盐冻融条件下热再生混合料水稳定性及细观特性研究

对热再生混合料进行不同浓度盐溶液10次冻融循环试验,并采用4%盐溶液进行重复冻融循环试验,分析溶液浓度及冻融次数对热再生混合料空隙率和TSR(冻融劈裂强度比)的影响;同时,采用CT扫描手段分析冻融循环作用对混合料内部孔隙分布的影响。结果表明:经过10次盐冻融循环后,0、2%、4%及6%浓度盐溶液条件下空隙率增加程度分别为2.9%、7.5%、13.0%和12.6%;冻融7次以后空隙率增大幅度明显变大,其TSR不断下降,这说明随着冻融循环次数的继续增加混合料内部沥青与集料的黏结作用受到破坏;固液交替产生的膨胀应力、温度应力及盐溶液对集料-沥青界面的共同破坏作用导致混合料内部孔隙发生变化,体积在0~20mm3范围内孔隙数目明显减少,而体积在20~40mm^3范围内的空隙明显增加。     

单轴压缩下泡沫混凝土的强度特性研究

以水泥、粉煤灰、矿渣为胶凝材料,制备出不同气泡含量的泡沫混凝土。通过室内试验,对不同气泡率下(0~74.23%)的泡沫混凝土进行单轴压缩破坏试验,得到其不同龄期下的抗压强度和破坏形态,研究了泡沫混凝土的应力-应变曲线,探讨了抗压强度与龄期和气泡率之间的关系。结果表明:泡沫混凝土在单轴压缩下经过密实、弹性、屈服、破坏4个阶段;其抗压强度随泡沫含量的增大而减小,在一定范围内随着龄期的增大而增大。     

沥青路面饱水状态下的孔隙水压力求解

基于“有效应力原理”,对沥青路面在荷载作用下产生孔隙水压力的机理进行了分析.对饱水状态下路面结构内的孔隙水压力计算方程进行了理论推导,并通过Matlab软件求解其数值解,得到孔隙水压力同外界应力、混合料空隙率及弹性模量之间的关系.计算表明:孔隙水压力同外界荷载呈近似的线性递增关系;同空隙率呈近似的线性递减关系,但变化幅度较小;同弹性模量呈非线性递减关系,模量较小时降低迅速,模量较大时变化平缓.     

动载下沥青路面超孔隙水压力分析

沥青路面结构内部的孔隙水在高速行车荷载的作用下形成的瞬时超孔隙水压力是造成路面水损害的重要原因。文中采用Hankel变换和波数域离散方法求解弹性饱和半空间体系的动力响应问题。分析了沥青路面在饱水状态下其内部孔隙水压力的变化规律以及弹性模量等材料参数变化时对孔隙水压力的影响。     

基于宏观性能及细观结构的多尺度道路混凝土抗盐冻性能研究

道路混凝土暴露于自然环境中受到冻融循环与除冰盐的共同作用,导致内部结构疏松、微裂纹扩展,最终造成道路混凝土宏观性能迅速衰减、耐久性劣化。为了从本质上研究道路混凝土盐冻劣化机理,对盐冻作用下的道路混凝土宏观性能衰减进行研究,采用压汞法及SEM对盐冻作用下的道路混凝土细观结构进行表征,从宏观性能及细观结构多尺度研究道路混凝土抗盐冻性能。试验结果表明:盐冻作用下道路混凝土相对动弹性模量不断减小、累积剥落量逐渐增加;与冻融单因素作用相比,盐冻作用下试件的劣化更严重,当冻融150次后盐冻下试件动弹性模量比冻融单因素时低11.4%(含气量4%)、6.3%(含气量6%),累积剥落量比冻融单因素作用时增长36.7%(含气量4%)、47.1%(含气量6%)。盐冻作用的结晶膨胀效应、渗透效应及温度梯度效应综合作用,造成道路混凝土临界孔径、最可几孔径及平均孔径减小,混凝土内部孔隙不断细化、孔隙连通性提高、渗透路径的曲折性降低;与冻融单因素作用相比,盐冻作用下的多害孔比例增加1.5倍(含气量2%)、0.6倍(含气量4%)、1.1倍(含气量6%)。     

