关键词： 工程修复   土木工程   开封城墙   毛细水破坏   冻融循环试验   数值模拟  

摘要： 开封城墙早在1996年就被列为第四批全国重点文物保护单位,历史上多次遭遇洪水灾害,现存城墙为清代所建。为了加强开封城墙的保护管理,开封市政府曾多次组织开展修复工程。但是,随着时间的推移,开封城墙还是出现了剥落、开裂、局部坍塌等破坏情况,影响了城墙的整体美观,同时造成了安全隐患。本文以开封城墙大梁门北段为研究对象,进行毛细水对开封城墙破坏的研究。主要内容如下:（1）探索开封城墙材料的基本性能。查阅国内外现有文献,结合现场取样试验,了解城墙砖、城墙土的材料类型和各项数据。测试开封城墙砖、土含水率,弹性模量等物理性能,为城墙砖、土的破坏试验和数值模拟提供数据支撑。（2）试验探索毛细水对城墙土的破坏作用。以城墙土为研究对象,毛细水侵入城墙土体后,城墙土由于自身材料的劣化产生不均匀沉降、鼓胀等变形,并反映到外包砖上,最终将对城墙外包砖的完整性产生一定的影响。通过现场对城墙土破坏形态的考察,设计冻融循环试验、抗剪试验等,研究毛细水对开封城墙的破坏作用。（3）试验研究毛细水对城墙砖的破坏作用。开封地下水位较高,且水质较差,含有大量可溶盐等杂质,使得城墙砖极易出现泛碱等病害,影响城墙外观及强度。通过调查开封水质,配置不同浓度溶液,针对城墙砖进行毛细水侵入试验、无侧限抗压试验、扫描电镜试验等,研究水中矿物侵蚀对城墙砖抗压强度等性能的影响。（4）数值模拟毛细水对城墙砖-土的破坏。结合国内外古城墙结构研究形式,基于ABAQUS有限元分析软件,建立城墙砖-土结合模型,通过改变材料的模量、内摩擦角、粘聚力等参数,分析影响开封城墙稳定性的主要因素,研究城墙砖、土的劣化最终对墙体的影响形式。提出开封城墙对毛细水病害的主要应对措施。

关键词： 冻融循环   力学性能   钢筋混凝土柱  

摘要： 混凝土的冻融破坏是一个普遍而严重的现象,会给工程带来巨大安全隐患并造成经济损失。目前,国内外研究人员对混凝土进行了大量材料层面的抗冻性研究,包括添加外加剂、改善孔结构等,对混凝土冻融循环后的基本力学性能也有大量研究,而对冻融循环后钢筋混凝土构件的力学性能研究相对较少。针对上述情况,本文开展了钢筋混凝土柱冻融循环后轴压力学性能试验研究,具体工作有:(1)对配筋率分别为1.40%、2.74%、4.52%的三组钢筋混凝土柱进行0～300次冻融循环,研究了冻融循环后试件表面形态、抗冻性试件质量损失率与相对动弹性模量、立方体抗压强度的变化情况。(2)对冻融循环后的钢筋混凝土柱进行轴压试验,观察了试件的裂缝发展过程和破坏形态,研究了不同冻融循环次数、不同配筋率对试件极限承载力的影响,分析了冻融循环后钢筋混凝土柱混凝土与钢筋承担荷载的变化情况,分析了混凝土的抗冻性指标和混凝土立方体抗压强度对冻融循环后钢筋混凝土柱轴压试件承载力评价的优劣。本文的主要结论为:(1)冻融循环对试件表面造成了显著破坏,抗冻性试件冻融循环前期质量小幅增加,后期质量迅速下降,相对动弹性模量则一直呈下降趋势,150mm立方块抗压强度随冻融循环次数的增加呈不断下降趋势。(2)冻融循环加速了钢筋混凝土柱轴压试验时裂缝的发展速度,导致试件端部出现的裂缝增多,裂缝贯通试件表面的速度加快,高配筋率能有效减缓试件轴压后的破坏程度。(3)冻融循环导致了三组钢筋混凝土柱极限承载力呈现出不同幅度的下降,配筋率越高的试件下降幅度越大。同一组试件内,不同冻融循环次数下钢筋承担荷载基本保持不变,冻融循环后混凝土的损伤为影响试件极限承载力的主要因素。根据试验结果,给出了冻融循环后不同配筋率的钢筋混凝土柱极限承载力拟合公式,公式值与试验值较为吻合。(4)试验数据的分析结果表明:混凝土的抗冻性指标相对动弹模模量和质量损失率不能直接反映钢筋混凝土柱轴压承载力随冻融循环次数的退化,而混凝土立方体抗压强度随冻融循环次数增加的退化规律能够在一定程度上反映试件承载力的退化。

