关键词： 锂渣   冻融循环   硫酸盐侵蚀   孔结构  

摘要： 基于锂渣的微集料效应和活性效应研究了冻融循环作用下锂渣不同掺量对混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能,同时利用扫描电镜和压汞法探究分析了冻融循环作用下锂渣混凝土在硫酸盐侵蚀作用下的形貌变化和孔结构变化。结果表明:锂渣能有效增加混凝土在冻融循环作用下的抗硫酸盐侵蚀,且随着锂渣掺量的增加,混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能越优;冻融循环作用下混凝土在硫酸盐溶液中生成的腐蚀产物是钙矾石,;掺加锂渣能有效改善混凝土的孔结构,掺加30%锂渣混凝土在硫酸盐溶液中冻融循环420次之后的孔隙率为17. 9%,而不掺加锂渣混凝土的孔隙率为29. 1%。

关键词： 玄武岩纤维水泥土   冻融循环   物理特性   力学特性   隧道基底加固  

摘要： 为研究软土地区隧道基底水泥土加固材料的性能,分别进行了冻融循环条件下玄武岩纤维水泥土的静态抗压和劈裂抗拉试验,同时对不同冻融循环次数后的玄武岩纤维水泥土试样的高度、质量以及超声波进行了测试,探讨冻融循环作用对新型玄武岩纤维水泥土材料的物理及力学特性的影响。试验结果表明,随着冻融循环次数0、1、3、6、9和12的依次增加,玄武岩纤维水泥土试样的高度、质量和波速总体呈先减小后增大的趋势;其抗压强度和抗拉强度同样先减小后缓慢增大,6次冻融循环后的试样强度最低;冻融循环作用影响着玄武岩纤维水泥土的物理和力学特性,且物理特性和力学特性之间存在一定的相关性。该研究可为季节性冻土区隧道工程设计与建设提供一定的试验基础。

关键词： 季冻区   冻融循环   橡胶混凝土  

摘要： 在混凝土中掺入橡胶粉制成橡胶混凝土,既可对废旧轮胎进行高附加值利用,又可提高混凝土的抗裂、耐磨、抗滑、减振、降噪等多方面路用性能。为研究冻融循环作用后橡胶混凝土与钢筋的锚固性能,采用钢筋开槽内贴应变片的方法,快速冻融后做中心拉拔试验,研究了冻融循环次数以及橡胶掺量对橡胶混凝土与钢筋锚固性能的影响。试验结果表明:掺入5%、10%的橡胶粉,有利于冻融循环作用后钢筋与混凝土间的锚固性能;未经冻融循环的橡胶混凝土试件与橡胶粉掺量为0%的试件相比,橡胶掺量为15%的混凝土试件极限粘结强度下降56%,而橡胶掺量为5%、10%的试件极限粘结强度几乎没有下降;冻融循环至125次,橡胶掺量为5%、10%、15%的混凝土试件粘结强度分别下降60%、58%、50%,与未掺橡胶混凝土粘结强度相比下降幅度减小了约8%。

关键词： 冻融循环   类岩石材料   单轴压缩   力学性能  

摘要： 冻融循环条件下的类岩石的力学特性是岩石工程中的一项重要课题。以西部寒区隧道中围岩区域分布较多的页岩为代表,采用水泥、河砂、粉煤灰制成类岩石材料,通过不同冻融循环次数的冻融试验和单轴压缩试验,研究分析了应力—应变曲线、弹性模量、割线模量随冻融循环次数的变化规律,为研究寒区岩土工程的基本力学性质提供可靠的试验依据。

