高性能混凝土梁长期变形性能试验研究

以8根不同掺量的高性能粉煤灰混凝土梁的收缩、徐变试验为基础,研究了不同掺量高性能粉煤灰混凝土在荷载长期作用下的收缩、徐变性能及其上拱随时间的变化规律,探讨了温度、湿度等环境因素对不同掺量高性能粉煤灰混凝土收缩、徐变的影响。实验观测结果表明：高性能粉煤灰掺量20％～40％混凝土梁具有良好的工作性能和力学性能;与同强度的未掺高性能粉煤灰的梁相比,其后期强度和抗压弹性模量增大,收缩徐变减小,具有良好的社会和经济效益。     

粉煤灰对高性能混凝土早期收缩的抑制及其机理研究

自收缩是引起低水胶比高性能混凝土早期开裂的主要原因。通过不同掺量粉煤灰混凝土自收缩的测定,研究粉煤灰对高性能混凝土自收缩的抑制作用。通过水化结合水和内部孔含量的测定以及微观结构形貌分析,研究粉煤灰抑制自收缩的作用机理。研究表明:粉煤灰通过改变胶凝材料体系水化速度、徐变系数、弹性模量,可以有效抑制早期混凝土的自收缩。粉煤灰掺量在0~20%范围内,混凝土自收缩随着粉煤灰掺量的增加而减少,但粉煤灰惨量超过20%后自收缩减少的幅度变小。粉煤灰抑制自收缩的作用在初凝至1 d龄期内非常突出。     

减水剂对混凝土收缩和裂缝的负影响

由于减水剂显著增大混凝土的早期收缩,根据我国现行外加剂收缩率比试验方法测得的结果,弱化了减水剂对收缩的影响程度。当混凝土配合比不变时,掺入减水刺增大流动性,同时也显著增大早期收缩和总收缩,特别是24h内增幅更大。当用水量减少保持坍落度相同时,掺减水剂将进一步增大早期收缩和总收缩。当水泥用量增加时,掺减水剂混凝土收缩显著增大,而对不掺减水剂的混凝土影响很小。试验用的3种不同减水剂均增大收缩,但品种之间的差异较小。减缩剂能有效降低混凝土的早期收缩和总收缩。减缩剂对掺矿粉和粉煤灰混凝土同样具有显著的减缩效果。混凝土强度等级提高,掺减水剂混凝土的早期收缩显著增大,减缩效果相应增加。减水剂的掺入使混凝土的开裂时间提前,裂缝数量显著增加．而减缩剂能使开裂时间大大延迟,裂缝数量显著减少。因此,对掺减水剂混凝土应特别加强早期施工养护,并尽可能采用纤维、减缩剂和补偿收缩剂等材料措施,才有可能推迟裂缝产生并减少裂缝。     

钢管微膨胀混凝土的水化热与限制膨胀性能分析

以膨胀剂掺量为基本参数,对不同水化热温度影响下的5根钢管微膨胀混凝土构件的膨胀性能和应力场进行了研究,考察了水泥水化阶段钢管微膨胀混凝土构件温度场及其核心混凝土的限制膨胀特性.结果表明,钢管微膨胀混凝土构件截面温度场的变化规律与普通混凝土构件类似;核心混凝土中掺加膨胀剂,补偿收缩效果明显,并且在钢管的限制作用下产生了一定的预压应力.根据试验结果,分析了核心混凝土限制膨胀的应变特点及其影响因素,研究了核心混凝土预压应力的产生、分布特点及其与膨胀剂掺量的关系,为钢管微膨胀混凝土的优化设计提供了依据.     

微膨胀钢管混凝土弹塑性变形试验研究

通过试验研究膨胀剂对钢管膨胀混凝土承载力及应变的影响,确认膨胀剂能在一定范围内通过补偿收缩提高钢管混凝土的承载力,进而研究膨胀剂不同掺量对钢管混凝土在加载情况下弹塑性变形的影响规律。试验得出：对于钢管混凝土,膨胀剂掺量有一极值,而并非呈线性关系;掺加膨胀剂后钢管混凝土构件提高了韧性,降低了脆性,起到了“增韧减脆”的作用。     

高掺量粉煤灰对高性能混凝土体积稳定性及耐久性的影响

研究了粉煤灰在较高掺量时对混凝土收缩性能、抗碳化性能、抗氯离子渗透性能与抗冻性能的影响。试验发现:粉煤灰掺量在0～25%范围内,混凝土收缩随着粉煤灰掺量的增加而减少,但粉煤灰掺量超过20%后,收缩减少的幅度变小;当粉煤灰掺量高于30%时,混凝土的碳化速度迅速增加,抗碳化能力降低;掺加粉煤灰能大幅度降低混凝土的氯离子渗透性,且随着粉煤灰掺量的增大,混凝土的抗氯离子渗透性越高;从重量损失率的指标来看,粉煤灰掺量越大,其重量损失率越小,抗冻性能越好。     

