关键词： 再生混凝土砖   砌体结构   冻融循环   冻融损伤本构   冻融损伤恢复力模型  

摘要： 砌体结构耐久性研究是保护古建筑以及评估在役砌体结构抗震性能的关键工作,但长久以来被研究人员所忽视。而我国现存的大量砌体结构正遭受着不同程度的冻融破坏,冻融破坏是影响砌体结构耐久性的重要因素之一。本文将系统的进行冻融循环作用下再生混凝土砖砌体力学性能的研究,具体研究内容如下:(1)选取水泥砂浆、石灰砂浆和粉煤灰砂浆,三种可代表我国近代,古代及现代的典型建筑砂浆为研究对象,考察其在冻融环境作用下的耐久性特征,对比分析水胶比、灰膏含量和粉煤灰含量对砂浆抗冻性能的影响,揭示质量损失、相对动弹性模量及抗压强度随冻融循环次数的变化规律,建立考虑水灰比、灰膏含量及粉煤灰含量的动弹性模量预测模型及抗压强度衰减模型。(2)通过遭受不同冻融循环作用的96榀再生混凝土砖砌体试件的抗剪试验,研究冻融循环对再生混凝土砖砌体抗剪力学性能的影响,对比分析不同胶结材料下试件的破坏形态及其抗剪强度,探讨冻融损伤对再生混凝土砖砌体抗剪强度的影响规律,并从微观角度揭示砂浆孔隙变化对砖砌体抗剪承载力的影响,分析冻融循环下再生混凝土砖砌体受剪性能劣化的影响因素,建立砖砌体抗剪强度冻融损伤衰减模型,为在役砌体结构耐久性评价提供数据资料和理论支撑。(3)通过遭受不同冻融循环作用的72榀再生混凝土砖砌体抗压试件的轴心抗压试验,研究冻融循环对再生混凝土砖砌体抗压性能的影响,考察试件经受不同冻融循环作用后其受压破坏过程与特点,揭示冻融大气环境对砖砌体力学性能指标(轴心抗压强度、弹性模量、泊松比、应力-应变关系等)的影响规律与机理,建立考虑冻融损伤影响的砖砌体轴心抗压强度、弹性模量模型,进而采用幂函数形式对砌体的实测应力-应变曲线进行拟合,得到不同冻融循环次数下砌体本构关系曲线。(4)基于损伤力学理论和应变等价原理,将冻融循环后轴心受压砌体的总损伤等效为冻融阶段和轴心受压阶段两种状态下损伤的非线性耦合,分析了两种损伤状态的劣化过程以及损伤演化途径,推导获得遭受冻融循环后轴心受压砌体的总损伤演化方程,建立了冻融循环条件下砌体受压损伤本构关系模型,进而利用冻融循环作用下砖砌体轴心抗压试验数据验证所提出模型的合理性及准确性。(5)设计并制作8榀1/4比例再生混凝土砖砌体组合墙片模型,利用气候模拟实验室对其进行不同循环的冻融环境作用模拟,然后对其进行低周反复加载试验,研究经历不同冻融循环作用墙片的抗震性能退化规律,包括裂缝出现、破坏形态、承载能力、延性性能、耗能能力等,揭示不同程度冻融损伤对墙片力学性能指标的影响规律与机理。(6)基于材料的冻融损伤理论,建立了墙片考虑冻融损伤三线性恢复力模型,并给出了其恢复力模型特征参数的计算方法,利用墙片低周反复加载试验数据验证了该模型的适用性。同时,在恢复力模型的特征参数上引入冻融损伤衰减系数,借助试验数据回归分析给出了冻融损伤衰减系数的建议值。

