纳米SiO_2改性水泥混凝土抗盐冻性能研究

通过慢冻法试验以单位面积剥蚀量及相对动弹模量为评价指标研究不同掺量下纳米SiO_2改性混凝土抗盐冻融循环能力,并进行三点弯曲试验,研究其断裂韧度及断裂能损失率,基于此建立水胶比W/B=0.31时的盐冻融损伤回归方程。结果表明:经过纳米SiO_2改性的混凝土抗盐冻融性能明显提升,在60次冻融循环之内,2.0%掺量下最大可分别提升混凝土约70%单位面积剥蚀量、24.2%相对动弹模量、29.5%断裂韧度及10.9%断裂能,且纳米SiO_2存在最佳掺量范围1.5%～2.0%;在W/B=0.31时,纳米SiO_2改性混凝土单位面积剥蚀量、相对动弹模量、断裂韧度损失率以及断裂能损失率与其掺量、冻融次数之间存在较为显著的数学关系。     

纳米偏高岭土对混凝土耐久性能的影响

通过将不同替代量下的纳米偏高岭土掺入混凝土,研究其对混凝土经受腐蚀后的力学强度、断裂特征及混凝土的碳化性能、疲劳性能等耐久性能的影响,得到以下结论：纳米偏高岭土能够显著提高混凝土抵抗酸雨腐蚀的能力,降低力学强度损失速率及损失率,并降低断裂韧度损失率及断裂能损失率,80次腐蚀循环后,其改性混凝土抗压强度损失率均较基准组减少15%左右,抗弯拉强度损失率能够降低约10%以上,断裂韧度损失率及断裂能损失率均较基准组减少30%以上。同时纳米偏高岭土能够提高混凝土抗碳化能力,在28 d龄期内,纳米偏高岭土能够明显降低混凝土的碳化深度,并将混凝土的碳化等级提升1级,6种掺量的纳米偏高岭土均可在28 d龄期时降低混凝土20%以上的碳化深度。纳米偏高岭土的掺入同样能够对混凝土的疲劳寿命有显著的提升作用,0.5、0.65、0.8应力水平下,7%及8%掺量的纳米偏高岭土可提升混凝土1倍以上的疲劳寿命。     

高寒地区桥面板水泥混凝土抗盐冻性能研究

针对新疆高寒地区桥面板水泥混凝土处于气候严寒和氯盐侵蚀的工作环境,设计桥面板混凝土配合比正交因素表以及混凝土盐冻、水耦合试验方案。通过混凝土盐冻后剥蚀量和动弹性模量损失,分析用水量、水胶比、引气剂掺量以及粉煤灰掺量对桥面板混凝土抗盐冻性能的影响规律。通过混凝土内部结构、力学性能以及耐磨性变化规律分析盐冻对混凝土的性能影响规律。结合性能损伤试验,分析桥面板混凝土抗盐冻性能改善机理,提出基于抗盐冻性能设计的桥面板混凝土配合比建议值。试验结果表明:用水量和引气剂掺量对桥面板混凝土的抗盐冻性能起决定性作用,方差分析值分别为92.80和59.35;用水量由144 kg/m~3增至156 kg/m~3,混凝土相对动弹模量减小了4.85%,剥蚀量由1.68 kg/m~2增至1.93 kg/m~2,增幅约14.8%;引气剂掺量从0.4‰增至1.2‰,混凝土的相对动弹模量增幅达到4.4%;混凝土盐冻剥蚀量与相对动弹模量呈线性关系,随着剥蚀量的增加相对动弹模量逐渐减低;经过300次冻融循环后,混凝土的抗弯拉强度损失率均超过17%,水胶比由0.34增至0.4,混凝土的抗弯拉强度损失率由21%增至33%;3种水胶比时,100次盐冻循环后混凝土的磨损量提高了6%,说明盐冻虽然能加快混凝土表面砂浆层剥蚀速度,但对混凝土剥蚀面以下砂浆层磨损不明显。     

