叉贯通，密实度显著降低，氢氧化钙结晶析出；超载情况下，疲劳寿命急剧缩短，且界面区内部微裂纹的宽度显著增大。混凝土疲劳破坏时，界面区临界损伤阈值为：界面区宽度为70 μm；密实度为50.96%~54.25%；微裂缝最大长度在24.48~26.04 μm之间；微裂缝最大宽度在11.73~15.72 μm之间。可利用多元线性回归方程描述混凝土强度与界面区结构缺陷之间的定量关系，各结构参数对强度影响程度从大到小依次为：密实度、裂纹宽度、裂纹长度。     

矿物掺合料对道路水泥混凝土塑性开裂和抗冻耐久性影响的研究

抗裂性和抗冻性是影响道路水泥混凝土性能的重要因素,为比较粉煤灰、硅灰、矿渣微粉等矿物掺合料对道路水泥混凝土塑性开裂和抗冻耐久性的影响,采用平板法、电通量法和慢冻法,测定了矿物掺合料混凝土的塑性开裂时间、条数、面积,氯离子扩散系数和相对动弹模量。结果表明,矿物掺合料可加速或延缓混凝土塑性裂缝的发生时间,掺量与平均开裂面积、单位面积上的开裂面积呈正相关,但与裂缝条数无显著相关性;矿物掺合料可有效降低混凝土的氯离子扩散系数,但掺量超过20%后,降低速率有所减缓;矿物掺合料改善混凝土抗冻耐久性的作用在冻融后期愈发明显。掺量适宜时,3种掺合料均可达到相似作用效果,过量后相对动弹模量均呈下降趋势,冻融后期的下降更加显著。     

矿物复掺C60机制砂混凝土耐久性能研究

该文针对矿物复掺(硅灰、粉煤灰)C60机制砂高强混凝土开展了抗冻性能和抗碳化性能测试。研究了冻融循环作用下混凝土质量损失率和相对动弹模量损失率的变化规律;在加速碳化作用下,测试了不同龄期混凝土的碳化深度。结果表明:矿物复掺C60机制砂高强混凝土在冻融循环作用下经受循环次数越多,其相对动弹模量降低速度越快;同时,在复合胶凝体系中,机制砂高强混凝土具有良好的抗冻性能和抗碳化性能。此外,采用压汞法孔结构分析和SEM图像分析,分别测试了不同条件下混凝土试样的微观结构,验证其耐久性能。     

空隙率对沥青混凝土性能影响的模型研究

采用北卡罗来纳州常用的两种沥青混合料,通过轴向压力复数模量试验、间接拉伸疲劳试验和三轴重复荷载永久变形试验,将空隙率作为影响参数,确立了沥青混凝土的空隙率与动态模量、疲劳寿命以及永久变形之间的函数关系力学模型。     

融雪剂对不同水泥混凝土抗冻性能影响研究

目前最为常见的道路、桥梁构造物的清雪方式是撒布融雪剂,但融雪剂溶于雪水后会对混凝土造成严重侵蚀,降低构造物承载能力以及服务水平。针对这一情况,对不同水胶比以及掺有不同矿物搀和物的混凝土进行了盐溶液冻融试验,并测定了相对动弹模量变化率以及质量变化率。结果显示,混凝土水胶比越小,混合料的抗盐冻性能越优良;矿物掺合料可以有效的改善混凝土的抗冻性,而FA与SF混掺混凝土的抗冻性能略优于FA单掺混凝土。     

军用机场水泥混凝土道面结构参数变异性

机场水泥混凝土道面结构参数包括板厚、混凝土弯拉强度和弯拉弹性模量、地基反应模量。用钻孔取芯样测板厚,并加工成标准圆柱体试件做劈拉试验,根据试验结果计算出混凝土弯拉强度;用测得的动弯沉反算出地基反应模量。以一个机场的道面作为样本,经概率分布检验,板厚和混凝土弯拉强度符合正态分布;地基反映模量符合对数正态分布。在40多个机场实测道面参数的基础上,得到了所测机场道面结构参数的概率分布的均值和均方差,并确定了道面结构参数的变异范围。提出了各级机场水泥混凝土道面的目标可靠度的建议值,推荐了道面结构参数变异水平分级。     