关键词： 膨胀土   冻融循环   孔隙水压力   竖向胀缩位移   力学参数  

摘要： 季冻区膨胀土工程的稳定性在膨胀土的不良工程性质以及季冻区特殊的气候条件影响下受到严峻挑战,冻融作用下的水分迁移以及水分变化导致的伴生现象致使浅层膨胀土发生胀缩变形和力学性能劣化,继而严重影响该区域工程运营的安全。因此,针对季冻区膨胀土工程特点,开展基于冻融循环作用的压实膨胀土的相关研究工作对于季冻区膨胀土工程的冻融病害防治是十分必要的。为研究季冻区浅层膨胀土在冻融循环条件下的变形特性与力学特性,首先采用自制的模型箱对压实膨胀土进行冻融循环条件下的一维土柱模型试验,对冻融环境中土体内部的温度、孔隙水压力及竖向胀缩位移的变化规律进行研究。然后通过全自动三轴试验系统对经历0～7次冻融循环试验的不同含水率的试样进行不固结不排水三轴剪切试验,研究压实膨胀土的应力-应变关系、弹性模量与抗剪强度等力学参数随冻融循环次数、含水率及围压变化的规律,并基于三轴剪切试验数据建立膨胀土破坏强度的预测模型。本文的主要研究结论如下:(1)单向降温条件下,较浅处土体距离冷端较近,土体内的温度梯度较大,降温速率较快,开始冻结后温度快速降低,导致其降温曲线与湿土的典型降温曲线相比并没有明显的恒定阶段出现。在冻结过程中,土体内部降温自上而下,在上层土体发生一定程度的冻结之后,下层土体冻结时失去自由面,随着温度进一步降低,未冻水进一步发生相变,导致下层土体受到冰胀挤压,从而导致孔隙水压力小幅增长。在融化过程中,上层土体融化导致冰胀挤压力快速减小,导致下层土体中的孔隙水压力在快速增大后又迅速减小。(2)冻融循环过程中孔隙水压力和竖向胀缩位移的变化受深度和冻融循环次数的影响较大。土层深度越浅,孔隙水压力在冻融过程中的波动越剧烈,竖向位移的变化幅度越大。首次冻融过程中孔隙水压力和竖向位移的变化幅度较大,随着冻融循环次数增加,两者的变化幅度逐渐减小。在第一次冻融过程中,土体的冻胀量大于融沉量,在后期冻融作用下,土体的粘聚力和摩擦力减弱,土体抵抗沉降的能力减小,导致冻胀量小于融沉量,土体相对于初始状态表现为整体下沉。(3)冻融循环作用、含水率及围压对季冻区膨胀土的应力-应变关系有显著影响。在18.2%～24.2%的含水率范围内,压实膨胀土的应力-应变曲线形态在试样含水率不超过最优含水率时均表现为应变软化,其破坏形式均为脆性破坏;而当含水率超过最优含水率时,随着冻融循环作用次数、含水率及围压的增大,压实膨胀土的应力-应变曲线形态从应变软化逐渐向应变硬化发展,其破坏形式从脆性破坏逐渐向塑性破坏发展。(4)压实膨胀土的弹性模量、抗剪强度和破坏强度均随着冻融循环作用次数增加而减小,且均在经历多次冻融循环作用之后基本趋于稳定;随着含水率增大,弹性模量、抗剪强度和破坏强度均急剧减小;随着围压增大,相同含水率试样的弹性模量与围压之间没有表现出明显的规律性,而抗剪强度随着围压的增大而增大,且其增幅随含水率增大而逐渐减小。(5)考虑冻融循环作用和含水率对季冻区膨胀土破坏强度的影响,构建了考虑单个因素影响的二维预测模型及双因素交互作用影响的三维预测模型,并通过试验结果与预测结果的比较验证了预测模型的可靠性和合理性。