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。     

硫酸盐-冻融共同作用下隧道衬砌支护喷射混凝土劣化性能研究

为研究地铁隧道衬砌支护结构在恶劣环境下的劣化问题,以西部地区地铁隧道服役过程中典型的气候条件和腐蚀环境为背景,研究冻融和盐溶液侵蚀情况下隧道衬砌支护结构的耐久性能。依据兰州秋冬环境温度和地下水中硫酸盐的离子质量浓度设计室内硫酸盐-冻融侵蚀试验,研究不同掺量的粉煤灰和玄武岩纤维对衬砌支护喷射混凝土在不同冻融循环次数作用下的质量损失率、相对动弹性模量和抗压强度耐蚀系数的影响,并根据试验结果建立考虑粉煤灰掺量和玄武岩纤维掺量的抗压强度衰减模型。结果表明： 1）粉煤灰和玄武岩纤维对衬砌支护喷射混凝土性能提升的最优掺量分别为20%和0.1%。2）混凝土的质量损失率随冻融循环先增大后降低,到后期又持续增大;随着粉煤灰和玄武岩纤维掺量的增大,衬砌支护喷射混凝土的质量损失率降低,当粉煤灰和玄武岩掺量分别达到30%和0.15%时,对质量损失率的降低出现负效应。3）喷射混凝土的相对动弹性模量和抗压强度耐蚀系数随着冻融循环次数的增大在初期损失较小,之后迅速增大。     

掺沥青路面回收料再生水泥混凝土抗冻性能研究

为研究掺沥青路面回收料(RAP)再生水泥混凝土的抗冻性能,采用慢冻法研究了冻融循环下RAP掺量(20%、30%、40%、50%)和水灰比(0.4、0.5、0.6、0.7)对再生水泥混凝土外观形貌和抗压强度损失率的影响。结果表明：在冻融循环下,掺沥青路面回收料再生水泥混凝土外观形貌表现出表面裂缝出现-裂缝延伸扩展-裂缝遍布表面-表面浆体胀落-试件彻底解体等发展历程。冻融早期再生水泥混凝土的抗压强度损失较为缓慢,随着冻融次数的不断增加,再生水泥混凝土的强度损失速度也随之加快。随着RAP掺量和水灰比增大,再生水泥混凝土抗压强度损失率随之增大,冻胀解体时承受的循环次数随之减小,抗冻性能随之减弱。     

考虑冻融循环的聚酯纤维沥青混合料性能研究

为研究聚酯纤维掺量对沥青混合料路用性能和冻融损伤劣化规律的影响,通过高温车辙试验、低温劈裂试验、水稳定性试验和冻融循环条件下小梁弯曲试验,对比分析聚酯纤维掺量为0.0、0.1%、0.2%、0.3%和0.4%时沥青混合料动稳定度、极限弯拉强度、弯拉应变、残留稳定度、冻融劈裂强度比和冻融弯曲应变的变化。结果表明,随着聚酯纤维掺量的增加,沥青混合料路用性能指标和冻融损伤性能呈现先增大后减小的趋势,聚酯纤维掺量为0.2%左右时,沥青混合料动稳定度出现峰值(3 512次/mm),抗弯拉强度提高12.4%,极限弯曲应变增加7.6%,弯曲劲度模量超过2 670 MPa,马歇尔残留稳定度和冻融劈裂强度比分别提高2.2%、3.2%;聚酯纤维掺量为0.2%左右、冻融循环次数为12次时,弯曲破坏应变出现峰值,抗冻融性能最佳;聚酯纤维沥青混合料的弯曲破坏应变与冻融循环周期呈负相关关系,冻融循环次数超过12次时,弯曲应变下降速率减小并逐渐趋于稳定。     

纳米改性路用混凝土抗盐冻性能试验研究

为改善路用混凝土抗盐冻性能,选取4种纳米材料SiO_2、TiO_2、Al_2O_3和Fe_2O_3,采用单掺方式(掺量均为水泥质量的1%),制备20组试件,配制浓度为3%的NaCl溶液,分别进行弯拉强度试验和冻融循环试验,测得混凝土的弯拉强度及不同冻融循环次数下混凝土的弯拉强度损失、质量损失和相对动弹模量。研究结果表明:(1)4种纳米材料均可有效提高路用混凝土的弯拉强度,改善混凝土的抗盐冻性能;(2)SiO_2增强混凝土弯拉强度效果最好,TiO_2改善混凝土抗盐冻效果最佳。     

不同粉煤灰掺量的再生混凝土性能试验研究

为掌握不同粉煤灰掺量再生粗骨料混凝土的性能,本文通过室内试验分别研究了不同掺量粉煤灰再生混凝土的力学性能及抗冻性能。结果表明:(1)粉煤灰掺入能提升再生混凝土养护后期的抗压强度;(2)随着粉煤灰掺量增加,不同养护龄期混凝土的抗折强度均呈先增后减变化趋势;(3)再生混凝土的抗压强度随着冻融循环次数的增加逐渐减小,且粉煤灰掺量越大,抗压强度减幅越明显;(4)随着冻融次数增加,再生混凝土的质量损失率逐渐增大,但掺量低于30%的混凝土质量损失不显著。     