关键词： 冻融循环作用   力学参数   劣化规律   断裂模式  

摘要： 实际工程中冻融循环作用下裂隙岩体损伤较为严重,研究其力学特性及损伤演化规律具有极大的现实意义。鉴于此,本文采用类岩石材料模拟不同长度裂隙对岩石力学性质及冻融损伤劣化的影响,通过试验结果分析冻融过程中岩石的变形破坏现象、抗压强度、弹性模量、应力-应变曲线等在冻融循环作用与不同长度垂直裂隙相耦合作用下的变化规律,研究结果表明:岩石的抗压强度、弹性模量随着裂缝长度增大而不断降低趋势;试样在单轴压缩整个变形过程可以分为4个阶段:(1)孔隙裂隙压密阶段;(2)预制裂隙张开阶段;(3)主干裂隙扩展延伸阶段;(4)断裂破坏阶段。冻融作用对(1)、(3)阶段影响最为明显,冻融后(1)阶段明显增长,而(3)阶段中岩石伴随着主干裂隙扩展的次级裂隙明显减少;冻融后试样相对于冻融前破坏后更加松散破碎,伴随着大量岩粉、矿物颗粒的产生。而对于不同长度裂隙试样,随着裂隙长度增长,试样破碎程度提高,且破坏模式更为复杂。本研究成果可为冻融循环作用下裂隙岩体劣化损伤及断裂特性研究提供参考。

关键词： 玻璃纤维增强复合材料筋   工程用水泥基复合材料   冻融循环   中心拉拔试验   本构模型  

摘要： 工程用水泥基复合材料(ECC)与玻璃纤维增强复合材料(GFRP)协同工作可以有效提高结构的耐久性,但关于它们在冻融循环作用下的粘结耐久性能研究较少.通过设计9组共计42个试件,并采用快冻法研究了75次冻融循环后ECC材料与普通混凝土的质量损失率、横向相对动弹性模量及ECC与GFRP筋粘结强度的变化情况,并对试件粘结滑移曲线进行对比分析.结果表明,ECC材料的抗冻性能明显优于普通混凝土,同时75次冻融循环后,强度等级为C30与C50的ECC与GFRP筋的粘结强度分别为普通C30混凝土与GFRP筋粘结强度的3.0倍及4.3倍;将拉拔试验结果与目前国内外广泛应用的mBPE模型、CMR模型和连续曲线模型进行拟合对比,得到了mBPE模型及CMR模型相应的拟合参数和拟合相关系数,并发现CMR模型的拟合预测效果更好.

关键词： 混凝土细观结构   冻融循环与碳化作用   含气量   气泡间距   抗冻性  

摘要： 本试验为了研究冻融和碳化共同作用对混凝土细观结构的影响,采用了RapidAir 457型硬化混凝土气孔结构分析仪对混凝土试样进行检测,具体包括评估混凝土抗冻性的内部含气量及气泡间距;为了连续观测混凝土结构中具有代表性的孔隙,选用精度较高的金相显微镜。试验结果表明,混凝土结构内部气孔结构越小,混凝土抵抗冻融的能力越强。随着冻融次数的不断增加,混凝土内部会逐渐形成较大的贯通裂缝,细观结构试验结果与宏观试验所观察到的结果相符,本试验具有说服性。

关键词： 混凝土   冻融循环   冲击波   动弹性模量   耐久性  

摘要： 通过室内试验,研究了混凝土冻融循环次数、水灰比对其质量损失率、动弹性模量及冲击波波速的影响,同时分析了采用冲击回波法测试混凝土动弹性模量的可行性.结果表明:混凝土的质量损失率、动弹性模量均随着冻融循环次数的增加而逐渐减小;混凝土水灰比越大,其质量损失越大,动弹性模量及冲击波波速越小;采用冲击回波法测定的混凝土动弹性模量与规范采用的共振法测定结果基本一致.