关键词： 冻融和盐冻循环   质量损失率   强度损失率   吸水率   防护涂层类型  

摘要： 冻融循环作用和盐冻循环作用使混凝土结构的耐久性和强度大大降低,混凝土结构作为一种非常重要的承重原材料,在我国的大部分严寒地区都得到了普遍的应用,所以不可避免会遭到冻融循环作用的损伤。现阶段有许多围绕混凝土的冻融循环作用和盐冻循环作用破坏而展开的研究试验,大都主要集中在冻融循环机理、盐冻循环机理、混凝土的使用材料和添加剂等方面研究。国内和国外虽然有许多冻融循环作用和盐冻循环作用后的力学性能方面的研究试验,但是在某些方面的研究还不系统,比如说缺少混凝土经过冻融循环作用和盐冻循环作用后的抗压强度和劈裂抗拉强度的降低规律的系统研究。但这与实际工程中混凝土的冻融循环作用和盐冻循环作用存在着较大的差别,还需要进行大量并且多方面的试验研究。找出多方面的因素对混凝土的承载力和抗压能力方面的衰减规律的研究变得很有必要。特别是针对混凝土在不同防护涂层类型、冻融循环次数、水灰比、混凝土强度等影响因素作用下的冻融循环作用和盐冻循环作用对比试验研究,这更能为在实际工程中预防混凝土冻融循环作用和盐冻循环作用破坏后的冻害影响,提供比较系统的现实支撑和理论支撑。盐溶液环境对混凝土构筑物的侵蚀产生的经济损失大概占国家经济总量的1%～5%,每年大概有30%～40%的混凝土建筑材料因为遭到冻融循环作用和盐冻循环作用破坏而被毁坏。目前有两类保护混凝土建筑方法:一类是基本保护方法,比如采用高性能混凝土制作而成的混凝土建筑结构,但是混凝土结构本身就是一种多孔的材料,其具有一定的渗透性能,不能完全阻止外部环境中的水分和侵蚀介质的侵入。第二类为使用保护涂料技术,用保护涂料技术将使海洋侵蚀环境中的混凝土建筑物结构工程实现长时间的服役变为可能,这是抵抗冻融循环作用和盐冻循环作用等领域的突破。本文的主要研究内容如下:(1)掌握东北地区典型的混凝土结构冻融循环作用和盐冻循环作用后的冻害的实际工程情况。分析实际工程中影响混凝土冻害的主要因素,对工程中的混凝土桥梁进行了现场调查和检测研究。研究冻融和盐冻下混凝土的耐久性能并分析破坏机理。(2)分析影响因素,进行不同冻融循环次数、防护涂层类型、水灰比、混凝土强度等因素影响下的冻融循环对比试验,测量冻融后混凝土的质量、抗压强度损失率和含水率。(3)分析研究混凝土试件在不同水灰比、混凝土强度等级、盐冻循环次数、防护涂层类型等影响因素下盐冻循环对比试验研究,测量质量损失率、吸水率、劈裂抗拉强度和不同NaCl浓度溶液对混凝土试件造成的盐冻损伤破坏。选取NaCl溶液浓度分别为3%和5%中低NaCl浓度溶液、10%中高NaCl浓度溶液、15%高NaCl浓度溶液,并对5种不同涂层类型防护组合的混凝土试件和无保护涂层防护的混凝土对比试件进行细致比较。研究不同涂层类型防护的混凝土试块盐冻循环作用后,在碱和酸加速腐蚀条件下吸水性的变化规律,采用电通量加速扩散法(RCP)分析试验试块盐冻后抗氯离子渗透能力。

关键词： 钢管混凝土节点   铝合金管混凝土节点   冻融循环作用   弯矩-转角曲线   粘结-滑移曲线  

摘要： 我国大部分地区结构物都会经受冻融循环作用,在经历长期的冷冻和解冻循环后,结构物的力学性能会受到不同程度的影响。钢管混凝土组合结构,与普通混凝土相比,其刚度,强度和稳定性都有很大程度地提升,正是这种良好的受力性能,使其广泛应用于生产实践,有关理论研究也较为丰富。但是钢管混凝土组合结构材料仍有缺点,即钢材容易生锈,耐腐蚀性差,这不仅会导致维修成本的提高,而且还会带来结构上的隐患。当钢管混凝土组合结构长时间在极端恶劣的环境中遭受冻融循环作用时,钢材的这些缺点可能会引发致命破坏,于是有部分学者提出研究不同材料的金属管混凝土组合结构,如不锈钢和铝合金材料。其中,在建筑行业,已经有许多应用铝合金混凝土组合结构的成功案例。铝合金材料具有许多不同于钢材的特点,例如耐腐蚀,自重小,外观优美等特点,但是铝合金材料和钢管材料的热膨胀系数差异较大,前者约为后者的两倍。目前,钢管混凝土和铝合金管混凝土梁柱节点在冻融循环作用后力学性能变化的研究还较少,限制了二者在更多领域的应用。为研究钢管混凝土节点和铝合金管混凝土节点构件在冻融循环作用后的性能差异性,本文通过实验和理论完成了如下工作:1)本文选择框架结构梁柱节点作为研究对象,分别设计了钢管混凝土“梁柱节点”和“推出试件”各5根,铝合金管混凝土“梁柱节点”和“推出试件”各5根,并让试件在冻融环境试验箱中分别经受0次,100次,200次,300次的冻融循环作用;2)通过实验得到两种材料的管混凝土节点经冻融循环作用后的弯矩承载力,绘制了这些节点的弯矩-转角曲线图,并分析结果产生的原因,并给出了一定范围内节点弯矩-转角关系的计算模型;3)利用设计的“推出试件”,通过推出实验,得到两种材料的管混凝土经过不同冻融循环次数作用后,混凝土与钢管和铝合金管表面的粘结-滑移全过程曲线,并测出了推出过程中,金属管表面的应变分布,分析了混凝土与管壁的粘结情况;4)利用有限元软件ABAQUS对试件的节点的静力加载过程进行模拟,从理论上研究节点的破坏机理;对“推出试件”进行模拟,研究混凝土与金属管表面的粘结-滑移过程。