关键词： 外墙外保温系统   粘结强度   冻融循环  

摘要： 作为实现建筑节能的重要手段，外墙外保温系统在世界范围内得到了广泛的关注和使用。然而工程上采用外墙外保温技术一般都是根据工程实践经验进行操作,对指导施工的深入研究则较少。本文主要针对季节性冻融引起的外墙外保温系统的开裂、脱落现象进行了试验和理论研究,主要完成了以下工作： （1）通过常态下岩棉、XPS保温板和TDF防水保温一体化材料的外墙外保温系统的拉伸、剪切试验，得到系统的破坏面一般位置于保温层内、粘结层内和两者界面；对比三者的拉伸、剪切粘结强度可知，TDF系统的粘结效果优于其他两者，XPS系统次之。 （2）岩棉、XPS保温板和TDF防水保温一体化材料的外墙外保温系统的冻融循环和气冻循环的试验结果分析表明：外墙外保温系统的粘结强度随冻融循环和气冻循环次数的增加而减小，材料的粘结损失率随着冻融循环和气冻循环次数的增加而逐渐增大。但冻融循环和气冻循环作用下的变化程度不同，冻融循环对于体系的影响更大，并且此规律不因保温材料的不同而有所变化。 （3）结合理论分析，得到外墙外保温体系在冻融循环和气冻循环作用下的粘结退化规律，进一步从微观的分子运动学和宏观的机械学来分析两种循环下的退化机理。 三种材料的分析对比表明，无论是在常态还是在冻融循环和气冻循环作用下，TDF防水保温一体化外墙外保温体系的粘结强度都要明显高于其他两种，岩棉外墙外保温体系的粘结强度最低。在理论研究的基础上，本文结合实际操作流程，确定了各种材料外保温体系适合的粘结方式以及粘结注意事项，为外墙外墙外保温体系的工程应用提供依据。

关键词： 再生混凝土砖   冻融循环   抗压强度   抗剪强度   退化关系   损伤本构模型  

摘要： 目前，我国在役建筑中砌体结构依然占据很大的比例。当砌体结构遭受外界的正负温度不断交替变化时，砌体结构内部就会发生冻融破坏；在我国北方地区，特别是东北地区，冻害已成为影响在役砌体结构性能的最主要原因之一；虽然国内外学者已经对砂浆和块体做了大量的抗冻性能研究，但是实际中砌体结构是建立在砂浆和块体共同工作的基础上的，因此研究冻融环境对砌体结构的基本力学性能的影响具有重要的工程意义。 然而由于试验设备和其他原因的影响，目前国内尚未有学者就冻融环境对砖砌体基本力学性能的影响开展较为系统的研究。本文利用西安建筑科技大学较为先进的气候模拟实验室系统，以再生混凝土砖砌体为研究对象，通过试验研究和理论分析，主要做了以下工作： 针对所用气候模拟实验室系统，结合混凝土冻融的相关规范，制定了针对砌体的循环制度和损伤评价指标；通过对混合砂浆立方体试块和再生混凝土砖进行冻融循环试验，研究了冻融环境对混合砂浆试块和再生混凝土砖性能的影响，建立了混合砂浆（Mb10）和再生混凝土砖（MU15）的抗压强度随冻融循环次数的退化关系。 考虑到砌体结构的离散性，扩大了试验样本：将每个冻融循环次数下的抗剪试件数量由规范规定的6个增加为8个（共32个试件），然后对不同冻融循环次数下的试件进行沿通缝抗剪试验，对比分析了随着冻融循环次数的增加，各组试件的破坏过程和破坏形态的差异；拟合试验数据，给出了砌体抗剪强度均值与循环次数的关系式，并结合国内外研究与试验现象分析总结出冻融循环对再生混凝土砖砌体受剪性能的影响因素。 通过对经历不同循环次数后的24个再生混凝土砖砌体试件进行轴心受压性能试验，对比分析了再生混凝土砖砌体的抗压强度、弹性模量以及应力-应变曲线随冻融循环次数增加的变化规律，通过对实测数据的拟合，分别建立了砌体抗压强度均值与弹性模量随冻融循环次数的退化关系式；对砌体的实测应力-应变曲线进行拟合，得到不同循环次数下砌体应力-应变关系曲线。 将损伤力学理论和应变等价原理应用于砌体结构中，把冻融循环后轴心受压砌体的总损伤等效为冻融阶段和轴心受压阶段两种状态下损伤的非线性耦合，然后基于损伤力学基本原理分别研究了上述两个阶段的损伤本构关系和损伤演化过程，结合已得的总损伤演化方程，最终建立了冻融循环条件下砌体受压损伤本构关系模型，并利用第四章冻融后再生混凝土砖砌体轴心受压试验数据验证了该模型的合理性。 通过对冻融循环下的再生混凝土砖砌体基本力学性能的系统研究，为在役砌体结构冻融条件下的数值模拟以及耐久性评价提供理论支撑。