大空隙沥青混合料内部冻融损伤特征

通过冻融劈裂试验,得到大空隙沥青混合料冻融循环前后劈裂强度。结合CT测试技术,得到试件在冻融劈裂前后不同层位的图像。分析大空隙沥青混合料试件在冻融劈裂后内部损伤的状况,并利用损伤变量对混合料内部微观结构的变化进行对比分析。分析结果表明:随着冻融循环作用次数的增加,大空隙沥青混合料试件的劈裂强度逐渐下降;混合料试件冻融后劈裂破坏多发生在试件初始空隙分布密集处,裂缝的扩展方向与初始空隙的方向基本一致;空隙大的沥青混合料试件其力学性能较差,且空隙率大的层位损伤变量增加比空隙率小的层位损伤变量增加更多。     

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。     

大孔隙混凝土排水基层的施工与检测

提出了2种形式的路面结构内部排水系统，通过试验路施工总结出大孔隙混凝土排水基层的施工工艺。在施工完成后对其强度及空隙率等指标进行了检测，并对其排水性能进行了验算。     

冻融作用下石灰改良土微观特性研究

为研究冻融作用下石灰改良土的微观机理,使用扫描电镜(SEM)对最优石灰掺量(6%)的石灰改良土及素土的微观结构进行分析,探讨不同冻融次数对石灰改良土微观结构的影响。试验研究结果表明:随着冻融次数的增加,素土土体结构破碎,土颗粒粒径变小,大孔隙数目减少,但总的孔隙数量增多,土颗粒间接触点数目增多;石灰改良土在冻融次数较少时土体破碎,碎屑物质较多,孔隙被碎屑填充,团聚体数量减少但体积增大;冻融次数较多时,土体孔隙数量减少,碎屑与胶结物质结合充分形成大团聚体,土体多为整体嵌合的集合体。因此,在土体中掺入适量石灰拌和均匀,且压实度满足设计要求的石灰改良土,可减轻路基的冻胀现象。     

复合盐与干湿循环耦合作用下混凝土材料劣化机理试验研究

为了研究复合盐与干湿循环耦合作用下地下结构混凝土劣化规律,通过RCT氯离子含量测量与混凝土相对动弹性模量测量试验,分别测得不同工况下不同位置处氯离子含量与混凝土相对动弹性模量值,定量分析了硫酸盐浓度与干湿循环次数对混凝土结构劣化情况的影响。试验结果表明:混凝土内部氯离子含量随测试深度的增加而减少;同一深度处,氯离子含量随侵蚀环境中硫酸盐浓度的增加先增多后减少,随干湿循环次数的增加而增多。混凝土相对动弹性模量随硫酸盐浓度的增高而减小,且减小量随硫酸盐浓度的增高而降低;混凝土相对动弹性模量随干湿循环次数的增加先增大后减小。     

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。     

高强度纤维素纤维混凝土抗冻融性能试验研究

冻融破坏是混凝土耐久性的重要病害之一,严重影响混凝土结构的使用寿命.本试验研究了C50高强度混凝土抗冻性能随纤维素纤维掺量的变化规律,探讨了纤维素纤维改善混凝土抗冻性能的机理.试验结果表明:掺加纤维素纤维可以明显改善混凝土的抗冻性能,随着冻融次数的增加,纤维的作用愈加明显;300次冻融循环后,素混凝土的相对动弹性模量降为42.46%,而纤维混凝土试件U1、U2、U3和U4的相对动弹性模量分别为68.21%、67.42%、68.32%和70.17%.纤维掺量为0.9～1.5 kg/m<'3>时,纤维素纤维混凝土抗冻标号均大于D300.对于抗冻指标要求高的地区和结构,选用纤维掺量1.3 kg/m<'3>比较经济合理.     