超高桥塔高强混凝土性能研究及收缩调控

研究目的:为研究沸石砂砾、粉煤灰陶砂与高吸水树脂(SAP)内养护材料对C60高强混凝土性能的影响,分析单掺及复掺内养护材料对混凝土抗压强度、内部相对湿度及自由收缩的影响规律。研究结论:(1)在单掺形式中,内养护引水量为13. 5 kg/m~3时,混凝土减缩效果及力学性能最佳;总引水量为13. 5 kg/m~3时,沸石砂砾与高吸水树脂复掺可进一步降低混凝土自由收缩,二者引水质量比为2∶1时,混凝土28 d收缩值仅为基准组混凝土的36. 1%;(2)通过不同内养护材料引水量与内部相对湿度关系、自由收缩与内部相对湿度关系,回归得到关键参数,建立内养护混凝土收缩预测模型,可实现收缩调控;(3)结合沪通长江大桥主塔大体积混凝土结构,采用MIDAS FEA软件进行混凝土早期抗裂性分析,复掺沸石砂砾和SAP内养护混凝土塔柱在温度与收缩应力共同作用下,其最易开裂部位的拉应力均小于最大容许拉应力,总体开裂风险较低;(4)本研究结果可为大体积高强混凝土应用提供参考。     

大掺量废旧沥青混凝土水泥稳定碎石的试验研究

我国每年公路废旧沥青路面材料废弃量非常可观,为了道路建设可持续发展,一般对废旧沥青混凝土进行路面再生利用,但造价高、工艺复杂。如果能将废旧沥青混凝土作为道路半刚性水稳碎石,则工艺简单、造价低廉。文中对废旧沥青混凝土进行了破碎筛分试验分析和水稳碎石集料配比设计,并对废旧沥青混凝土水稳碎石进行了9组不同配比的无侧限抗压强度试验研究。结果表明:大掺量废旧沥青混凝土水稳碎石在强度上可以满足高速公路的底基层和其他公路基层、底基层强度要求,可为废旧沥青混凝土的循环利用提供借鉴。     

氧化镁补偿收缩混凝土变形特性研究

在不同的煅烧温度下制备具有不同活性的氧化镁膨胀剂,研究掺氧化镁混凝土在不同养护制度下的变形规律。研究结果表明:氧化镁的活性反应时间随着煅烧温度的增加而提高,其水化活性随之降低;800~900℃煅烧制得的氧化镁适用于常温环境下混凝土干燥收缩补偿;1 000℃煅烧制得的氧化镁适用于混凝土中等水化热引起温度收缩的补偿;1 100℃煅烧制得的氧化镁适用于大体积混凝土高水化热引起的温度收缩补偿。     

含浆量对再生混凝性能及强度影响的研究

再生骨料表面包裹着一层硬化水泥砂浆、导致再生混凝土的强度变化较复杂。探讨如何利用骨料的吸水率、取代率来推算含浆量以及不同含浆量的再生骨料对混凝土7d、28d强度、再生混凝土的强度与灰水比的线形关系和工作性能的影响。     

隧道衬砌混凝土养护工艺研究

养护的温度、湿度、时间是保证混凝土养护质量的关键,及时有效的养护是提高隧道衬砌混凝土强度和耐久性的必要手段。隧道衬砌混凝土的养护应在拆模后立即实施,才能保证混凝土质量。以强度作为养护效果的评价标准,从养护效果的优劣上讲,标准养护>洒水养护(人工)>喷雾养护>喷淋养护>养护剂养护>半自然养护。推荐喷雾养护(非雾炮车)和喷淋养护作为隧道衬砌养护的主要手段。采用喷淋养护时会造成混凝土表面强度的降低,当采用回弹法作为主要手段进行检测时应引起注意。隧道拱顶布管自动喷淋养护、隧道拱顶布管双流体养护、喷雾养护系统等几种新型养护工艺有其科学合理性,值得推广应用。     

