混凝土冻融破坏研究现状

主要从混凝土的冻融破坏机理、影响因素及提高混凝土抗冻性的措施三方面入手，总结和分析了混凝土的冻融破坏研究现状。认为，目前最为主要的冻融破坏理论是膨胀压力理论和渗透压力理论。还总结了当前提高混凝土抗冻性的几项基本措施。     

冻融腐蚀对沥青混凝土疲劳性能的影响

通过模拟北方地区季节温差规律,针对3种不同级配的沥青混凝土,在清水和氯化钠饱和溶液中,进行冻融条件下沥青混凝土疲劳性能研究;分析疲劳破坏的作用机理,确定影响沥青路面疲劳性能的主要因素;综合评价级配、盐分腐蚀对疲劳性能的影响,为提高沥青路面的使用年限和耐久性提供理论依据.试验结果表明,在-18 ～60℃冻融循环作用下,随着冻融次数的增加,沥青混凝土疲劳寿命总体逐渐下降;在相同冻融条件下,3种不同级配的沥青混凝土疲劳寿命大小顺序为:AC-13、AC-16、AC-20;2种不同溶液中的沥青混凝土疲劳寿命,清水中的大于氯化钠饱和溶液中的.     

桥梁混凝土的盐冻损伤与耐久性提升技术

严寒环境下冻融循环造成混凝土保护层开裂、剥落是影响混凝土结构服役寿命的主要因素。考虑除冰盐的作用,氯盐侵蚀与冻融耦合条件下混凝土的损伤将显著加剧,最终导致混凝土结构寿命低于设计值。主要介绍混凝土盐冻破坏机理,探讨混凝土盐冻损伤的影响因素,同时介绍了盐冻环境下境内外桥梁混凝土的耐久性提升措施,为盐冻环境下桥梁工程混凝土结构耐久性设计和寿命保障提供参考。     

寒区冻融环境下隧道衬砌结构耐久性分析

寒区冻融环境下,隧道衬砌普遍存在开裂、剥落、挂冰以及路面冒水、结冰等冻害,严重危及隧道的运营安全.结合大坂山隧道的实际工程情况,从隧道的冻害成因和冻胀机理出发,分析了围岩的冻胀膨压力对衬砌结构的作用特性和规律,以及衬砌混凝土在冻融作用下的损伤情况,得出主要结论有:围岩冻胀膨压力是影响隧道衬砌耐久性的主要因素;拱脚在断面内最先达到最不利状态,混凝土自身的特性直接影响其抗冻融破坏能力.并据此提出可行、有效的技术对策,对提高寒区冻融环境下隧道衬砌耐久性具有参考意义.     

混凝土耐久性影响因素的分析及应对措施

混凝土的钢筋锈蚀、碳化、侵蚀性介质腐蚀、冻融破坏、碱骨料反应是破坏其耐久性的主要因素,通过对混凝土破坏机理的分析,提出了确保和提高混凝土耐久性的措施。     

混凝土盐冻破坏的试验研究

在分析了冻融与除冰盐共同作用下混凝土破坏机理的基础上,进行了清水、传统除冰盐溶液(3%N aC l溶液)和新型除冰盐溶液(3%C aC l2溶液)条件下的混凝土冻融循环试验研究。结果表明,除冰盐加快了混凝土的冻融破坏,但新型除冰盐对混凝土的冻融破坏影响小于传统除冰盐,一定程度上可以缓和盐冻破坏。     

硬化混凝土气泡特征参数与冻融耐久性的关联分析

为了有效评价在役桥梁、码头等结构构件的混凝土冻融耐久性,选择能够表征硬化混凝土冻融耐久性的气泡参数并确定相应指标,对硬化混凝土的气泡间距系数、含气量、气泡密度、平均直径及比表面积等特征参数,与快速冻融试验得到的耐久性系数及质量损失之间的关联性进行系统研究.对85组混凝土试件进行了耐久性系数及硬化混凝土气泡参数的测试,建立了相应的关联模型,并用另外45组硬化混凝土的参数进行了验证.研究表明:气泡间距系数及气泡密度与混凝土冻融耐久性之间均存在较大的模糊范围,硬化混凝土含气量存在一个明确的阈值,气泡密度与气泡间距系数之间具有良好的相关性.用建立的相关模型预测混凝土的气泡间距系数,偏差均在±10％以内,可用其预测配合比不确知的实体混凝土气泡间距系数.     

