地下车站的混凝土开裂数值分析及抗裂试验研究

针对上海地区富水软土地层中地下车站渗漏水问题,在混凝土开裂原理分析的基础上,建立了地铁车站混凝土结构的有限元损伤模型,揭示了水土荷载作用下混凝土裂缝起裂特点、分布及其发展规律.采用光栅光纤监测技术开展了混凝土温度-应变现场实验,得到了在施工全过程中混凝土结构的温度及应变变化规律,分析了温度、养护时间、抗裂剂等因素对混凝土开裂的影响.研究表明:根据形态特点,裂缝可分为贯通裂缝和非贯通裂缝,其中贯通裂缝可引起车站结构渗漏水.由于约束作用,贯通裂缝主要发生在侧墙靠近中板和底板的位置.添加抗裂剂、延长养护时间可有效提高混凝土抗裂性能和防水抗渗性能.     

桥面铺装用掺有减缩剂的乳胶改性混凝土性能

胶乳改性混凝土(LMC)是一种聚合物改性混凝土。为减少其开裂并提高其耐久性以应用于桥面铺装,提出在LMC中添加不同掺量(1%、2%、3%、5%)的减缩剂,进行新拌混凝土性能试验、强度特性试验、耐久性试验、现场抗裂性能试验等,以验证其综合性能。试验结果表明：添加减缩剂可在不影响新拌LMC和易性的前提下,提高其耐久性和抗开裂性能,同时保证LMC具有良好的强度特性和抗开裂性能,适用于桥面铺装。推荐减缩剂的最佳掺量为3%。     

减缩抗裂型水泥基材料及其工程应用

设计了干燥收缩、自生收缩、椭圆环约束等试验手段,研究了矿物质微膨胀剂、硅灰和减缩剂对水泥基材料体积稳定性的影响及其作用机理。试验结果表明:(1)矿物质微膨胀剂具有较强的收缩补偿作用,随其掺量的增加,干燥收缩与自生收缩降低,当掺量为25%时,可使初始开裂时间延长至82 h。(2)随硅灰掺量的增加,干燥收缩和自生收缩增大,当掺量为10%时,初始开裂时间降低至22 h,此时开裂敏感性最大,因此硅灰掺量应合理控制。(3)减缩剂可以大幅度降低砂浆的开裂敏感性,且与其他外加剂相容性良好,对养护温度变化不敏感。由此,设计制备出一种用于重大工程结构混凝土保护层的体积稳定性优良的减缩抗裂型水泥基材料。此外还介绍了"矿物质微膨胀剂-减缩剂-混杂纤维"裂缝控制技术在武汉长江隧道工程中的应用情况。     

碱矿渣胶凝材料的开裂性能研究

碱矿渣胶凝材料是具有高强、高耐久性的胶凝材料,但其收缩大,易开裂,是阻碍其广泛应用的主要原因.通过圆环法研究了MgO膨胀剂、聚丙烯纤维和减缩剂单掺或复掺对碱矿渣胶凝材料开裂性能的影响.研究结果表明:单掺MgO膨胀剂对碱胶凝体系抗裂不利,减缩剂和聚丙烯纤维的掺入能够有效延缓裂缝的形成,减小开裂面积.     

基于灰靶决策优化的玄武岩纤维混凝土配合比设计及其阻裂增韧性能评价

为得到阻裂增韧性能优异的玄武岩纤维桥梁混凝土,在配合比设计时,基于灰靶决策优化理论对玄武岩纤维混凝土进行力学与抗裂性能的初步材性优选,同时通过平板抗裂、干燥收缩、三点弯曲韧性试验研究玄武岩纤维在混凝土塑性阶段、养生期内的阻裂抑缩及后期承荷时的增韧作用规律,综合分析得出在混凝土中阻裂增韧性能最优的玄武岩长度、掺量.试验结果表明:玄武岩纤维能有效延缓塑性裂缝开展时间、降低裂缝面积,对降低失水收缩和改善脆性开裂也极为有利,长度为12 mm、掺量为0.06％的玄武岩纤维混凝土阻裂增韧性能综合最优.     

水泥基材料抗裂性能对比分析

采用环约束试验，对3类等强度混凝土(标养28 d约50 MPa)——普通混凝土(OC)、传统纤维混凝土(ECC)和低收缩纤维混凝土(HP-ECC)的抗裂性能进行了对比；并通过接触式收缩试验，对三者体积稳定性的差异进行了分析。环约束试验显示，OC和ECC均出现开裂，OC的开裂时间为16 d,有一条明显裂缝；ECC第1条裂缝出现时间为14 d,试验进行至56 d时，ECC共出现9条均布裂缝；而HP-ECC至112 d龄期始终无裂缝。收缩试验显示，HP-ECC的干燥收缩值较OC、ECC分别降低68%和82%。低收缩纤维混凝土的抗裂性能明显高于传统纤维混凝土，与其他方法相比，使用低收缩复合水泥是解决ECC约束收缩开裂的有效手段。     

箱梁C55高性能混凝土的抗裂性能研究

针对鄂东长江公路大桥预应力混凝土宽箱梁,通过水化热、绝热温升、平板开裂、干燥收缩、温度～应力开裂等试验方法,研究箱梁C55高性能混凝土的早期抗裂性能.试验结果表明,采用适量粉煤灰或粉煤灰与矿粉复掺,可以改善箱梁C55高性能混凝土的抗裂性能,掺入聚丙烯纤维可进一步提高其抗裂性能.箱梁采用粉煤灰高性能混凝土,未发现有害裂缝,外观良好.     