不同养护温度下水泥改良风积沙无侧限抗压强度试验研究

为研究不同养护温度对水泥改良风积沙的影响,开展无侧限抗压强度试验。选用的养护温度为30℃,40℃,50℃,60℃,70℃和80℃,水泥掺量为4%和5%,压实系数为0.90和0.95。研究不同养护温度对水泥改良风积沙的应力应变曲线、无侧限抗压强度、峰值应变和刚度的影响。研究结果表明:随着养护温度升高,水泥改良风积沙的应力应变曲线左偏态特征越显著,无侧限抗压强度近似线性降低,峰值应变近似反比例降低,而刚度近似线性增大。与标准养护条件相比,水泥掺量5%,压实系数0.95的水泥改良风积沙在30℃,50℃和80℃养护条件下的无侧限抗压强度分别降低了1.1%,17.4%和40.6%,峰值应变分别降低了19.7%,31.8%和40.2%,刚度分别增大了18.0%,32.6%和77.9%。新疆塔克拉玛干沙漠夏季路基施工时,考虑70℃养护条件,掺量5%的水泥改良风积沙能满足铁路路基基床底层填料设计要求。本文研究成果对风积沙铁路路基基床设计和施工有借鉴意义。     

不同服役环境下水泥土的性能对比试验研究

水泥土的服役环境对其性能产生重要的影响。通过研究标准养护和0.1 mol/L Na_2SO_4溶液养护2种服役环境下不同配合比参数、养护龄期的水泥土试件的力学性能指标,对比后得到水泥土含水率、水泥掺入比、外掺料种类、养护龄期等参数在2种服役环境下对强度的影响规律曲线,为今后水泥土桩在复杂环境下的设计和应用提供试验参数和理论依据。     

铁路浅表层淤泥地基固化试验研究

选用无机粉态和液态固化剂配以硅酸盐水泥对浅表层淤泥土进行固化,通过宏观静力学试验和动三轴试验以及微观扫描电镜分析,进行铁路浅表层淤泥地基固化研究。结果表明:液态固化剂在固化施工和提高淤泥土性能上优于粉态固化剂,固化剂掺量相同时,液态固化剂固化淤泥土强度高于固态固化剂,掺量在3%~4%时高出30%以上;固化淤泥土在14d后强度趋于稳定;淤泥土在循环动载作用下的动应变随水泥和固化剂含量的增加而大大减小,水泥或固化剂掺量增加2%,在50N动荷载下减小约2倍,在100N动荷载下减小3~5倍;淤泥土的动弹模随水泥掺量和固化剂掺量的增加略微增大;淤泥加固后原状土的粒状架空结构中颗粒间缝隙被填充,结构更加密实,因此宏观动强度增大。     

预制装配式聚氨酯道床结构研究

提出1种新型预制装配式聚氨酯固化道床结构,依据所提出的设计及施工方案,在国家铁道试验中心建立世界首条预制装配式聚氨酯固化道床试验段,并对预制装配式聚氨酯固化道床、现浇式聚氨酯固化道床结构、普通无砟道床3种轨道结构的静动力特性进行对比试验研究。结果表明:在没有大型养路机械稳定作业的条件下,预制装配式聚氨酯固化道床的纵、横向阻力分别为16.2和13.5kN,具有足够的静态稳定性;在总体轨下结构动位移中,扣件与道床所占的比例约为1∶1,轨下结构刚度匹配合理;预制聚氨酯固化道床结构具有突出的减振效果,分频最大减振效果为29.6dB,对应中心频率为50Hz。     

蒸汽养护对高速铁路轨道板混凝土渗透性的影响

为探明蒸汽养护对采用水泥-矿渣粉复合胶凝材料的轨道板混凝土渗透性的影响规律,研究了不同养护条件下(蒸汽养护和标准养护)轨道板混凝土表面吸水率和抗氯离子渗透性能(6 h电通量和氯离子扩散系数),并分析了不同蒸汽养护最高恒温温度对复合胶凝材料水化程度的影响。试验结果表明:蒸汽养护能有效提高轨道板混凝土材料早期(28 d)和后期(56 d)抗水渗透能力,而对其抗氯离子渗透能力的改善作用则主要表现在早期,对混凝土后期抗氯离子渗透能力影响不明显;在对复合胶凝材料水化程度的影响方面,蒸汽养护会显著加快水泥-矿渣粉复合胶凝材料体系的水化进程,有利于提高水化产物密实度,蒸汽养护最高恒温不超过60℃对提高水泥基胶凝材料抗渗性更加有利。     