混凝土梁受弯破坏的三维细观数值试验

为了在细观层次上研究混凝土梁的损伤断裂机理,将混凝土视为由骨料、水泥砂浆和界面组成的三相复合材料。基于三维随机骨料随机力学参数模型,建立了2个混凝土梁湿筛试件的数值模型;模型MX1模拟骨料的随机分布,模型MX2在MX1的基础上模拟混凝土各相材料参数的随机性,通过这2个模型的抗弯数值试验,展现了混凝土梁损伤断裂和裂缝萌生与扩展的渐进过程。结果表明:数值试验得到的混凝土梁弯拉强度与真实试验测得的弯拉强度较为接近;由于骨料分布的随机性,混凝土裂纹起裂和扩展表现出显著的不规则性和不连续性;受材料参数随机分布的影响,模型MX2较MX1承载力略有降低,变形稍有增加。     

贫混凝土基层沥青路面荷载应力有限元分析

为了研究贫混凝土沥青路面受力在不同路面结构和材料参数下的状况,通过三维有限元数值分析方法,分析了面层厚度、面层模量、应力吸收层厚度、应力吸收层模量和裂缝宽度对贫混凝土基层沥青面层层底应力的影响。路面结构计算与分析表明：在贫混凝土基层-沥青面层复合式路面结构中,适当增加沥青面层厚度对防治反射裂缝十分有效,而通过提高沥青面层强度的方法来减少反射裂缝效果不明显;一定厚度和模量的应力吸收层能有效降低沥青面层底面应力水平;贫混凝土基层裂缝宽度对沥青面层底面受力具有较大的影响。     

C20混凝土组成材料与孔结构及性能关系的研究

该文通过压汞法、快速冻融法、美国电量法、干湿循环腐蚀法等试验分析了不同类型C20混凝土孔结构与性能的关系。对于C20混凝土,掺入复合矿物外加剂可使混凝土孔隙率降低,少害孔增加,有害及多害孔减少,混凝土早期强度没有降低,后期强度有增大的趋势,对抗渗性、抗腐蚀性较为有利,但对抗冻性改善不明显;掺入引气剂增加了混凝土孔隙率及多害孔,混凝土强度有所降低,对混凝土抗冻性、抗渗性、抗腐蚀性均不利;同时掺这两种物质时,虽增加了混凝土孔隙率,但可以使混凝土的孔径分布相对合理(多害及有害孔减少,无害及少害孔增大),混凝土强度降低不明显,对混凝土抗冻性、抗渗性、抗腐蚀性均有利。     

基体沥青混合料的体积参数对半柔性路面材料的性能影响分析

基体沥青混合料体积参数是半柔性路面材料设计的重要指标,它关系到半柔性路面的各项使用性能.通过体积法设计了不同空隙率以及相同空隙率、不同孔结构的基体沥青混合料,并且对不同龄期半柔性路面材料进行了力学性能和路用性能的试验,然后与普通沥青混合料的性能进行比较,分析研究基体沥青混合料的空隙率和孔结构对半柔性路面材料性能的影响规律.研究结果表明:随着基体沥青混合料空隙率的增加,半柔性路面材料的力学性能明显提高,路用性能有所改善;对相同空隙率、不同孔结构的基体沥青混合料,均匀级配设计的力学性能和路用性能优于连续级配设计.采用30%空隙率均匀孔结构基体沥青混合料制备的半柔性路面材料,7 d马歇尔稳定度高达17.69 kN,7 d劈裂强度达到6.32 kN,残留稳定度和冻融劈裂强度比均超过100%,动稳定度达到30 000次/mm以上,低温抗弯拉劲度模量达到6 486 MPa,抗压回弹模量模量达到2 812 MPa.     