松花江公路大桥结构混凝土耐久性试验

为掌握松花江公路大桥结构混凝土的性能退化规律,利用该桥主要构件实际施工时的材料及配合比制作了一批混凝土试件,进行耐久性试验。试验内容包括:混凝土碳化试验、冻融试验、冻融损伤影响下的氯离子渗透试验、碱骨料反应试验。试验结果表明:大桥主要构件混凝土抗压强度均达到了设计强度等级;混凝土碳化深度受混凝土强度影响较大且受冻融循环作用的影响较为明显;主桥桥墩和引桥桥墩的混凝土试件冻融损伤最为严重;与水冻破坏相比,除冰盐环境下混凝土的冻融破坏更加严重;冻融损伤对氯离子渗透影响显著;粗骨料存在潜在碱-硅酸反应危害。     

基于可靠度理论预应力混凝土桥梁使用寿命预测研究

针对预应力混凝土桥因耐久性或承载能力无法达到要求而寿命终结,为对其耐久性和安全性进行有效评估,基于抗力衰减和可靠度理论建立预应力混凝土桥使用寿命预测方法。该方法考虑混凝土碳化、钢筋锈蚀、预应力损失和荷载效应等因素,依据设计规范,以临界可靠指标的形式给出预应力混凝土桥碳化寿命、锈胀开裂寿命和承载能力寿命终结的判定标准,得出碳化寿命、锈胀开裂寿命和抗弯承载能力寿命的极限状态方程,对桥梁的使用寿命进行预测。采用该方法对某新建预应力混凝土梁桥的碳化寿命、锈胀开裂寿命和承载能力寿命进行预测。理论研究和应用结果表明,在一般大气环境及正常养护和运营条件下,该桥耐久性和承载能力在设计基准期内满足要求,并根据预测结果给出运营过程中检测周期的建议;该方法可有效评估预应力混凝土桥使用寿命。     

冻融作用下沥青混合料疲劳性能试验研究

冻融试验可用于模拟潮湿条件下路面受到水损害时其疲劳寿命的变化.针对AC - 25沥青混凝土设计3种级配,进行冻融劈裂疲劳试验,建立无水和有水条件下的疲劳方程,分析不同因素对冻融后沥青混合料疲劳性能的影响,揭示冻融后沥青混合料疲劳性能衰减机理.     

寒冷地区机场道面混凝土的冻融试验研究

针对我国寒冷地区机场道面混凝土受冻融循环破坏造成耐久性不良的现象,通过快冻法进行了道面混凝土的冻融循环试验,以及冻融前后强度、动弹性模量和质量损失的对比分析。结果表明:冻融循环对道面混凝土抗折强度影响较明显,掺引气减水剂的道面混凝土可提高抗冻抗渗性,改善耐久性,可应用于寒冷地区的机场道面工程。     

沥青混合料冻融损伤模型及寿命预估研究

为研究沥青路面抵抗冻融损害的能力,结合损伤理论,进行了沥青混合料冻融损伤模型及残余寿命预估的研究.建立了适用于冻融条件下沥青混合料损伤的普适模型,并提出了相应算法;然后根据快速冻融作用下混合料的各性能试验结果对该模型进行了验证;最后提出了模型应用于混合料冻融损伤后寿命预估的方法.结果表明:随冻融循环次数增加,沥青混合料性能衰减,损失度增大;模型能较好的拟合沥青混合料冻融循环后各项性能指标的变化;宜将抗压回弹模量作为评价混合料抗冻融损坏能力的和寿命预估的主要指标.     