关键词： 冻融循环   层理砂岩   损伤演化   横观各向同性   核磁共振  

摘要： 为了更好的认识寒区层理发育明显的岩体在冻融循环作用下的损伤演化规律及横观各向同性特征,进而为寒区工程提供理论指导与参考。本文以层理结构明显的细粒砂岩与粗粒砂岩为研究对象。首先,对制备好的砂岩样品进行冻融循环试验及循环过程中的物理性质测试,包括:波速测试、孔隙率测量、核磁共振试验、三维形貌扫描试验;接着对冻融循环后的岩样进行力学性质的测试,包括:巴西劈裂试验、变角剪切试马单轴压缩试验;最后,对冻融循环作用下砂岩的孔隙率、纵波波速、核磁共振T2的测试结果进行分析,探究了冻融循环作用下不同层理砂岩的物理性质变化特性;对砂岩试样力学参数在冻融循环作用下的劣化规律进行了分析;对粗粒砂岩孔隙率、核磁共振T2谱面积、波速、力学性质随冻融次数变化的横观各向同性进行探讨,并对细粒砂岩介孔核磁共振T2谱面积随冻融次数变化的横观各向同性进行分析。主要得到以下结论(1)波速随冻融次数的增加呈衰减趋势。随冻融次数的增加细粒砂岩波速衰减的速率小于粗粒砂岩。随冻融次数的增加,超声波垂直于层理传播时,波速的衰减速率明显大于超声波顺层理传播。致密程度的不同、层理角度的不同都会影响到超声波在介质中的能量耗散。冻融循环引起的致密程度、层理接触面胶结状态的变化是影响纵波波速的主要原因(2)孔隙率随冻融次数的增加呈“三阶段趋势”,即快速增大-缓慢增大-快速增大冻融循环过程中,垂直层理样品孔隙率增加速率快于水平层理样品,且垂直层理样品缓慢增大阶段累积时间小于水平层理样品(3)核磁共振T2谱面积随冻融次数的增加有增加趋势。对于细粒砂岩,随冻融次数的增加介孔的2谱面积有增大趋势,微孔T2谱面积处于波动状态。对于粗粒砂岩随冻融次数的增加微孔T2谱面积有减小趋势,介孔T2谱面积有增大趋势。随冻融次数的增加,粗粒砂岩核磁共振T2峰有右移趋势,且左边峰值不断减小,右边峰值不断增大。(4)抗拉强度随冻融次数的增加呈下降趋势。在冻融循环作用下,加载方向垂直于层理方向的试样抗拉强度减小的幅度大于加载方向平行于层理方向的试样;黏聚力随冻融次数的增加而减小。在冻融循环作用下,剪切面垂直于层理方向的试样黏聚力减小的幅度大于剪切面平行于层理方向的试样。(5)单轴抗压强度和弹性模量随冻融次数的增加都出现衰减趋势。冻融循环作用下,对于细粒砂岩样品,加载方向垂直于层理面时,单轴抗压强度与弹性模量衰减的速率大于加载方向平行于层理面样品;对于粗粒砂岩却得到相反的结果(6)冻融循环作用下,层理砂岩损伤累积有典型的横观各向同性特征。随冻融循次数的增加垂直层理样品损伤速率快于平行层理样品,垂直层理样品损伤累积所用时间小于平行层理样品。随冻融次数的增加细粒砂岩介孔T2谱面积横观各向同性减小,粗粒砂岩介孔T2谱面积横观各向同性增加。随冻融次数的增加,纵波波速、抗拉强度、黏聚力、单轴抗压强度横观各向同性不断增强。基于本次试验所得结论,可以为评估冻融循环作用下层理砂岩损伤演化及横观各向同性特征提供重要参考。