盐渍土地区道面混凝土盐冻侵蚀研究

为了研究盐渍土地区道面混凝土的盐冻侵蚀规律,对盐渍土地区机场道面典型的破坏状况进行了调查。发现典型破坏形态有强度损失、表面剥蚀、黑斑等,其原因是面层混凝土受到了盐的侵蚀。为了研究其破坏机理,在此基础上进行了盐冻试验。结果表明:在相同冻融循环次数作用下,随着硫酸盐浓度的提高,混凝土的强度和动弹模量下降速度加快;在相同硫酸盐浓度中,随着冻融循环次数增加,混凝土的破坏程度加深,冻融100次时,混凝土弯拉强度下降值和动弹模量下降值分别达到55%和60%,发生严重破坏;提高混凝土强度对道面混凝土耐盐冻作用改善不明显。因此不建议采用提高混凝土强度等高成本措施来实现混凝土道面板盐冻侵蚀防治,根据相关工程经验提出了设置隔断层的方法,以便于工程应用。     

冻融循环对高温后聚丙烯纤维混凝土动弹性模量的影响

为研究因高温和冻融耦合作用而引起的聚丙纤维混凝土损伤,文章通过试验,测试了不同聚丙烯纤维掺量时,混凝土试件经受不同高温和冻融循环次数后的相对动弹性模量。试验结果表明,高温和冻融耦合作用会引起混凝土性能的严重劣化,当高温和冻融耦合作用达到一定程度时,混凝土试件发生断裂破坏;当掺量小于0.10%时,随着聚丙烯纤维掺量的增多,由于高温和冻融耦合作用而引起的相对动弹性模量损失逐渐降低,而当掺量超过0.10%时,再增加聚丙烯纤维掺量,反而会加重混凝土相对动弹性模量的损失。     

粉煤灰掺量对水泥砾质土力学效应影响

为研究粉煤灰掺量对水泥土力学效应的影响,在水泥砾质土中分别掺入质量分数为0%、4%、8%、12%、16%和20%的粉煤灰,在7、28、90 d养护龄期下分别进行无侧限抗压强度试验、渗透试验和冻融循环试验。试验结果表明,7 d龄期时,随粉煤灰掺量增大,试样无侧限抗压强度和渗透系数基本保持不变。而冻融循环后,粉煤灰掺量增大,试样无侧限抗压强度降低,渗透系数增大。28 d和90 d龄期时,随粉煤灰掺量增多,试样无侧限抗压强度值先增大而后逐渐趋于平缓,而渗透系数先减小而后逐渐趋于平缓且有增大趋势。冻融后,试样无侧限抗压强度随粉煤灰掺量增大先增大后减少。而试样渗透系数和强度损失率随粉煤灰掺量增大先减小后增大,转折点粉煤灰掺量为12%。     

冻融作用下矿物掺合料混凝土力学性能研究

为研究矿物掺合料混凝土的抗冻性能,通过试验研究了水灰比、冻融循环次数、粉煤灰掺量和矿渣掺量对混凝土不同龄期的动态弹性模量和抗折强度力学指标的影响。试验结果表明,水灰比越大,冻融循环次数越多,混凝土不同龄期的动态弹性模量和抗折强度越低;龄期越长混凝土抗冻性能越好;在一定掺量范围内,粉煤灰的加入能明显改善混凝土的抗冻性,建议粉煤灰掺量不宜大于20%;动态弹性模量和抗折强度随矿渣掺量的增大表现出先增大后减小的变化趋势,当矿渣掺量为30%时,混凝土的抗冻性能最好。     

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。     

透水混凝土抗冻耐久性能影响因素研究

通过室内试验方法对透水混凝土的影响因素展开研究,对比分析了冻融作用下,不同工作性能、目标孔隙率、水灰比及增强剂掺量对透水混凝土质量损失率、相对动弹性模量的影响。结果表明:透水混凝土试件经25次冻融循环后其抗冻性能满足工程规范要求;随着冻融循环次数的增加,透水混凝土的抗冻性能会下降;透水混凝土工作性能的改善和增强剂掺量的增加可以在一定程度上提升透水混凝土的抗冻性能,但提升效果不大;目标孔隙率和水灰比的增大会导致透水混凝土的抗冻性能出现较大幅度的下降。研究成果可为路用透水混凝土提供理论参考与借鉴。     

橡胶水泥混凝土力学特征及降噪性能研究

为研究橡胶水泥混凝土的力学特性与降噪性能,对橡胶水泥混凝土的模量和强度指标与胶粉掺量、颗粒大小的关系展开试验分析,并基于复合材料微分法计算比较了橡胶水泥混凝土的弹性模量指标;对试验路进行噪声测试,研究橡胶水泥混凝土路面的降噪效果.结果表明：橡胶水泥混凝土的弹性模量及抗压强度随胶粉掺量的增大而减小,抗弯拉强度先增大后减小;胶粉颗粒越大,橡胶水泥混凝土的模量越大,但下降趋势越明显,抗弯拉及抗压强度随橡胶颗粒增大而较小,得出掺量为0.024体积分数,40目颗粒大小较为合适;在高速行车时,橡胶水泥的降噪性能较为显著.     