有机硅烷浸渍技术在寒冷地区机场混凝土道面中的应用研究

以东北某机场扩建机坪道面为背景,制成不同混凝土配合比条件下的有机硅烷道面浸渍试件,研究不同配合比与硅烷浸渍深度、渗水深度、氯离子吸收量、抗冻融次数的相关性;采用较佳配合比的混凝土浇筑机场道面试验段,并进行有机硅烷浸渍和钻芯取样检验。研究结果表明:硅烷浸渍与引气剂结合使用可有效地降低混凝土道面渗水性,减少氯离子吸收量,提高抗冻融次数,从而提高道面的耐久性,可在寒冷地区机场道面推广使用。     

污水反应池的混凝土耐久性分析预测

根据现场工程检测及理论分析,确认了影响城市污水环境下混凝土耐久性的主要因素。提出用污水指标来定量预测城市污水环境下混凝土耐久性的方法。利用BP神经网络建立了在多因素影响下混凝土劣化程度的预测模型,用实际检测到的初沉池数据对二沉池混凝土的劣化程度进行预测。在污水指标与混凝土耐久性指标之间建立了较为准确的定量关系。     

寒区近海混凝土桥梁性能衰退机理与损伤行为评估方法

受到周期性潮汐变化的影响,中国寒区近海混凝土桥梁长期遭受海水冻融及多种耦合腐蚀作用,这严重影响了桥梁的服役性能与使用寿命。为了准确预测桥梁的性能衰退规律,针对桥梁所处环境,分析了桥梁结构的性能退化机理,并借助近场动力学方法在多尺度方面的优势,利用MATLAB-ABAQUS联合仿真方法建立了桥梁劣化损伤预测与评估方法。在此基础上,从混凝土海水冻融损伤出发,考虑温度分布特性、临界饱和度模型、孔隙结晶规律与孔隙压力理论,结合不同孔隙的结晶温度与孔隙累积,通过孔隙变形加载方式建立混凝土微观尺度的冻融循环数值模拟计算方法。随后,根据混凝土微观尺度冻融损伤的计算结果,建立考虑冻融损伤分布的RC桥墩等效数值模拟计算方法。最终,设计制作了RC桥墩节段,进行了海水环境下RC桥墩的冻融循环试验,并利用超声层析成像技术,得到RC桥墩的海水冻融损伤分布。试验与计算结果表明：通过与超声层析成像试验结果的对比,混凝土微观尺度计算模型可以很好地模拟冻融循环过程中孔隙累积与孔隙转化引起的混凝土冻融损伤行为;受到温度分布与相对饱和度的影响,当冻融大于50次后,试件出现明显的冻融损伤界限（冻融深度）,且随着冻融次数的增加,冻融深度的增速呈现先增大后减小的趋势。除此之外,等效计算模型的滞回曲线计算结果与试验结果吻合较好,随着冻融次数的增加,RC桥墩的峰值荷载逐渐减低,海水冻融对RC桥墩力学性能的影响极为严重,且建立的计算方法很好地预测了海水冻融作用下RC桥墩的力学性能退化。     

掺加硅藻土混凝土孔隙结构冻融破坏试验研究

为提高寒冷地区混凝土结构的抗冻性，提出掺加硅藻土的方法来改善混凝土内部结构。以中等强度混凝土为研究主体，基于冻融循环试验，通过压汞测孔法与扫描电子显微镜分析混凝土结构孔隙特征，从而探究掺加硅藻土材料改变混凝土抗冻性的作用机理。结果表明:硅藻土掺量为1.5%的C30混凝土与硅藻土掺量为1.0%的C40混凝土的孔隙结构分布更为均匀，使大于100 μm的孔隙数量减少，孔隙比例更小，从而减小了混凝土冻融破坏程度。     