关键词： 变形   电阻率   冻融循环   相对湿度   耐久性  

摘要： 随着对混凝土耐久性关注度的提高,人们意识到混凝土中湿度的变化对耐久性影响很大。有关常温下,湿度变化会对混凝土的塑性收缩、干缩及自收缩的影响研究很多,但是有关冻融循环作用对混凝土湿度影响的研究几乎没有。本文创造性地探索了冻融循环过程中,混凝土湿度的分布和变化规律,以及湿度变化对内部结冰、体积变化等的影响,并分析了影响机理。 试验中发现,每一冻融循环过程中,温度-湿度变化可以划分为四个阶段：降温增湿段、降温降湿段、增温增湿段和增温降湿段,每一冻融循环结束后,混凝土内部相对湿度值往往不能回复到其循环初始湿度值,且随着冻融循环次数的增加,各阶段变化幅度加剧,图线的斜率也呈增大趋势。试件内部不同深度、不同循环皆呈现出此规律。在结冰或融化时间段,随着温度的下降或增大,湿度值(即结冰湿度值或融化湿度值)保持不变。对于水灰比相同的混凝土试件,随着湿度传感器埋置深度增大,湿度增大,对应的结冰湿度值和融化湿度值也增大。对于不同水灰比的混凝土试件,随着水灰比的增加,相同深度时湿度值呈增加趋势,对应的结冰湿度值和融化湿度值也呈现增大趋势。 在冻融循环作用下,试件的结冰温度均低于水的理论结冰点(0°C),达到-10℃左右；随着水灰比的增大,结冰温度增大。加入水泥用量1%的胆固醇和碘化银后,可以部分消除过冷度现象,使结冰温度提高5℃左右。 砂浆试件结果表明,冻融循环作用下,砂浆试件会出现规律性的体积变化。砂浆试件在每一冻融循环内的体积变化曲线基本呈现出滞回环的形态。其中降温段内的体积变化曲线更接近于线性变化,升温段内的不同温度段,试件的体积变化曲线斜率变化不同。通过对冻融循环过程中体积变形曲线的拟合发现,结冰过程和初始融化过程符合直线关系,融化过程在温度区间-5-10°C内符合三次函数关系,电阻率也有突变,表明这一阶段砂浆或混凝土内部变化过程较为复杂。冻融循环作用下,试件内部的体积变化存在累计性损伤。随着冻融循环次数的增加,该不可逆的损伤会累计增加。 压汞实验结果表明,25次冻融循环作用后,混凝土试件内部的平均孔径、孔径中位数、孔隙率都呈现增大趋势；而且初始相对湿度高的试件(即水灰比较大的试件),在此条件下,其孔结构的变化情况更加剧烈。 本文得出的相关规律可以看出,在冻融循环作用下,混凝土内部的结冰量、体积变化与相对湿度的变化具有一定的相关性,相对湿度是影响混凝土耐久性的重要因素。对其在不同条件下的多因素耦合研究具有一定的必要性,此方面值得在后续研究中做更多的投入。湿度因素引发的混凝土内部结冰量、体积稳定性等影响可以对混凝土耐久性研究提供更多的参考和理论依据。