考虑海水冻融和侵蚀耦合作用的混凝土Ottosen强度准则

为了有效评估海水冻融和侵蚀耦合作用后混凝土的力学性能,通过试验研究了海水冻融和侵蚀耦合作用下混凝土的力学性能退化规律,并基于连续损伤力学和经典破坏准则模型,建立了考虑混凝土干湿循环次数和海水冻融循环次数的Ottosen四参数强度准则,以及不同的冻融循环次数和海水干湿循环作用后混凝土的弹性模量和泊松比退化模型。分析结果表明:随着冻融循环次数和干湿循环次数的增加,混凝土轴心抗压强度、弹性模量逐渐下降,Ottosen强度准则的拉、压子午线纵坐标绝对值减小,混凝土的抗裂性能降低。     

混凝土结构冻融破坏影响因素分析

冻融破坏是混凝土建筑物损坏的主要形式之一,为全面分析了解混凝土在冻融循环作用下的破坏原因,对过大的水灰比使混凝土结构生成不同的孔隙体系,及不同体系对抗冻的影响程度进行分析,找到了结构体系中孔隙比率与水灰比因果关系;研究分析了集料的孔隙率、强度、粒径等对抗冻性能的影响;根据引气剂的作用原理,确定了利用引气剂改善混凝土抗冻性能的途径;从水泥品种、施工环境、施工工艺等方面分析了影响混凝土抗冻性能的各种因素,为消除各因素对抗冻性能的影响提供了依据。     

盐冻循环对SBS改性沥青混合料低温弯曲蠕变性能的影响

在室内盐冻循环基础上,通过低温小梁弯曲蠕变试验分析了不同盐冻环境对沥青混合料低温弯曲蠕变性能的影响;同时采用灰色关联熵分析法对不同盐冻环境下小梁弯曲蠕变差异进行比较;引入扫描电子显微镜从微观层面分析冻融前后混合料试样的微观结构变化。通过宏微观相结合的手段发现:低温下沥青混合料变形性能受冻融循环影响显著,其中破坏程度以水冻融最为严重。盐冻循环各组对于沥青混合料的破坏程度由于受多个因素影响各有差异但在冰冻温度为-20℃、盐溶液浓度为4%和冻融循环次数为15次环境下沥青混合料的低温变形能力相对较好。     

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。     

排水基层多孔混凝土的物理力学性质

多孔混凝土作为路面的基层,应具有良好的物理性质和力学性质,前者主要指其排水、收缩及抗冲刷等性能,后者主要指其强度和应力-应变特性.通过试验与分析,给出多孔混凝土有效空隙率和全空隙率,及渗透系数与空隙率的关系;得出多孔混凝土强度随龄期的发展规律,弯拉强度、劈裂强度与抗压强度的相关关系,抗压强度与空隙率的关系以及两种形式下的双对数疲劳方程;提出多孔混凝土弯拉弹性模量与弯拉强度,以及抗压弹性模量与轴心抗压强度的关系;得出多孔混凝土的温缩系数和干缩系数.     

混凝土抗除冰盐的剥落性能与机理研究

进行了混凝土在3.5%盐溶液中快速冻融的实验研究，结果表明盐溶液对混凝土抗冻性的影响具有双重性，盐溶液使混凝土试件表面饱和程度提高，从而导致其严重剥落，重量损失大幅度增加，溶液降低冰点的作用使混凝土内部破坏程度较小，相对动弹性模量下降略为缓慢，混凝土的耐久性系数应该考虑相对动弹性模量和重量损失两个指标。     

对路面混凝土抗冻性试验和评价方法的探讨

在分析冻融作用对混凝土强度、疲劳寿命影响的基础上,结合路面混凝土的使用要求、受力和破坏方式、设计标准和控制指标等特点,指出了现行路面用水泥混凝土冻融试验方法和评价方法中的不足。认为以质量损失率5%、相对动弹性模量60%作为混凝土冻融破坏的临界值过于宽松,建议降低质量损失率的值,以抗折强度损失率替换相对动弹性模量作为路面混凝土的抗冻性评价指标,或相应提高相对动弹性模量的临界值。