关键词： 大坝   混凝土材料   高寒地区   纳米掺合料   冻融循环   抗冻性能  

摘要： 为有效解决冻融循环对大坝混凝土造成的损伤、降低其性能的衰减,结合抗冻机理分析给予高寒地区大坝建设所用混凝土配比的优化,通过在常规配比中增加高活性纳米掺合料的方式优化混凝土分子结构、氯离子扩散系数以及相对动弹性模量与质量的损失率,进一步增加混凝土的负荷强度以及力学性能,从而形成良好的抗冻效果。另外,采用气泡参数试验分析与实例相对比的形式对该研究中提出的观点进行对比验证。最终验证结果显示,该研究中所优化的混凝土可减少6 kg/m^(3)的用水量,在模拟冻融循环环境下其抗压强度、劈拉强度、氯离子扩散性能分别最高可提升8%、19.30%、59%,气泡间距系数<0.25 mm、抗冻等级>F400,表明采用纳米掺合料的混凝土在高寒地区的冻融循环中具有更优异的工作性、微结构性能和抗冻性能。

关键词： 芳纶纤维   混凝土   力学性能   强度预测模型   复合材料  

摘要： 芳纶纤维具有纤维含量高、密度小、韧性大等特点,对提升混凝土材料的力学性能有着巨大的潜力。以芳纶纤维为原料,对冻融循环作用下不同纤维体积掺量(1%、2%、4%)及纤维长径比(200、400、600)的芳纶纤维增强混凝土(AFRC)力学性能进行试验研究,得到了AFRC的抗压强度和抗拉强度。试验结果表明,随着冻融循环次数的增加,混凝土的抗压强度和抗拉强度均有所降低。在循环60次时,AFRC抗压强度和抗拉强度均降低50%左右。AFRC抗压强度随纤维体积掺量的增加而降低,随纤维长径比的增加而增加,抗拉强度基本保持不变。此外,基于试验数据建立了芳纶纤维增强混凝土抗压强度及抗拉强度的预测与转换模型。

关键词： 细粒硫酸盐渍土   盐冻胀力   冻融循环   含盐量  

摘要： 硫酸盐渍土在失水或者温度降低的情况下会产生盐胀现象,严重影响结构物的正常使用.为研究细粒硫酸盐渍土盐冻胀力学特性,选取青海乐都公路段二十里铺区沿线硫酸盐渍土,采用自制试验箱,开展室内冻融循环试验,分析含盐量及冻融循环次数对法向盐冻胀力的影响.试验结果表明:冻融循环过程中,土中盐溶液向土体上表面迁移,同时析出的盐结晶和冰结晶使土样中硫酸钠溶液浓度增大,从而引起土体膨胀变形.压实系数为0.93、含水率为20%的细粒硫酸盐渍土盐冻胀力随着含盐量和冻融循环次数的增加而增大,盐冻胀力的增长趋势随着冻融循环次数的增加逐渐降低;在一个冻融循环周期内,按照盐冻胀力中盐胀占比及冻胀占比随温度变化的规律,将盐冻胀力变化分为四个阶段:盐胀阶段、盐冻胀耦合阶段、冻胀阶段、融化阶段,并测得含盐量为1.5%~4.0%的细粒硫酸盐渍土冻结温度在2~-5℃内变化,且冻结温度随着含盐量的增加而降低;盐冻胀力冻结峰值与残余值随着冻融循环次数的增加而增加,表明细粒硫酸盐渍土的盐冻胀力具有累加性,且含盐量越大累加性越强.

关键词： 纤维混凝土   碳酸钙晶须   强度   冻融循环试验   耐久性  

摘要： 为解决在盐蚀等复杂环境下混凝土性能下降的问题,试验利用网状聚丙烯纤维、玄武岩纤维及碳酸钙晶须对混凝土进行改性,制备一种改性纤维混凝土并研究不同晶须掺量下混凝土的性能。结果表明,在纤维混凝土中掺入碳酸钙晶须,混凝土的坍落度下降,工作性能提高,并且抗压、抗折强度提升;试验制备的碳酸钙晶须改性纤维混凝土综合性能较好,可以应用于高浓度盐碱等复杂环境。