贫混凝土基层沥青路面温度应力数值分析

为了探讨贫混凝土基层沥青路面在不同路面结构和材料参数下的温度应力状况,利用三维有限元数值方法,分析了沥青面层厚度和模量、贫混凝土基层厚度和模量以及基层缩缝宽度对沥青路面温度应力的影响。结果表明:沥青面层厚度对路面温度应力有显著影响,但沥青面层模量对路面温度应力影响不明显;贫混凝土基层厚度和模量对温度应力影响不显著;基层缩缝宽度对路面温度应力有显著影响。适当增加沥青面层厚度对延缓反射裂缝十分有效,适当增加沥青面层模量对延缓反射裂缝只起到较小的作用;改变贫混凝土基层的厚度、模量对延缓反射裂缝作用不明显;适当宽度的基层缩缝对延缓反射裂缝效果显著。     

复掺矿料高寒隧道泵送混凝土优化设计与性能

针对高寒地区隧道所处的气候环境,结合二次衬砌结构要求,进行了掺复合矿料隧道机制砂泵送混凝土配合比的两阶段优化设计。第1阶段以和易性和力学性能为优化设计控制指标,采用正交试验方法,对9组含有不同水灰比、砂率、单位用水量的泵送混凝土坍落度和抗压强度进行了研究。第2阶段以耐久性为优化设计控制指标,利用单因素变量法,对10组不同粉煤灰(F)、矿渣微粉(S)和复掺F-S掺量的泵送混凝土抗冻性和抗渗性进行了测试和分析。对复掺F-S高寒区泵送混凝土界面区结构进行了扫描电镜观察,利用压汞试验对其孔结构参数进行了测试,进而分析了复掺F-S改善泵送混凝土耐久性的微观机理。结果表明:当水灰比、砂率、单位用水量分别为0.48, 42%, 198 kg/m~3时,泵送混凝土的和易性和力学性能最佳;单掺适量粉煤灰、矿渣微粉和复掺F-S均可有效提升泵送混凝土的耐久性,当复掺F-S为30%时,泵送混凝土的抗冻性和抗渗性最优;复掺F-S改善机制砂泵送混凝土的界面区结构和孔结构的原理分别为:矿渣微粉和粉煤灰分别在早期和后期参与了水化反应,生成较为致密C-S-H凝胶和C-A-H晶体等水化产物,增强了界面区强度;矿渣微粉和粉煤灰的微集料填充效应和致密的水化产物细化了泵送混凝土的孔结构,减少了水分和有害离子的渗入。     

考虑初始缺陷的水泥基复合材料细观开裂研究

为了研究微观初始缺陷对水泥稳定碎石基层材料（CTB）细观开裂的影响，基于离散元法（DEM）和随机算法构建了细观非均质随机骨料数值模型，结合参数反演确定了模型细观参数，并引入裂隙网络（DFN）来表征水泥砂浆内部的微观初始缺陷。通过虚拟半圆弯曲（SCB）试验模拟了细观开裂过程，比较分析了数值模拟结果和试验结果，并进一步研究了裂隙密度和宽度对结构细观开裂的影响。结果表明：细观断裂模型的数值模拟结果和试验结果基本吻合，模型能较好地表征细观随机开裂行为；材料的宏观开裂是由于细观损伤的累积导致，宏观裂纹的产生经历了平稳扩展和快速贯通的过程；张力是裂纹演化的驱动力，裂纹通常沿着砂浆与骨料的界面薄弱区进行扩展；微观缺陷显著影响水泥基材料的力学性能和断裂行为，初始裂隙通过诱导微裂纹的扩展与贯穿，降低结构整体强度，但是在一定程度上增大了结构的容许形变，其中20~40 m·m^-2的裂隙密度和0.3~0.45 mm的裂隙宽度对材料强度影响最为显著，施工过程中合理控制裂隙密度和宽度对于提高材料抗裂能力有益。所构建的细观模型可以很好地捕捉微裂纹的扩展和贯穿过程，能够实现对细观断裂的精确模拟，为探索水泥基复合材料的破坏过程和机理提供了一种新的研究手段。     

钢绞线非均匀锈蚀下混凝土胀裂细观数值模拟

针对捻制构造钢绞线非均匀锈蚀引起的混凝土胀裂问题,该文建立钢绞线锈蚀产物非均匀膨胀模型和钢绞线非均匀锈蚀下混凝土胀裂细观数值模型。混凝土材料被模拟为由砂浆基质、骨料、界面层所组成的三相复合材料,并通过嵌入黏聚单元模拟由钢绞线非均匀锈蚀导致的混凝土胀裂行为。通过与已有试验对比验证所建模型的合理性,并分析混凝土保护层厚度与骨料含量对锈胀裂缝宽度的影响。结果表明：所建立的非均匀细观数值模型能够合理地模拟钢绞线非均匀锈蚀导致的混凝土胀裂全过程。考虑钢绞线非均匀锈蚀特征可以有效地提高锈胀裂缝预测精度。锈胀裂缝宽度随混凝土保护层厚度减小而增大,随混凝土中骨料含量增大而减小。     