关键词： 天然盐渍土   冻融循环   含水率   三轴压缩试验   邓肯-张模型  

摘要： 通过对罗布泊典型天然盐渍土进行室内常规试验，初步掌握了罗布泊典型天然盐渍土基本物理性质，并对罗布泊典型天然盐渍土在冻融循环条件下的强度特性展开了研究。 试验采用应变控制式直剪仪和三轴仪进行，控制典型天然强氯盐渍土在最优含水率及一定压实度状态下，对经历不同冻融循环次数的试样进行直接剪切试验，试验结果表明：采用击样法和击实法制备的试样随着冻融循环次数的增加，黏聚力呈现先增大后降低的趋势，内摩擦角呈现逐渐增加的趋势。 直剪试验操作简单、直观但其无法控制排水条件，且剪破面不是真实的剪破面，而三轴试验可控制排水条件，其剪破面是真实的剪破面，因此采用三轴压缩试验的方法控制压实度为0.95对经历不同冻融循环次数及不同含水率状态下的试样进行三轴不固结不排水剪切及固结排水剪切试验，由此分析含水率在冻融循环条件下对典型天然盐渍的抗剪强度指标、应力应变关系、体积应变及邓肯-张模型参数的影响。通过试验发现，强氯盐渍土在不同含水率及经历不同冻融循环次数后对以上参数的影响主要有以下规律： （1）随着冻融循环次数的增加，黏聚力cu呈现减小的趋势，且减小阶段主要集中在前三个冻融循环过程中，内摩擦角φu呈现先增大后减小的趋势。 （2）不同含水率及经历不同冻融循环次数条件下，对强氯盐渍土进行三轴固结排水剪切试验表明：强氯盐渍土在最优含水率条件下，经历各次冻融循环后的应力应变曲线以应变硬化型为主；当含水率小于最优含水率时，经历各次冻融循环后的应力应变曲线以应变软化型为主；当含水率大于最优含水率时，经历各次冻融循环后的应力应变曲线在低围压状态下呈现应变软化型，在高围压状态下呈现应变硬化型。由此可得：强氯盐渍土的结构强度随着含水率及冻融循环次数的增加而减小。 （3）经历不同冻融循环次数条件下，当强氯盐渍土含水率小于最优含水率时，体变应变关系曲线表现为先剪缩后剪胀的特点；当强氯盐渍土含水率大于最优含水率时，在低围压状态下表现为先剪缩后剪胀的特点，在高围压状态下表现为不断剪缩的特点；当强氯盐渍土含水率为最优含水率时，体变应变关系曲线表现为不断剪缩的特点。

关键词： 冻融循环   压实粉质粘土   力学参数   经验预估公式   静三轴试验   共振柱试验  

摘要： 我国是世界上第三冻土大国，其中冻结深度大于1.5m且对工程有直接影响的深季节冻土面积达到了3.67×106km2。季节冻土地区路基填土受冻融循环作用的影响，其物理、水理和力学性能发生改变，而且在长期重载作用下，不可避免地发生了翻浆、融沉等典型病害，降低了道路的路用性能和服务年限，由此制约地方经济健康有序的发展，而且耗费了大量人力与财力维修。 为了明确季节冻土区重载汽车荷载作用下路基病害发生的过程和机理，深化对冻融循环后压实粉质粘土力学性能的认识，同时为后续研究工作提供数据支持，本文采用不固结不排水静三轴试验和共振柱试验，开展冻融循环作用后压实粉质粘土的力学性能试验工作，主要完成工作包括： （1）使用自动控温箱进行封闭三向冻融循环试验，对冻融循环中试样的温度和含水率进行监测，分析其变化规律，并确定冻结、融化的时间和温度；使用自主研发的土工材料体积变化测试仪和人工测量两种方法，对冻融循环过程中试样的质量和体积进行测量，获得各物理参数的变化规律。 （2）采用应变控制式静三轴仪对冻融循环后压实粉质粘土的静力学性能进行测试，研究围压、压实度、含水率、冻融循环次数等因素对压实粉质粘土的静力学性能影响，并对试样的破坏形式进行了微观和宏观的分析；对压实粉质粘土试样的主应力差与轴向应变关系进一步分析，得到了不同因素对破坏强度、切线模量、凝聚力和内摩擦角的影响规律；进而采用多元非线性回归方法，提出了破坏强度、切线模量、凝聚力和内摩擦角的预估公式。 （3）采用共振柱试验仪对冻融循环后压实粉质粘土的动力学参数进行测试，研究围压、压实度、含水率、冻融循环次数等因素对其动力学性能影响；得到了不同因素对压实粉质粘土的动剪切模量、阻尼比的影响规律；基于双曲线模型，将动剪切应变区域进行拓展。并提出了最大动剪切模量和最大阻尼比的经验预估公式。

