Gen路面水泥混凝土界面区结构特征变化分析

为了研究路面水凝混凝土界面区结构特征的变化,利用室内各相关试验设备,模拟路面水凝混凝土在荷载应力、温度、湿度条件下单场、双场及三场耦合等实际工作环境,分析不同条件下路面水泥混凝土界面区的动态变化过程。研究表明:荷载水平越高界面区开始扩展的时间提前,单荷载作用下,当荷载水平超过50%时,混凝土疲劳后期界面区抗变形能力明显减弱;荷载与温度耦合对界面区的影响表现为界面区宽度增加,抗变形能力减弱,荷载与不同温度水平作用界面区扩展时间点提前,而扩展程度有所不同;荷载、温度和湿度三场耦合下,对界面区的扩展范围影响不大,但会促进介面区扩展的速度。     

影响道路水泥混凝土抗冻性能的细观损伤因子研究

混凝土抗冻耐久性能受到细观结构损伤的重要影响,为建立混凝土细观结构损伤与抗冻性能之间的量化关系,采用Image-Pro Plus进行图像处理,并通过灰度分析方法,确定了不同孔结构参数、裂缝结构参数和界面区结构参数对混凝土弹性模量的影响程度。结果表明,影响混凝土抗冻性的重要孔结构参数为无害孔、空隙率、总孔表面积、少害孔、最可几孔径以及孔间距系数,抗冻性与孔结构参数间符合多元线性模型,最可几孔径、总孔表面积和空隙率与相对动弹模量正相关,而少害孔和孔间距系数与其负相关。裂缝参数对混凝土抗冻性影响程度依次为裂纹宽度、裂缝分形维数、裂纹长度和裂纹密度,裂缝参数和抗冻性能间正常荷载时符合多元非线性模型、超载时符合多元线性模型。分形维数与相对动弹模量负相关,裂纹宽度和裂纹长度与相对动弹模量正相关。界面区参数与抗冻性间符合多元线性模型,密实度和裂纹长度与相对动弹模量间正相关,裂纹宽度与相对动弹模量间负相关。     

干湿循环与疲劳荷载耦合劣化作用下透水混凝土耐久性研究

为研究透水混凝土在运营期反复受到车辆荷载和雨水干湿循环侵蚀作用下的耐久性,通过采用非离子水干湿循环、抗压强度试件循环疲劳加载及两因素耦合作用方式,研究其对透水混凝土进行透水系数、孔隙率、质量损失率及强度损失率影响。结果表明:干湿循环单一劣化因素作用下对透水系数影响不大,质量损失率和强度损失率均随着循环次数的增加而增加,当循环次数大于60次时质量损失明显;疲劳荷载单一劣化因素作用会使透水系数先减小后增加,其对试件的破坏是整体性的,强度损失率会随着应力水平和疲劳加载次数的增加而增加;干湿循环和疲劳荷载耦合作用下透水混凝土劣化效应加剧,且增幅大于单一效应叠加。     

橡胶粉改性沥青作为裂缝修补料的有效性研究

沥青混凝土路面裂缝修补材料填封后,在交通荷载及外界环境的综合影响下,受力形式比较复杂。研究试验模拟了裂缝修补材料受力的最主要两种形式,拉伸与剪切两种受力情况,在参考了大量的文献资料和对相关养护部门调查的基础上,试验选择了两种较典型的裂缝宽度和3种填缝材料,主要研究低温条件下几种不同修补材料的修补效果,力求寻找一种有效提高季冻区沥青混凝土路面裂缝修补耐久性的材料。     

纤维混凝土抗盐冻性能试验研究

为提高季冻区路用水泥混凝土的抗盐冻性能,以钢纤维、玄武岩纤维、PVA和聚丙烯纤维混凝土和素混凝土为研究对象,进行盐冻条件下的弯拉强度及冻融循环试验,分析200次冻融循环作用下混凝土的弯拉强度损失、相对动弹模量、质量损失及疲劳寿命。研究结果表明:纤维的掺入可显著提高混凝土的弯拉强度(聚丙烯纤维除外)、抗盐冻性能及疲劳性能;钢纤维、玄武岩纤维、PVA和聚丙烯纤维4种纤维掺入后,混凝土的弯拉强度分别比素混凝土弯拉强度增加14.3%、7.9%、20.6%和-4.8%;抗盐冻性能由高到低为聚丙烯纤维钢纤维PVA玄武岩纤维;200次冻融循环作用下,疲劳寿命由大到小为钢纤维PVA聚丙烯纤维玄武岩纤维素混凝土路面。4种纤维中,钢纤维混凝土弯拉强度和抗盐冻性能良好,且冻融前后疲劳性能最佳,因而在季节性冰冻地区水泥混凝土路面材料设计时应当优先推荐使用钢纤维。     