关键词： 电阻率   强度   固化土   含水率   冻融循环  

摘要： 随着国家不断的发展,很多寒冷地区的资源开始慢慢在进行开发,同时大量工程项目也在寒冷地区进行规划建设,因此需更多的对寒冷地区冻土及其物理性质的研究进行逐渐加深了解及合理利用。本文采用川藏线G318国道上具有代表性的季节性冻土作为研究对象,在充分借鉴和吸取前人研究成果的基础上,以室内土工试验、电阻率试验、冻融循环试验、无侧限抗压强度试验、直剪剪切试验等为手段,系统的研究了冻融循环作用下水泥固化土的无侧限抗压强度、抗剪强度指标(粘聚力、内摩擦角)和电阻率随水泥掺入量、冻融循环次数和含水率这三个因素的变化规律。同时,探讨固化土的无侧限抗压强度、抗剪强度指标(粘聚力、内摩擦角)与电阻率之间的变化关系。本文所研究内容及获得的结论主要包括以下几个方面:(1)冻融循环次数、水泥掺入量及含水率这三个因素对无侧限抗压强度特征变化规律。(1)当在土体中掺入水泥时,一定的冻融循环次数可使土体的抗压强度有所提升。(2)当在高含水率下时,冻融循环作用导致素土的抗压强度损失比较低含水率大。(3)当在低含水率下时,冻融循环作用导致水泥土的抗压强度提升比相较于高含水率大。(2)冻融循环次数、水泥掺入量及含水率这三个因素对抗剪强度指标特征变化规律。(1)低水泥掺入量时,冻融循环作用可使固化土粘聚力有所提升,内摩擦角减小越多;高水泥掺入量可使粘聚力有所下降,且冻融循环作用下固化土的粘聚力损失越多,内摩擦角损失越小。(2)当在高含水率下时,冻融循环作用导致素土的粘聚力提升比相较于低含水率大,而内摩擦角呈减小趋势。当在适中含水率时,冻融循环作用导致水泥土的粘聚力损失比相较于高含水率或低含水率大。当低含水率下时,冻融循环作用导致水泥土的内摩擦角损失比相较于高含水率大。(3)随着冻融循环的增加,素土和固化土的粘聚力都逐渐增加而后趋于稳定,且固化土的粘聚力增长趋势小于素土粘聚力的增长趋势。(3)冻融循环次数、水泥掺入量及含水率这三个因素对电阻率的特征变化规律。(1)高水泥掺入量时,水泥固化土的电阻率增加。(2)在不同的含水率下,素土在未冻条件下其电阻率相对较高。(3)当冻融循环次数过多时,电阻率具有较稳定的状态。当冻融循环次数较少时,电阻率具有不稳定的现象。(4)不同掺量水泥固化土在未冻融状态下,电阻率分别与无侧限抗压强度、粘聚力、内摩擦角呈非线性相关性、线性相关性、非线性相关性。不同掺量水泥固化土在冻融状态下,电阻率分别与无侧限抗压强度、粘聚力、内摩擦角呈线性相关性、非线性相关性、线性相关性。

关键词： 自密实混凝土   冻融循环   抗压强度   应力—应变曲线  

摘要： 冻融循环对混凝土的结构和功能有一定的损坏,尤其是处在含水较多地区的结构。目前有关混凝土冻融后的研究大多是从材料微观的角度出发,如添加引气剂、掺加矿物掺合料等。对混凝土冻融后力学性能的研究大多为立方体抗压、抗折、劈拉强度与冻融次数的关系,而对冻融后构件的应力—应变曲线进行详细研究的较少,且自密实混凝土的应用越来越广泛,因而研究自密实混凝土冻融后的应力—应变关系具有较高的科研价值和意义。本文的主要工作为:(1)通过对自密实混凝土拌合物进行工作性能测试,包括坍落扩展度和T、J环、L型仪三种试验方法。(2)浇筑了C40和C70自密实混凝土100mm?100mm?400mm的棱柱体试件,并对其进行冻融后质量和动弹性模量的测定。浇筑了C40和C70自密实混凝土立方体试块,分为150mm和100mm两种尺寸,并测定其在不同冻融次数下的立方体抗压强度。浇筑了C40和C70自密实混凝土150mm?150mm?300mm标准棱柱体试件,并对不同冻融次数下的标准棱柱体试件进行单轴受压试验。本文的主要结论为:(1)C40自密实混凝土在125次冻融循环中,随着冻融次数的增加,相对动弹性模量逐渐下降,质量损失率大体呈现增加态势。C70自密实混凝土在400次冻融循环后质量和相对动弹性模量均有所增加。(2)在150次冻融循环中,除150mmC70立方体抗压强度在79MPa上下波动外,150mm C40立方体、两种强度等级的100mm立方体的抗压强度均随着冻融次数的增大而降低,且100mm立方体抗压强度比150mm立方体的下降速度更快。(3)随着冻融次数的增大,C40自密实混凝土标准棱柱体应力—应变曲线的上升斜率越早出现变化,下降段的离散程度越来越大,曲线逐渐趋于平缓,相对峰值应变大体呈上升趋势,弹性模量逐渐降低。C70自密实混凝土到200次冻融循环时曲线才发生较明显的变化,峰值应变则在2250με处上下波动,弹性模量先略微上升,然后有小幅度下降。两种强度的棱柱体的峰值应力均随冻融次数的增加而下降。相同冻融次数下,棱柱体抗压强度的下降速度比150mm立方体快。(4)采用过镇海的应力—应变曲线两段式方程进行拟合,得到了C40自密实混凝土冻融后的曲线上升参数a与冻融循环次数n的拟合公式。