关键词： 冻融循环   动态压缩   核磁共振   冻融损伤  

摘要： 针对高寒地区各类岩土工程不可避免的将受到冻融损伤、动载荷破坏等实际问题,开展岩石在冻融作用下的动态力学特性研究成为了一个重要的课题。本文选取砂岩试样,对不同冻融循环作用下的砂岩展开动、静力学特性对比试验研究以及一维动静组合加载试验,借助核磁共振技术检测冻融循环后砂岩内部损伤特征,并以此为基础探讨了冻融循环和动荷载共同作用下的损伤演化规律。主要研究内容如下： (1)采用核磁共振技术对不同冻融循环后的砂岩孔隙度、T2谱分布、T2谱面积变化以及核磁共振成像进行分析,揭示了冻融循环作用对砂岩内部孔隙的扩展是一个动态的循环往复的作用过程,对砂岩内部损伤是一个疲劳损伤破坏的过程。 (2)通过动、静加载试验对比分析了不同冻融循环次数后砂岩动、静全应力应变曲线、破坏模式、峰值强度、峰值应变等变化规律。不同冻融循环后的砂岩试样在动、静加载作用下呈现不同的破坏模式：静载作用下砂岩以劈裂、剪切破坏为主,并随冻融循环增加由单一的劈裂面向“X”型剪切演化,动载作用下以拉伸破坏为主,并随着冻融循环增加试样碎块呈现均匀细小化分布；0-20次、60～100次冻融循环砂岩内部孔隙扩展加剧,使得砂岩的动、静载下峰值强度弱化、峰值应变增速趋急；动载作用下砂岩平均峰值强度整体降幅略小于静荷载作用,静载条件下压密阶段的存在使得峰值应变的增幅大于动载作用。 (3)通过一维动静组合加载实验,获得了砂岩动态强度随冻融循环和轴向静压的变化规律；轴向静压不仅在一定程度上增大岩石的动态峰值强度,同时引起的端部效应改变砂岩的破碎模式：轴向拉伸破坏→剪张破坏；分析了不同冻融循环下砂岩能量耗散与轴向静压的关系,轴向静压增大可以砂岩能量吸收率,但存在一个与岩石本身性质相匹配的最优值,冻融循环的改变了岩石内部孔隙度数量以及孔隙分布,影响能量的吸收率。 (4)对实验数据进行分析,随着NMR孔隙度值、谱面积微观等特征值增大,砂岩动态峰值强度和弹性模量均呈现呈指数降低的规律,并建立了核磁共振特征值与宏观力学参数之间的关系式；探讨了冻融循环和动荷载共同作用下的损伤演化规律,提出了可由冻融循环次数和应变双参数表征的总损伤模型。

关键词： 宽级配砾质土   GCL   接触面抗剪强度   冻融循环   抗剪强度参数  

摘要： 西北干旱、半干旱地区春冬季温差较大,属于季节性冻土地区。在冻深范围内的垃圾填埋场复合防渗系统受冻融环境影响,其物理力学性状会发生变化,危及填埋场的稳定与安全。论文综述了冻融循环作用下国内外垃圾填埋场GCL与保护层接触面抗剪强度研究进展,按照垃圾填埋场设计方案中采用宽级配砾石土代替粘土作为GCL防渗垫保护层的构想,通过室内试验,重点研究了在冻融循环作用下宽级配砾石土自身抗剪强度及其与GCL接触面的抗剪强度性状。 试验包括室内渗透试验、冻融循环试验和剪切试验。通过渗透试验获得复合衬垫系统的渗透系数(满足k