基于MMLS3的半刚性基层沥青路面材料冻融试验研究

基于MMLS3加速加载设备,综合考虑了湿度、温度、荷载耦合作用,提出了荷载-冻融试验系统,既克服足尺寸试验周期长、消耗大的不足,又避免传统室内试验方法的尺寸效应。主要介绍了小尺寸加速加载试验设计方案,并根据缩尺路面结构,制定了光纤光栅传感器测试方案,分别在结构面层顶、上基层中部、下基层中部埋设了传感器,用于测试加速加载过程中的应力应变场和温湿度场,研究路面在有无冻融条件下的损伤演化规律。试验结果表明,冻融作用下的路面结构试件在加速加载过程中损伤劣化速度明显快于无冻融的路面结构试件,小尺寸加速加载试验方法可以用作路面结构冻融损伤程度评价。     

动态疲劳荷载作用下路面混凝土力学性能研究

为了探究经历车辆动态疲劳荷载作用后路面水泥混凝土力学性能的衰减规律,基于正交试验设计了力学性能、耐久性及工作性最佳的路面混凝土配比;选取了30%、50%、80%三个荷载应力水平,设计了4种不同的疲劳加载方案对路面混凝土进行疲劳试验。利用MTS测定了不同疲劳加载方案下路面混凝土的剩余强度和应力-应变曲线变化规律,并借助经典的断裂能理论对动态疲劳荷载作用下路面混凝土力学性能进行研究。结果表明:应力水平为80%的动态疲劳荷载作用下路面混凝土的剩余弯拉强度呈现衰减趋势,加载4h后其剩余弯拉强度较基准降低了20%;当荷载应力水平为30%、50%时,动态疲劳荷载作用前期混凝土剩余弯拉强度出现负衰减,疲劳加载3h后其剩余弯拉强度较基准分别提高7.9%、3.1%;动态疲劳荷载造成路面混凝土脆性增加,其变形呈现"弹性-塑性-类似弹性"的三阶段衰减规律;路面混凝土的断裂能随着加载时间及荷载应力水平的增加逐渐降低,应力水平大于50%时疲劳荷载对混凝土的断裂能劣化显著;当应力水平为30%、50%和80%时,加载4h后断裂能较基准分别降低24%、57%和66%。     

高强混凝土梁在疲劳荷载作用下的裂缝宽度计算

为了分析讨论高强混凝土梁在疲劳荷载作用下裂缝变化的一般规律和特点,通过9根配有新Ⅲ级钢筋的高强混凝土梁的等幅疲劳荷载试验,研究了影响高强混凝土梁疲劳裂缝宽度的主要因素,并根据初始裂缝宽度和受压区混凝土应变增长系数建立了疲劳荷载作用下高强混凝土梁的裂缝宽度计算公式。最后,将计算结果与试验结果进行了对比分析,分析表明:该计算公式可以准确地预测高强混凝土梁从初期裂缝开展直至破坏的裂缝宽度发展规律,可为高强混凝土梁的设计提供一定的参考。     

海水冻融腐蚀耦合环境下钢筋混凝土梁疲劳试验研究

我国北方沿海地区公路桥梁受海水侵蚀和冻融作用明显,缩短了钢筋混凝土结构寿命。为研究这一问题,在分析这类地区工程地质环境的基础上,利用自研的冻融腐蚀培养装置和循环载荷装置开展了上限荷载0.15P~0.40P(P为试件极限荷载)、循环荷载5~30万次与冻融腐蚀相耦合条件下钢筋混凝土梁的疲劳试验,通过监测不同疲劳侵蚀龄期试件的挠度、应力应变和承载力值,揭示其疲劳劣化过程机理。研究结果表明:首先,海水环境中Cl~-含量高达19 000 mg/L,SO4~(2-)离子含量高达2 500 mg/L,对钢筋混凝土结构具有分解性和膨胀性腐蚀作用;其次,试件裂缝宽度与上限载荷、循环次数均成正相关关系,但循环荷载达到一定次数后不再扩展;最后,本文发现疲劳荷载小于0.25P时,试件性能基本不变,受冻融腐蚀后其相应荷载降低至0.20P,试验完成后其屈服荷载和极限荷载平均降低了约23.8%和10.5%,说明海水冻融腐蚀对钢筋混凝土构件劣化作用明显。     