桥塔用内养护高强度抗裂混凝土性能研究

对比了页岩陶砂、粉煤灰黏土复合陶粒、浮石粉3种内养护材料对高强度混凝土的工作性能、力学性能和早期抗裂性能的影响,并结合桥塔混凝土结构进行了抗裂性验算。结果表明:随着内养护材料掺量的增加,不同龄期混凝土的抗压强度有所降低,但降幅不大,水胶比0.24时,每种内养护材料体积掺量控制在20%以内可满足C60混凝土强度要求;掺入3种内养护材料均可显著提高混凝土的早期抗裂性能,其中浮石粉的抗裂效果最好。结合沪通长江大桥主塔(高330 m,壁厚大多超过1.5 m)混凝土结构,针对收缩与温度应力引起的开裂问题进行了有限元抗裂性能分析,结果表明,浮石粉掺量20%的低收缩混凝土拉应力在容许范围内,开裂风险小。     

聚丙烯纤维加筋水泥搅拌土拉压性能试验研究

为研究纤维掺量、水泥掺量及养护龄期对聚丙烯纤维加筋水泥搅拌土无侧限抗压强度及劈裂抗拉强度影响,进行纤维掺量为0~5%,增量0.5%,水泥掺量为10%,15%,20%和25%,养护龄期为7,14,28,60和90 d的抗压性能试验。研究结果表明:聚丙烯纤维加筋水泥搅拌土的无侧限抗压强度、劈裂抗拉强度及拉压比随着纤维掺量的增大而增大,延性随之增强。与未掺纤维的水泥搅拌土相比,纤维掺量5%,水泥掺量15%和养护龄期28 d的纤维水泥搅拌土的无侧限抗压强度提高了0.29倍,对应的峰值应变增大0.71倍;劈裂抗拉强度提高1.58倍,对应的峰值应变增大1.7倍,拉压比提高1.1倍。聚丙烯纤维对水泥搅拌土劈裂抗拉强度影响更显著。聚丙烯纤维加筋水泥搅拌土的无侧限抗压强度与劈裂抗拉强度随着水泥掺量和养护龄期的增大而增大,而峰值应变及延性则随之降低。研究结果对基坑工程纤维水泥搅拌桩设计、施工具有参考价值。     

常温养护下正交异性钢板-RPC组合桥面力学研究

为了解决正交异性桥面板铺装破坏和钢桥面板开裂的问题,提出一种常温养护下正交异性钢板-活性粉末混凝土(RPC)组合桥面结构体系。基于某大桥建立局部有限元模型,并计算对比常温RPC组合箱梁、纯钢箱梁、高温RPC组合箱梁和普通混凝土组合箱梁的桥面系应力状态;同时开展局部模型静载试验。研究结果表明:常温养护下RPC抗压强度、抗折强度和弹性模量与普通混凝土相比有明显的提高;常温养护的RPC组合箱梁的RPC层拉应力达到了6.45 MPa,未出现裂缝,此应力远高于普通混凝土的抗拉强度,从而为解决桥面铺装破坏提供了思路;常温RPC组合箱梁和高温RPC组合箱梁桥面板应力降幅都超过了80%,明显大于普通混凝土组合箱梁,从而改善桥面板疲劳性能。常温养护的RPC在施工现场便于制作,应用前景较好。     

高温养护下水泥改良风积沙抗压强度试验研究

研究目的:新疆和田至若羌铁路经过塔克拉玛干沙漠南缘,地表以风积沙为主,水泥改良风积沙是沙漠地区铁路路基基床填筑的关键技术。塔克拉玛干沙漠夏季地表温度最高可达70℃,水泥改良风积沙的力学性能和变形特性易受高温的影响,因此本文结合新疆塔克拉玛干沙漠的气候条件,开展水泥改良风积沙无侧限抗压强度试验,研究70℃高温养护条件下水泥掺量和压实系数对水泥改良风积沙的应力应变特征、无侧限抗压强度、峰值应变和刚度的影响。研究结论:(1)水泥改良风积沙的应力应变曲线近似正态分布,具有右偏态的特性;(2)高温养护条件下,压实系数为0.95时,水泥掺量为4%、5%、6%对应的水泥改良风积沙无侧限抗压强度分别为0.38 MPa、0.52 MPa和0.78 MPa,峰值应变分别为2.2%、2.4%和2.6%,刚度分别为10.4 MPa、16.2 MPa和22.8 MPa;(3)与标准养护条件相比,高温养护条件下水泥掺量为5%、压实系数为0.95的水泥改良风积沙的无侧限抗压强度和峰值应变分别降低了5.5%、22.7%,刚度增大了5.9%;(4)新疆和田至若羌铁路夏季施工时,考虑70℃高温养护条件,掺量5%的水泥改良风积沙能满足基床底层填料设计要求,避开高温施工环境条件,掺量4%的水泥改良风积沙能满足基床底层填料设计要求;(5)本研究成果可为风积沙铁路路基基床的设计、施工提供参考。