金塘大桥混凝土养护剂优选试验研究

试验研究了混凝土养护剂对混凝土保水性、力学性能、变形性能和抗开裂等性能的影响.试验结果表明,对混凝土表面涂刷养护剂,可以增强混凝土早期的保水能力.提高混凝土抗压强度,降低混凝土的干缩率.并可改善混凝土的抗开裂性能.     

矿物掺合料高性能混凝土的抗裂性研究

针对目前应用混凝土平板法试验、抗裂系数评价高性能混凝土的抗裂性能过程中,尚存在的不足之处,从吹风起始时间、抗裂系数计算参数选取等角度,对低水胶比粉煤灰混凝土、大掺量磨细矿渣混凝土的抗裂性能进行比较.结果表明:平板法试验时,吹风起始时间对混凝土的表面裂缝状况有显著的影响,在混凝土初凝之前,吹风起始时间越早,混凝土表面出现...     

混凝土早期裂缝成因分析及控制措施

分析了混凝土早期裂缝形成的原因,并从材料和施工方面提出了减少或防止混凝土开裂的措施.研究结果表明,选择适宜的水泥,引入一定量的矿渣粉或粉煤灰取代水泥,掺入一定量的膨胀剂和减缩剂,施工中控制内外温差,浇水养护,可以减少或防止混凝土早期开裂.     

水泥稳定碎石新型抗裂材料研究

为提高半刚性基层沥青路面的长期使用性能,基层的裂缝控制是个关键。根据抗裂材料的特性和工程实践,提出了如何正确选择水泥稳定碎石抗裂材料,供设计和施工参考。并对掺膨胀剂和减缩剂水泥稳定碎石力学性能进行了研究,结果表明掺膨胀剂和减缩剂水泥稳定碎石具有良好的抗裂性能。     

抗折剂对水泥混凝土抗裂性能影响研究

针对普通水泥混凝土路面易产生裂缝和断板的问题,研究了抗折剂对水泥混凝土力学性能的改善效果。对比分析了4种不同掺量抗折剂的混凝土与基准混凝土的抗折强度和抗裂性能。发现掺加抗折剂的混凝土的抗折强度和抗裂性能均有不同幅度的提高,在掺量为2.5%的情况下,水泥混凝土的抗折强度和抗裂性能提升效果最佳。抗折剂能有效延缓水泥混凝土路面裂缝和断板的产生,提高水泥混凝土路面的使用性能,降低工程成本。     

水泥用量及水灰比对路用水泥混凝土塑性收缩的影响

采用ASTM标准推荐的平板法,结合图像分析技术,定量测试了路用混凝土的水分蒸发速度、最大裂缝宽度、总开裂面积等早期塑性收缩指标.通过固定水泥用量、固定W/C条件下的2种试验方案研究了W/C和水泥用量对路用混凝土塑性收缩的影响;结果显示:水灰比以及水泥用量显著控制着混凝土塑性收缩的参数;裂缝最大宽度、总长度、裂缝总开裂面积随水灰比的增大而减小,而随水泥用量的增大而增大;路用水泥混凝土塑性收缩裂缝发生的早期水分蒸发速度为0.3～0.6 kg/(m2.h).     

PNIPAm水凝胶对水泥砂浆性能的影响

为了解决道路工程中水泥混凝土易出现的早期收缩开裂、抗冻性差等耐久性问题,采用温度敏感性水凝胶(PNIPAm)作为水泥砂浆的内养护剂,分别研究了不同吸水率、不同掺量PNIPAm对水泥砂浆的工作性能、力学特性以及韧性(折压比)的影响;采用平板法测试了水泥砂浆的早期抗裂性,根据冻融循环快冻法测试了水泥砂浆的抗冻性;利用扫描电子显微镜观察了PNIPAm改性水泥砂浆硬化体的微观结构,并采用压汞法定量测试了PNIPAm改性水泥砂浆的内部孔结构,最后分析了PNIPAm对水泥砂浆的改性机理。结果表明:PNIPAm改善了水泥砂浆的工作性能、抗折强度以及韧性,随着PNIPAm含量的升高,水泥砂浆的抗压强度略有下降;随着水泥水化的进行,水泥砂浆体系中的PNIPAm逐渐融合成薄膜网状结构,这种结构可以有效地分散水泥砂浆内部裂纹的尖端应力,降低水泥砂浆的开裂面积,延长水泥砂浆的开裂时间;PNIPAm释放的水分子对水泥砂浆起到了内养护的作用,使其无害孔含量提高,有害孔含量降低,PNIPAm的掺入有效提高了水泥砂浆的抗冻性能;综合PNIPAm对水泥砂浆强度、抗冻以及抗裂性能的影响,PNIPAm的掺量建议为水泥砂浆总质量的0.5%~0.75%。     