疲劳荷载作用下钢筋混凝土构件裂缝宽度的计算方法

为了研究疲劳荷载作用下钢筋混凝土构件裂缝宽度的计算方法,研究了重复荷载作用下裂缝宽度的开展规律,对混凝土及钢筋材料疲劳性能对结构裂缝开展影响进行了分析;修正得到了疲劳荷载作用下钢筋混凝土构件裂缝宽度的计算公式。研究表明,钢筋混凝土受弯构件在疲劳荷载持续作用下,裂缝宽度整体上呈现出逐渐增大的趋势,但裂缝宽度变化率逐渐降低,最终进入稳定发展阶段;通过引入钢筋与混凝土黏结滑移相关参数以及受压区混凝土应变增大系数,修正得到的疲劳荷载作用下构件裂缝宽度公式计算结果与试验值吻合良好。     

高性能引气道面混凝土应用研究

针对我国寒冷地区机场道面混凝土的耐久性不良现象,通过研究含气量对道面混凝土工作性、抗折强度、抗冻性能及耐磨性能的影响规律,采用复掺引气剂和减水剂的技术途径,配制出了维勃稠度15～30S,28天抗折强度5.8MPa以上、抗冻性及耐磨性等耐久性优良的高性能道面混凝土,并提出了寒冷地区道面混凝土最大水灰比为0.45、最小水泥用量为280kg/m3、含气量为3%～5%较合理。     

沥青混凝土小梁断裂路径数值模拟研究

半刚性基层沥青混凝土路面是我国最为常见的路面结构形式,但沥青混凝土路面容易在使用过程中发生断裂,而沥青材料的疲劳断裂行为是半刚性基层沥青混凝土路面开裂的主要原因。通过使用扩展有限元方法对沥青混凝土三点预置缺口梁的疲劳裂纹扩展进行了数值模拟,并将数值模拟结果与试验进行了对比,发现两者在断裂形态上非常相似,并且裂纹在最初几次载荷加载时扩展尺寸较大。     

青藏高原气候环境对混凝土强度和抗渗性的影响

为了研究青藏高原气候环境对混凝土性能的影响，在高原和平原地区完成相同配比混凝土的制备与养护工作，并结合强度、抗渗性、气孔结构、显微硬度以及扫描电镜与原子力显微镜分析等测试对比研究混凝土性能的差异，从宏观、细观和微观多个角度揭示高原气候条件对混凝土性能与内部结构带来的影响与作用机理。结果表明：高原地区制备且标准养护组混凝土的抗压强度与抗渗性都最优，其次是平原地区制备且标准养护组，高原地区制备且室外自然养护组性能最差；低气压导致混凝土拌合物含气量降低和工作性下降；高原标准养护下硬化混凝土含气量最低，平均孔径最小，而高原室外自然养护下硬化混凝土含气量最大，平均孔径最大；高原地区制备的混凝土，在标准养护条件下界面过渡区密实程度最高，结构均匀，其显微硬度最大，而室外自然养护条件下界面过渡区密实程度最差，微裂纹密布，结构粗糙，其显微硬度最小；而高原地区制备且室外自然养护条件下，混凝土气孔结构参数和界面过渡区微结构整体最差，以上原因的综合作用给混凝土力学和抗渗性带来极为不利的影响。总体来讲，青藏高原气候环境对混凝土性能的负面影响主要源于室外养护条件，而非制备过程。     

双掺增钙渣、增钙粉煤灰水泥混凝土路用性能试验分析

首先对新型废料——增钙渣和增钙粉煤灰进行了物理化学性能分析,证明其活性优于普通混凝土。采用正交试验方法对双掺该材料的水泥混凝土的力学强度试验结果进行了极差和方差分析,得出了影响强度性能的因素。采用快冻法等规定的试验方法验证了双掺混凝土的抗冻、收缩、抗磨耗等路用耐久性能。对双掺混凝土的强度和耐久性机理进行了级配调整、改善界面性能、孔结构等3方面的理论分析。对比试验结果表明:双掺增钙渣、增钙灰混凝土的抗压、抗折强度、抗折弹性模量等力学指标达到重交通等级公路要求,抗冻性能、收缩性能与普通砂混凝土相当,抗磨耗性能超过了普通砂混凝土,证明双掺此种材料的水泥混凝土可以满足公路建设的需要,而且还可以减少环境污染,社会意义重大。     