冻融交替环境下道面聚丙烯腈纤维混凝土的抗冻性能试验

在冻融交替环境下,研究了道面聚丙烯腈纤维混凝土的抗冻性能,结果表明,采用高效减水剂的C45组试件,经300次冻融循环,掺有0.10%纤维的试件比未添加试件质量损失率要高,试件A—2、A—3抗压强度与抗弯强度均比冻融前要高。采用普通减水剂的C55组试件,经180次冻融循环,未添加纤维试件A—0质量损失率要高与添加的试件,经300次冻融循环,掺加纤维的3个试件质量损失率相差较小,相对动弹性模量均大于93.0%,且抗压强度均出现下降,抗折强度均比未添加试件的要高,循环250次,试件A—0已破坏严重。SEM照片表明,纤维表面平行刻痕非常多,有大量水化产物附着在上面,纤维空间网状协调效应得到充分发挥。掺入高效减水剂的混凝土抗冻融性能要好于普通减水剂。     

高掺量废旧橡胶环氧树脂混凝土性能的试验研究

为了考察废旧橡胶环氧树脂混凝土(Waste Rubber Epoxy Resin Concrete,简称WRERC)的性能,探讨其作为路面修复材料的可行性,采用废旧橡胶等体积替代砂石集料制备了高掺量(0-50%)WRERC,研究了废旧橡胶掺量对WRERC孔隙率、力学性能和冻融耐久性的影响。试验结果表明:随着橡胶掺量增大,WRERC孔隙率在掺量低于30%时逐渐增大而后趋于稳定,抗压强度呈近似线性降低,抗压极限应变在掺量低于40%时基本保持不变而后显著增大,抗压应力-应变曲线逐渐趋于平缓,柔性因子增大。冻融试验结果表明,经300次冻融循环,WRERC外观保持完好,未出现裂缝或胶凝材料剥落现象,基本没有质量损失;橡胶掺量增大和冻融次数增加对WRERC抗压应力-应变曲线作用效果相似,均使曲线趋于平缓,峰值应力降低,峰值应变增大,弹性区和塑性区延长;随着冻融循环次数增加,WRERC抗压强度损失率和柔性因子均增大,且橡胶掺量越高,作用效果越明显;橡胶掺量和冻融次数双重作用致使WRERC力学性能劣化,且橡胶掺量影响更大。建议高掺量WRERC可用于非机动车道、停车场、步行街、跑道等场所的铺装修复以及通过降低孔隙率来提升其耐冻融性能。     

水性环氧树脂-SBR复合改性乳化沥青性能研究

将不同掺量水性环氧树脂和固化剂加入到SBR乳化沥青中,通过室内试验分析复合改性乳化沥青的拉伸、动态力学、热稳定性和微观特征。结果表明:水性环氧树脂能够提高复合改性乳化沥青的拉伸强度,但也会导致断裂伸长率减小;复合改性乳化沥青的储能模量G′、损耗模量G″和损耗因子tanδ均有不同程度增加,水性环氧树脂能够增强复合改性乳化沥青的抗变形能力,但高掺量也会导致材料变脆、黏性增强、弹性下降;当水性环氧树脂掺量为40%时,复合改性乳化沥青发生相转变,温度稳定性能较好,建议水性环氧树脂掺量以40%为宜。     

胶乳改性橡胶混凝土路用性能研究

基于提高橡胶混凝土的路用性能,研究了橡胶等体积代替细集料,5%丁苯胶乳为改性剂对橡胶混凝土路用性能的改性效果,以基本力学试验为基础,计算出不同橡胶掺量的橡胶混凝土的拉压比及折压比,并测试了超声波在混凝土中的传播速度,并计算出动态模量,建立了超声波传播速度的预测模型。试验表明:胶乳能填充混凝土内部空隙,提高橡胶混凝土的基本力学性能,并提高混凝土拉压比和折压比,从而增强混凝土的韧性,降低超声波在混凝土中的传播速度和动态模量,起到了路用降噪的效果。橡胶粒径对于橡胶混凝土的路用性能及胶乳改性效果有重要影响,掺细橡胶粉的混凝土其力学强度较低,但韧性较好,且动态模量值较低。