公路隧道衬砌防裂钢筋网效用研究

为分析防裂钢筋网提高隧道衬砌结构抗裂性能的机理和幅度,以双车道隧道III级和V级围岩衬砌结构为研究对象,采用荷载结构法和杆系有限元数值模拟,获得素混凝土结构开裂的临界荷载、进而获得配置钢筋网的衬砌结构达到0.2mm裂缝宽度时的临界荷载。分析表明,配置防裂钢筋网后,III级和V级围岩衬砌结构的抗裂性能分别提高22.4%和15.2%,抗裂效果明显。     

超宽箱梁抗裂混凝土配合比试验研究

为防止九江长江公路大桥主桥超宽箱梁混凝土的早期开裂,进行专门的抗裂混凝土配合比优化设计试验。通过水化热、绝热温升、平板法塑性收缩开裂、温度～应力试验机开裂等试验方法,研究了胶凝材料组成对混凝土早期抗裂性的影响,配制出抗裂性能良好的C55混凝土。该混凝土采用42.5级P.Ⅱ水泥掺入25%的Ⅰ级粉煤灰、缓凝型聚羧酸盐高性能减水剂配制,绝热温升55.8℃,塑性收缩抗裂等级Ⅱ级,开裂温度8.7℃,应力储备37.3%,实际应用效果良好。     

基于SCB试验的沥青混合料抗裂性能影响因素研究

对同一尺寸的预切缝半圆试件采用2种试验温度(10℃、20℃)下的平行试验,通过计算荷载CMOD(裂缝尖端开口位移)曲线所围面积(即评价指标),分析老化时间、空隙率、是否掺胶粉等3种因素对沥青混合料开裂的影响。研究表明:采取SCB试验能够有效地评价沥青混凝土的抗裂性能;沥青老化时间越长,空隙率越高,沥青混凝土越易开裂;混合料中添加适量的橡胶粉能够提高其抗裂性能。     

聚丙烯纤维混凝土梁受弯抗裂试验研究

为了研究聚丙烯纤维混凝土梁的受弯开裂性能,确定混凝土梁抗裂的最佳聚丙烯纤维掺量,制作15根钢筋混凝土梁,并设计5种纤维掺量水平,对其进行受弯抗裂试验,分析不同掺量水平对梁试件裂缝扩展、应变和跨中荷载位移曲线等方面的影响。研究结果表明：聚丙烯纤维的桥接作用能够牵制混凝土的局部裂缝,增加试件的延性,延缓初裂缝出现的时间,并且提高试件的开裂应力和开裂能;但与纤维掺量水平并非正相关,体积掺量为0.2%时的提升效果最好,为试件受弯抗裂最佳掺量。     

改性聚酯纤维混凝土在机场跑道改建中的应用

为了研究道面改性聚酯纤维混凝土早期抗裂性能,提出了道面合成纤维混凝土早期抗裂性能的试验方法,进行了改性聚酯纤维的规格、掺量和搅拌时间等阻裂性的试验.纤维规格对裂缝面积影响最大,纤维掺量对裂缝影响次之.在试验结果的基础上,确定了某机场道面改性聚酯纤维混凝土的配合比,成功地解决了该机场道面混凝土早期裂缝问题.     

水压下开裂混凝土中水分渗透红外试验

为了研究水下隧道开裂混凝土中水分渗透过程和影响因素,基于Richards方程和立方定律提出了外水压力下水分在开裂非饱和混凝土中的运动方程,根据水下隧道一侧承受外水压力、一侧接触大气的服役环境,设计了混凝土内部孔洞和裂缝承受冷却压力水的渗透试验,采用红外热像仪可视化研究水分入渗开裂混凝土的过程;通过红外辐射特性来分析裂缝几何特征、外水压力和初始饱和度对开裂混凝土中水分渗透的影响,并将试验结果与水分运动方程的影响因素进行对比。结果表明：外水压力越大、混凝土初始饱和度越小,则开裂混凝土试块的内外温差越大,表面温度变化曲线越陡峭,说明水分流速相应地越快,入渗深度越大,证明外水压力和初始饱和度都是开裂混凝土中水分运移的驱动因素;裂缝宽度越大、裂缝长度越长,混凝土试块表面红外温度越低,试块内外温差越大,说明裂缝面积越大导致冷却水入渗流量越大和渗透深度越深,证明裂缝宽度与开裂混凝土的渗透性正相关;另外垂直裂缝方向相比平行裂缝方向的红外热图观测效果更明显。在进行水下隧道渗漏预测时不宜忽略裂缝几何特征、外水压力和初始饱和度,不然会低估水流速度和流量,影响水下隧道的长期安全和耐久寿命。