关键词： 单面冻融   混凝土抗侵蚀   气泡间距系数   耐久性  

摘要： 根据GB/T 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中单面冻融法,在5%NaCl介质条件下进行冻融循环与氯盐共同作用试验。结果表明:在掺20%粉煤灰时混凝土单位剥落物质量在经过96个循环后最小,单掺40%矿粉在氯盐侵蚀与冻融条件下耐久性比掺加10%粉煤灰和40%矿粉更高。对混凝土气泡间距系数测定得到气孔间距系数越小,孔比表面积越大,平均弦长越小混凝土在满足抗冻性要求时,在单面冻融情况下混凝土表面剥蚀量越少。

关键词： AC-13C型沥青混合料   冻融循环试验   数字图像处理   空隙变化规律  

摘要： 空隙率及空隙结构会影响沥青混合料的稳定性和耐久性。以AC-13C型沥青混合料为研究对象,综合运用X-Ray CT扫描技术和Mimics图像处理方法,分析了沥青混合料在冻融循环作用下的细观结构以及内部空隙变化情况。混合料的空隙率和空隙数量随冻融循环次数的变化规律为:初始呈单调增加趋势,随着冻融循环次数的增加,增幅变缓。三维重构后,混合料空隙率和空隙数量及尺寸沿试件纵向的变化规律为:试件两端空隙数量少,空隙尺寸大且形成的空隙率大;中间部分空隙数量多,空隙尺寸小且形成的空隙率小。该研究成果可为沥青路面减轻冻融损害和提高路用性能提供方向。

关键词： 再生混凝土   冻融循环   黏结滑移   梁式试验   有限元模拟  

摘要： 目的研究钢筋与再生混凝土梁式试件在不同冻融循环次数下的黏结性能,为再生混凝土结构的设计与使用提供借鉴.方法基于有限元软件ABAQUS中的接触法,建立以再生混凝土冻融损伤变量为参数的冻融损伤模型,以实际钢筋与再生混凝土黏结滑移梁式试验为基础,扩大试验参数范围,对冻融循环后的再生混凝土梁式试件进行黏结滑移数值模拟分析.结果使用接触法模拟钢筋与再生混凝土黏结滑移具有一定的可行性,数值模型结果与试验结果基本吻合,各模拟曲线与试验曲线整体趋势基本相似;在扩大参数范围后的模拟中,极限荷载随着冻融次数的增加而降低,冻融次数每增加50次,试件极限荷载下降约7%.结论再生混凝土在同一强度等级下,随着冻融循环次数的增加,极限荷载逐渐降低,冻融损伤逐渐增大,强度越低,冻融损伤越严重;当冻融循环次数与测试钢筋直径一定时,极限黏结荷载随钢筋锚固长度的增大而增大.

关键词： 低温   冻融循环作用   混凝土   强度等级   弹性模量  

摘要： 通过设计强度等级C40、C50及C60混凝土的低温冻融循环作用试验,探讨不同混凝土强度等级对其弹性模量的影响。选取的低温冻融循环作用温度区间为15℃—-120℃和15℃—-190℃,冻融次数分别取0次、16次和30次。结果表明,各强度等级混凝土经历不同温度区间低温冻融循环作用上限温度时的相对弹性模量均随冻融循环作用次数增加而减小,而下限温度时则随冻融循环作用次数增加不仅不降低还略有增大。无论是作用的温度区间和冻融次数不同还是上下限温度时加载,其相对弹性模量均随混凝土强度等级的提高而增加。各强度等级混凝土弹性模量变化特征明显不同于自然环境的常规冻融试验结果,较少的冻融循环作用次数便使其产生严重的恶化。