沥青路面老化与温度场引起的模量梯度研究

由沥青路面老化与温度引起的模量梯度是造成路面Top-Down裂缝的主要原因,为对Top-Down裂缝进行开裂预估,本文通过计算路面不同深度的平均温度得出路面的温度场分布,研究沥青路面老化随龄期、温度、空隙率和深度的发展变化规律,建立老化预估模型。根据老化预估模型中沥青粘度与沥青混合料动态模量的关系,得到沥青混合料随老化时间、温度、深度、空隙率变化的梯度模量。研究结果表明:通过全寿命沥青路面结构的老化预测模型、沥青粘度与沥青混合料动态模量的关系式,可建立不同老化程度和动态模量之间的关系。     

考虑裂缝扩展的沥青路面疲劳寿命预估方法

为准确预估沥青路面的疲劳寿命,建立带预制裂缝的三维有限元模型,预制裂缝贯穿基层并扩展至沥青层底1 cm,通过对比分析标准轴载作用下,沥青层厚度、沥青层模量、半刚性基层厚度、地基模量、裂缝长度,以及裂缝宽度对应力强度因子的影响,从而基于Paris公式构建了基于病害发展的路面结构寿命预估模型.结果表明,影响张开型裂缝的主要...     

设ATPB的半刚性基层沥青混凝土路面结构分析及设计

设沥青稳定排水基层(ATPB)能将进入路面结构内的水分迅速排除到路面外,提高路面结构承载能力,同时可抑制半刚性基层沥青混凝土路面的反射裂缝,延长使用寿命.首先对沥青混凝土路面内部设计渗入量进行分析研究,建立ATPB混合料有效空隙率Vα最小值与沥青混凝土路面内部设计渗入率Iα(cm3/hcm2缝)、排水基层厚度h(cm)和路面纵坡Iz(%)的多元回归模型.其次对设ATPB的半刚性基层沥青混凝土路面进行力学分析,建立沥青下面层层底弯拉应力σx与排水基层模量E(Mpa)、厚度h(m)、与沥青混凝土面层之间接触参数α的多元回归模型,并提出设ATPB的半刚性基层沥青混凝土路面的设计指标.进而提出满足排水功能与结构强度的ATPB的厚度设计方法,并将其成功应用于盐通高速公路试验路ATPB的厚度设计.     

混凝土开裂过程扩展有限元数值模拟

介绍用扩展有限元法结合虚拟裂缝模型对混凝土结构进行开裂过程数值模拟的实现方法。对单向拉伸混凝土板和三点弯曲混凝土梁进行开裂过程模拟,重点考察初始裂纹长度、混凝土断裂能对混凝土板和梁开裂特性的影响。计算结果显示,以上参数对混凝土板和梁的开裂特性都有明显影响。     

大粒径透水性沥青混合料动态模量预估模型研究

将不同级配类型沥青混合料动态模量实测结果与Witczak预测模型进行了比较,指出了Witczak预估模型并不适合预测开级配、大空隙率沥青混合料的动态模量。基于这个观点,开展多因素、多水平的沥青混合料动态模量试验,考察沥青混合料动态模量影响显著的因素,通过对动态模量试验结果进行回归分析,建立了大粒径透水性沥青混合料动态模量多元线性预估模型,同时对模型进行验证和修正,并对预估模型的适用性进行了初步探讨。     

冻融后表层混凝土的孔结构劣化与损伤特性研究

采用压汞试验和中子透射成像技术研究了冻融后表层混凝土孔结构劣化及损伤特性.结果表明:冻融循环作用能改变混凝土的微观孔结构的特征,临界孔径成倍数增加,毛细孔等有害孔数量明显增多;表层混凝土在冻融循环作用下孔结构劣化和强度降低更为剧烈,由表及里存在一个损伤梯度.采用表面涂覆或表面浸渍等技术提高表层混凝土抗冻性对延长结构的使...