关键词： 冻融循环   黄土状土   湿陷性   颗粒分析   压汞试验   微观结构  

摘要： 在寒冷地区，由于大气温度随气候周期性变化，从而导致处于这些地区的土体经历周期性冻结与融化。反复冻融循环作为强风化过程，强烈的改变着土的结构性，是导致土体劣化的重要原因。着眼于冻胀和融沉对土微结构的改变以及由此导致的土力学性质的改变，并总结规律寻求定量化描述，来研究由于冻融循环而造成的土体物理力学性质的变化，对冻土力学的发展及寒区工程建设有着十分重要的意义。 长春地区黄土状土在通常情况下不具有湿陷性。较高的粘粒含量产生的粒间连结力，结构上相对稳定且可溶盐含量少，含水率较高，这些因素使土的湿陷速度减慢甚至消失。但长春处于东北严寒地区，冻融循环往往会加剧黄土状土的劣化破坏，反复冻融也会使得土体内部的水分重新分布，孔径及粒径均发生变化。因此，研究反复冻融循环条件对长春黄土状土的物理性质、湿陷性、微观结构等的影响很有必要。 关于长春地区黄土状土的冻融作用，很多学者已经做了大量研究。研究主要集中在水分迁移、盐分变化、温度改变等，而对黄土状土工程性质的改变涉及较少。本文将主要研究冻融循环作用对长春地区黄土状土物理力学性质的影响，包括粒度成分、液塑限、湿陷性特征等随冻融循环作用的改变，并从微观结构的角度，揭示其性质改变的机理。 本文研究采用的黄土状土样取自长春地区地表以下5米，在天然状态下未经历过冻融循环，而后制备与原状样相同干密度不同含水率的人工样。使长春地区黄土状土在不同的初始状态下（相同干密度不同含水率）进行反复冻融循环试验（冻融循环次数为0、1、3、6、10、15、20次），冷冻温度为-23℃，融化温度为室温，以48h为一个冻融周期。然后对土样进行各项物理性质指标以及湿陷性测试，并利用扫描电镜与压汞仪对土样在冻融循环前后微观结构的变化特征进行定性定量分析。 通过研究冻融循环作用对长春地区黄土状土微观结构的改变，以及由此导致的物理力学指标和湿陷性的改变，本文揭示了冻融循环作用对长春黄土状土湿陷性影响的机制并初步建立了冻融循环次数与黄土状土物理力学性质之间的定性定量关系。 研究发现长春地区非湿陷性黄土状土在冻融循环作用下，随冻融循环次数的增加，人工样和原状样的液限和塑性指数与干密度均减小，处于粉粒组的颗粒的粒径发生了双向变化，粘粒组的颗粒发生团聚作用，且随初始含水率的增加，性质变化更加显著。试验发现，冻融循环使不具湿陷性的重塑黄土状土产生湿陷性，而原状样并没有产生。对初始含水率为27.2%的人工样进行微观测试，发现其冻融20次后，小微孔隙减少，大孔隙大幅增多，产生了与黄土类似的架空结构，而冻融20次的原状样并没有产生类似的结构。研究成果为季节性冻土区黄土状土湿陷原因和机理研究提供一种新的思路。

关键词： 混凝土   锂渣粉   电通量   一次加载   循环加载   冻融循环  

摘要： 新疆锂盐厂是亚洲以矿石为原料制取锂盐产品规模最大的生产企业，目前国际市场对锂的系列产品需求以每年15%20%的速度增长，但每生产一吨碳酸锂就要排放大约十几吨的锂渣废弃物。合理利用锂渣，既能降低造价，又有利于保护环境。同时，新疆地区盐渍土分布广泛且气候严寒，服役中的混凝土结构既遭受氯离子侵蚀又受到冻融破坏作用和荷载作用，其耐久性问题较为复杂且严重。因此，本文开展了荷载和冻融循环分别作用下锂渣粉对混凝土氯离子渗透性影响的试验研究，欲为新疆地区钢筋混凝土结构的耐久性评价提供一定参考。 首先，根据《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55-2011）得到了强度等级为C40的混凝土设计配合比，并在此基础上测定了混凝土的基本性能。结果表明：混凝土28d立方体抗压强度随锂渣掺量的增加先增大后减小，掺量为20%时最大；圆柱体抗压强度与立方体抗压强度的变化趋势较为相似，且两者之间具有较好的线性相关性。同时发现，采用扫描电镜观察到的水泥基材料水化产物的变化情况可以较好解释混凝土立方体抗压强度的变化规律。 其次，采用电通量法测定了一次加载和循环加载下混凝土的电通量。结果发现：荷载作用会对混凝土的渗透性产生显著影响，在一次加载和循环加载下，电通量随应力比增加近似呈指数函数关系增加；锂渣粉加入到混凝土中可以有效降低其氯离子渗透性，电通量随锂渣掺量的增加近似呈二次函数关系减小。并且发现，电通量与初始电流具有较好的线性相关性。 最后，采用电通量法测定了冻融循环作用下混凝土的电通量。结果表明：随冻融循环次数的增加，混凝土电通量近似呈线性增加，且当冻融循环次数为75次时，不同锂渣掺量下的混凝土仍具有较高的抗氯离子渗透性；锂渣粉加入到混凝土中能明显降低其氯离子渗透性，随锂渣掺量的增加，混凝土电通量近似呈负指数函数关系下降。同时得到，电通量与初始电流间、电通量与氯离子渗透深度间、初始电流与氯离子渗透深度间均具有较好的线性相关性。