机场道面再生混凝土的耐久性

为了配制满足机场道面工程设计与施工要求的再生混凝土,采用掺加优质粉煤灰和高效外加剂的双掺技术路线,进行了机场道面再生混凝土的抗冻性、抗渗性和耐磨性试验研究。抗冻性试验采用快冻法,抗渗性试验采用静水压力法和氯离子渗透法,耐磨性试验采用滚珠轴承法。结果表明:所配制的道面再生混凝土耐久性能优于普通道面混凝土,能够满足机场道面要求,抗冻等级高达F250,较普通道面混凝土提高了200%以上,可以满足严寒地区道面混凝土抗冻要求,建议寒冷地区道面再生混凝土的含气量指标为5%~6%,比天然骨料混凝土高1%;道面再生混凝土抗渗静水压力抗渗等级较普通道面混凝土提高了300%以上;道面再生混凝土耐磨性较普通混凝土提高了18%~36%。     

氯蚀环境下钢混沉管隧道结构时变性态研究

作为重大公共交通基础设施,跨海沉管隧道需具备良好的耐久性能,但在海洋氯蚀环境下隧道结构寿命预测及结构服役时变演化特性方面的研究尚存不足。为此,根据氯离子在混凝土中的扩散规律及钢筋混凝土的氯蚀机理,推导了基于正常使用极限状态的沉管隧道钢筋混凝土衬砌在氯蚀环境下的寿命预测计算模型,并根据相关规范细化了该预测模型的主要参数。在此基础上进一步推导建立了隧道结构钢筋锈蚀率和混凝土弹性模量衰减的时变模型,用于计算不同服役时长下隧道结构钢筋和混凝土的材料参数并作为有限元模型的输入参数。最后,将隧道寿命预测模型及结构时变模型应用于大连某钢混沉管隧道工程,预测该隧道的服役寿命,并分析隧道衬砌材料及结构力学性态随服役时长的时变特性。研究结果表明：①隧道钢筋锈蚀率和混凝土弹性模量衰减率随腐蚀时长均呈现三折线加速上升;②随着服役(氯蚀劣化)时长增加,沉管隧道拱顶跨中位置的内力(弯矩、轴力)逐渐减小,而沉降变形逐步增加;③沉管结构塑性区先出现在结构受拉部位,且在混凝土表面锈蚀胀裂前塑性区基本未发生扩大,而在混凝土表面被钢筋锈蚀胀裂后开始逐步扩大,并在结构受压部位出现塑性区;④在沉管结构受压部位出现塑性区前结构受压部位的最大Mises应力随服役时长不断增加,而在结构受压部位出现塑性区后结构的最大Mises应力加速下降。     

高原低气压对道路工程混凝土性能的影响及原因

为研究高原低气压对道路工程混凝土性能的影响,在拉萨（气压约60 kPa）和北京（气压约100 kPa）两地采用相同配合比的道路混凝土分别进行性能对比试验,测试了混凝土含气量、坍落度、强度、NEL法氯离子渗透系数和单面盐冻耐久性等性能指标,进一步测定了引气剂溶液的泡沫体积、表面张力和硬化混凝土孔结构。试验结果表明：在低气压下,引气混凝土的含气量和坍落度分别比常压下降低8%~36%和4%~9%;抗压强度和劈裂抗拉强度分别比常压下降低1.6%~14.8%和1.5%~10.8%;氯离子渗透系数比常压下增加29%~135%;可见低气压下其抗冻耐久性降低。在低气压下,引气剂溶液的表面张力比常压下增加3.0%~4.5%,溶液泡沫体积比常压下降低2%~14%,混凝土内的气体压缩系数比常压下减小,这些原因导致了低气压环境下施工的道路混凝土含气量降低,坍落度减小;与此同时,硬化混凝土平均气孔直径增大6%~18%,气泡间距系数增加45%~92%,最终使得低气压下混凝土强度、抗氯离子渗透性和抗冻耐久性降低。