关键词： 花岗岩   冻融循环   单轴抗压强度   纵波波速  

摘要： 以伊春鹿鸣钼矿发育的花岗岩边坡岩体为例,开展不同风化程度的花岗岩岩石样品的冻融循环单轴抗压强度试验和纵波波速试验,得到不同风化程度的花岗岩冻融循环单轴抗压强度和纵波波速损失程度不同,风化程度高的花岗岩冻融系数较低;冻融循环作用下的花岗岩单轴抗压强度冻融系数与纵波波速损伤变量之间为线性关系,对于不同风化类型的花岗岩,其线性关系高度相近。从边坡稳定性分析的角度出发,提出了2种获取冻融循环花岗岩边坡岩体强度参数的方法,并进行了计算验证。结果显示:采用单轴抗压强度冻融系数直接折减抗剪强度,或采用纵波波速冻融系数折减RMR值后推导抗剪强度,所得结果均可进行边坡稳定性计算;相对来讲,后者计算的安全系数与边坡体实际稳定状态更为接近。

关键词： 岩石力学   冻融循环   孔隙度   强度衰减   砂岩  

摘要： 边坡岩体的冻融破坏是西部寒区露天矿山开采中常遇到的主要病害之一。为了研究冻融循环作用下边坡岩石的力学特性及细观结构劣化规律，对经历5种不同冻融循环次数(0、20、40、60和80次)的饱水砂岩进行静态压缩试验，并利用核磁共振与扫描电镜技术测试冻融前后饱水砂岩内部孔隙及形貌变化，分析冻融循环条件下饱水砂岩孔隙度、细观结构特征及静态压缩强度的演化规律，建立饱水砂岩在冻融循环条件下的强度衰减预测模型。结果表明：(1)随着冻融循环次数的增加，饱水砂岩弹性模量线性降低，80次冻融循环后，静态抗压强度下降28.13%，且静态抗压强度与孔隙度呈负相关，冻融作用引起岩样内部较弱的矿物颗粒剥落析出，对其细观结构有明显弱化效应，细观结构损伤会进一步劣化其宏观力学性能；(2)冻融循环作用下饱水砂岩的孔径呈“三峰”分布，随着冻融循环次数的增加，小孔隙扩展发育形成中孔隙和大孔隙，核磁共振T2谱面积增加，中孔隙和大孔隙占比增加；(3)冻融条件下的饱水砂岩强度衰减预测模型符合指数方程，模型为冻融作用下岩石的力学性能与耐久性提供了有意义的衰减常数和半衰期参数，且孔隙度变化量与相对峰值强度的拟合优度较好，可以很好的反映不同冻融循环次数下的饱水砂岩强度劣化规律。

关键词： 聚丙烯纤维   冻融循环试验   抗压强度   强度损伤模型  

摘要： 为提高混凝土在冻融环境下的耐久性,研究0.9 kg/m^(3)聚丙烯纤维掺量下混凝土等级和冻融循环次数两种因素对混凝土抗压强度和质量损失的影响。将C40、C50素混凝土和同等级聚丙烯纤维混凝土进行50、100、150、200次冻融循环试验。使用origin软件进行试验数据分析,并对建立抗压强度损伤模型。结果表明:冻融0次时,添加聚丙烯纤维对C40、C50素混凝土的抗压强度分别提高了4.2%和3.8%,随着冻融次数达200次时,聚丙烯纤维的加入使混凝土抗压强度损失率减小了7.9%和5.5%,说明聚丙烯纤维混凝土抗冻性优于普通混凝土。在试验数据的基础上,理论分析了不同配合比聚丙烯纤维混凝土冻融循环后抗压强度损伤规律,建立了混凝土冻融破坏后的力学性能损伤规律模型。