水泥对半刚性路面混凝土力学性能影响研究

针对水泥对半刚性路面混凝土力学性能的重要影响,按照混凝土力学性能试验方法,对半刚性路面混凝土抗压强度与模量、抗折强度与模量及劈裂抗拉强度等力学指标进行研究。结果表明,水泥用量的较小变化极大影响混凝土的力学性能。针对水泥的无机水硬性胶凝材料特点,通过微观试验,进一步解释了水泥在半刚性路面混凝土强度形成中的作用,并归结为4个方面。     

体内预应力组合梁裂缝宽度静力及疲劳试验研究

针对混凝土翼板内配置后张有粘结预应力筋的负弯矩区组合梁,进行7个简支试件的静力及疲劳试验,试验考虑了不同预应力度、不同栓钉间距,且混凝土翼板中配置有体积配纤率分别为0%、0.8%和1.5%的钢纤维。试验表明,极限状态时各试件的裂缝分布相似,裂缝平均间距在80~110 mm范围内。分析认为,影响裂缝宽度的因素包括预应力度、配纤率、力比、连接度、配筋率及栓钉间距等,提出考虑上述因素的最大裂缝宽度经验计算公式。疲劳试验中,运用测试动力参数的方法,分析混凝土裂缝和疲劳损伤随荷载循环的变化,结果表明,预应力钢纤维混凝土-钢组合梁带裂缝工作时具有良好的疲劳稳定性,180万次的循环加载损伤度增大约20%。     

水泥混凝土路面临界荷位研究

基于Winkler弹性地基模型假设,结合多轴化、重载化的交通运载趋势,考虑不同温度梯度对水泥混凝土路面受力情况的影响,对各种车型位于不同荷载作用位置时的水泥混凝土路面受力状态进行有限元分析,确定不同荷载应力与温度应力耦合作用下水泥混凝土路面的临界荷位,为采用不同设计标准的各种设计方法提出选取临界荷位的合理建议。结果表明,若以板中荷载疲劳应力破坏为设计标准,当水泥混凝土路面处于正温度梯度或零温度梯度时,其临界荷位为车辆载重轴作用于纵缝边缘中部位置;当水泥混凝土路面处于负温度梯度时,临界荷位为车辆相邻两轴作用于同一块路面板的前后两端位置;若以板角挠度破坏为设计标准,无论水泥混凝土路面处于何种温度梯度,临界荷位均为载重轴作用于靠近角隅的板边横缝边缘。     

水泥混凝土路面开裂过程研究

水泥混凝土路面在低应力水平状态下开裂破坏的问题非常突出。该文应用断裂力学、损伤力学和路面疲劳破坏的基本原理，重点对水泥混凝土路面的开裂过程进行分析，提出了混凝土路面开裂破坏的3个阶段及其之间的关系，并阐述各个阶段裂纹形成和板断裂破坏的原因及机理，为路面抗裂研究提供依据。     

大跨径钢桥面沥青混凝土铺装层裂缝机理分析

裂缝类病害是影响钢桥面铺装使用性能的主要病害之一。根据国内多座大跨径钢桥沥青混凝土铺装病害的调查结果,把铺装裂缝类病害分为两类,即第一类裂缝和第二类裂缝。同时,采用三维有限元方法,对不同类型裂缝产生的机理进行了分析。第一类裂缝一般为Top-Down型裂缝,产生的原因与正交异性钢桥面板的构造密切相关;第二类裂缝一般为Down-Top型裂缝,其出现的原因与层间不完全连续或者防水粘结层失效有关。第一类裂缝一般出现在铺装层使用早期,继而成为第二类裂缝或者其他类型病害的诱因,因此要重视第一类裂缝的预防以及维修。如果桥面铺装出现大面积第二类裂缝,则表明铺装层已经进入使用末期。     

体外预应力节段预制拼装混凝土梁疲劳试验研究

为研究体外预应力节段预制拼装混凝土梁的抗疲劳性能,设计制作了1∶3缩尺模型,进行设计荷载下的疲劳模型试验研究。综合对比国内外多种疲劳荷载计算方法,确定试验疲劳等效荷载;在此基础上,进行了体外预应力节段预制拼装混凝土梁的抗疲劳理论分析和200万次疲劳加载试验。理论分析结果表明,节段预制拼装梁包含的混凝土和体外预应力构件抗疲劳能力具有较大余量,不控制结构的耐久性;试验结果表明,模型在200万次疲劳加载后,各部位均未发现疲劳裂纹,模型的力学特性未随循环次数的增加而发生明显改变,验证了结构设计的合理性和安全性。