关键词： 土石混合体   冻融循环   温度   未冻水含量   变形  

摘要： 冻融循环作用显著影响土石混合体的水-热-变形相互作用过程及力学特性。基于此,本文开展了单向冻融循环作用下土石混合体水-热-变形相互作用及无侧限抗压强度试验。通过单向冻融循环装置对30%砾石含量的土石混合体进行了4次单向冻融循环试验,每次循环根据设定的温度变化曲线持续168小时,模拟实际自然环境中冻结和融化的周期。同时,利用微机控制电液伺服万能试验机开展了未冻融和冻融循环后试样的力学特性测试,并探讨了冻融循环对土石混合体微观结构劣化机理的影响。研究结果表明:单向冻融循环对试样内温度、水分和变形有显著影响。冻融循环过程中土石混合体的融化速率大于冻结速率,试样在冻融循环过程中存在着体积未冻水的迁移和重分布。第一次冻融循环对土石混合体变形影响最为显著,试样的净变形随着冻融循环次数的增加先增大后趋于稳定。此外,反复的单向冻融循环改变了试样的孔隙结构。冻融循环后试样的抗压强度和变形模量分别减小了45.31%和60.92%,其衰减幅值随着冻融循环次数的增加而降低。

关键词： 冻融循环   路基结构   半透膜   水汽迁移   孔隙结构   升降温速率   融化水  

摘要： 在冻融循环环境下,路基结构内水分迁移是导致道路冻胀、融沉变形的主要原因。为了探究冻融循环条件下路基结构的水热汽迁移规律,模拟了实际工程的路基结构,基于半透膜材料开展了冻融循环条件下的水、汽分离的水分迁移试验,通过监测试样的水热变化、荧光素上升图像、补水量和集水量变化曲线,得到了水分迁移规律,进而分析了土的孔隙结构、升降温速率和温度梯度等因素对水汽迁移和液态水流出特征的影响。试验结果表明,在土水势作用下,马氏瓶的水分首先以水-汽混合的形式在土柱中向上迁移,达到一定高度后,转变为以水汽的形式向上迁移。非饱和土柱的水汽会透过半透膜向碎石层和控温板底迁移,在整个冻融循环过程中,水汽向碎石层和控温板底的迁移量呈现线性增加的趋势,表明水汽迁移在水分聚集过程中的作用不可忽视。碎石层和控温板底液态水的流出主要集中在每个冻融周期的两个阶段,第一阶段为降温阶段,以冷凝水为主;第二阶段为融化阶段,以融化水为主,融化水占一个冻融周期液态水流出量的70%以上。粉质黏土孔隙较小导致水汽迁移主要受体积含气率的影响,随着粉质黏土土柱含水率的增加,水汽迁移量呈减小趋势。而砂土的孔隙较大,水汽迁移主要受水汽扩散增强因子的影响,随砂土土柱含水率的增加,水汽迁移量呈增大趋势。降温速率减小使冻结锋面有一个缓慢下移的过程,减小土体冻结对水汽迁移通道的封闭影响。升降温速率的减小导致碎石层和控温板底的水分聚集量增大。较大的温度梯度导致水汽扩散系数和水汽密度梯度的增加,从而引起碎石层和控温板底的水汽迁移量增大。

关键词： 硫酸盐盐渍土   三轴试验   冻融循环   含盐量   抗剪强度参数  

摘要： 为研究硫酸盐盐渍土在冻融循环作用下的力学特性,结合京沈高速铁路朝阳段的工程实际,利用三轴不固结不排水试验对不同冻融循环次数(最多50次)、盐质量分数(0%、2%和5%)和围压(100 kPa、200 kPa、300 kPa和400 kPa)下的硫酸盐盐渍土进行研究,分析不同试验条件下硫酸盐盐渍土的抗剪强度特性及强度劣化机理。研究结果表明:随着冻融循环次数、盐质量分数和围压的逐渐增加,硫酸盐盐渍土的应力-应变曲线逐渐由应变软化向应变硬化转变;抗剪强度随冻融循环和盐质量分数的增加而逐渐降低;对于盐质量分数0%的试样,内摩擦角受冻融循环影响不明显,在30°~34°之间;在短期冻融循环(1~9次)作用下,黏聚力呈上升趋势,在冻融循环9~20次过程中,黏聚力急剧下降,当冻融循环大于20次后,黏聚力逐渐趋于稳定;对于盐质量分数2%和5%的试样,短期冻融循环(小于9次)对内摩擦角影响不显著,而在冻融循环20次后,内摩擦角急剧减小;在冻融循环1~20次过程中,试样的黏聚力逐渐减小,在冻融循环20次时,黏聚力达到最小值;土样在反复冻融循环作用后,土体颗粒大量分解,粒度逐渐变细,细颗粒占比逐渐增大。研究结果可为类似工程提供理论指导。