为了探究风积沙自密实混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能,研究了不同侵蚀龄期下风积沙掺量对自密实混凝土的工作性、质量损失率、相对动弹性模量和耐蚀系数的影响。结果表明:随着风积沙取代率的增大,风积沙自密实混凝土拌和物的坍落扩展度呈先增大后减小的趋势;随着侵蚀龄期的延长,风积沙自密实混凝土的质量、相对动弹性模量和耐蚀系数均呈先增加后降低的趋势;适量掺入风积沙能有效改善自密实混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能,当侵蚀龄期为120 d时,60%风积沙取代率下的风积沙自密实混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能最佳;风积沙自密实混凝土的耐蚀系数与相对动弹性模量和质量损失率均存在良好的线性关系。

为探究混凝土的劣化规律,对混凝土的力学性能进行了预测,以试验室数据为基础,构建了各项力学性能指标的灰色GM(1,1)预测模型,预测各项指标的劣化规律。结果表明:以盐溶液作为冻融介质会加快试块的破坏,且不同盐溶液对试块的破坏程度存在一定差距;获得的灰色GM(1,1)预测模型精度满足要求,可用于预测灌区内混凝土建筑物的力学性能。研究成果可以为寒旱灌区混凝土建筑的寿命预测与后期维护提供参考,也可为不同类型混凝土的各项性能预测提供研究方法。

采用快冻法研究了海水冻融环境下PVA纤维和纳米SiO2对混凝土抗冻性能的影响。结果表明:每25次冻融循环结束后,不同类型混凝土的相对动弹性模量和抗压强度剩余比都有不同程度的下降;PVA纤维和纳米SiO2均能提升混凝土的抗冻性能;单掺PVA纤维或纳米SiO2试验组的抗冻性普遍低于PVA-纳米SiO2混掺试验组;混掺0.1%PVA纤维和1.0%纳米SiO2试验组的抗冻性最好。

研究了再生粗骨料取代率对混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的影响,建立了不同再生粗骨料取代率混凝土的抗硫酸盐侵蚀损伤模型。结果表明:当侵蚀龄期在144 d内时,不同再生粗骨料取代率试件的相对动弹性模量差别不大;144 d后,随着再生粗骨料取代率的增加,试件的相对动弹性模量大致呈先增大后减小的趋势,掺入较多(>50%)的再生粗骨料加速了混凝土的后期损伤;基于普通混凝土抗硫酸盐侵蚀损伤模型建立的再生混凝土抗硫酸盐侵蚀损伤模型的精度较高。

设计了一种基于超高性能混凝土配合比的3D打印材料,研究了3D打印混凝土试件和浇筑试件的抗渗性能和抗冻性能。结果表明,用该配合比配制的3D打印混凝土试件和浇筑试件均具有良好的抗渗性能和抗冻性能,试件均能在1.4 MPa水压力下保持不渗水,300次冻融循环后保持较高的力学性能和相对动弹性模量,且3D打印试件测试结果更好。为增强结构密实度,混凝土原材料添加了钢纤维,通过CT扫描发现,3D打印试件结构更加紧密,内部缺陷较少,受到冻融破坏时能保持较完整的结构。

为研究约束态与自由态混凝土单面盐冻劣化行为及机理,利用Abaqus/Explicit对混凝土表面和内部损伤过程进行了数值模拟研究,设计了混凝土约束装置,并对比研究了约束态和自由态混凝土单面盐冻循环的表面剥落量和相对动弹性模量损失。结果表明:与自由态混凝土相比,约束态混凝土表面损伤更严重,但内部损伤较轻;掺引气剂可以明显减少约束态混凝土的表面损伤;气孔的存在干扰了表面微裂纹的发展,含气量高的混凝土表面盐冻损伤程度较低;混凝土与表面冰层间变形量的差异是导致约束态混凝土表面损伤更严重的原因;约束抑制了混凝土内部微裂纹的发展,导致约束态混凝土比自由态混凝土内部损伤更轻。

为研究人工气候环境下冻融损伤混凝土的力学性能退化规律,以冻融循环次数(FTCs)、混凝土强度为设计参数,共设计制作了21组混凝土试块,先后对其进行冻融循环试验与轴心受压试验。结果表明:随冻融循环次数的增加,抗压强度逐渐降低,且降低速率逐渐增大;不同强度等级混凝土的相对动弹性模量P均逐渐降低,且降低速率大致相等;随设计混凝土强度等级的增大,相对抗压强度增加,且增加速率逐渐增大;当冻融循环次数<100时,相对动弹性模量基本不变;当冻融循环次数>100时,相对动弹性模量则逐渐增大。基于试验结果,得到了不同冻融条件下的等效冻融循环次数计算模型,实现了不同冻融条件研究结果的相互利用与对比验证。

系统研究了不同引气剂掺量及类型对机制砂海工混凝土抗冻性能的影响,并通过气孔间距试验、电镜扫描等试验方法,分析了冻融环境下不同引气剂对机制砂海工混凝土的作用机理。试验结果表明,当ML类引气剂掺量为0.4%时,机制砂海工混凝土有较好的抗冻性能;醚类引气剂可进一步改善混凝土的工作性,其引入的微小气泡可以改善混凝土的包裹性,同时不影响混凝土的抗压强度;混凝土气泡间距系数、平均气孔弦长越小,其抗冻性能越好。

分析了纳米CaCO3掺入量、盐碱浓度等因素对混凝土在盐碱-干湿循环后的强度及耐久性的影响,通过150次的干湿循环,研究了混凝土抗压强度耐蚀系数、质量损失率、相对动弹性模量等耐久性指标随干湿循环的变化规律。试验结果表明,掺入1%的纳米CaCO3可以使28 d混凝土试件获得较高的抗压强度,盐碱-干湿循环条件下2%掺量的纳米CaCO3混凝土试件强度下降最低。纳米CaCO3对混凝土干湿循环中后期的耐久性有明显的提高作用,其最佳掺量为2%,掺量超过2%后则会造成耐久性指标的下降。盐碱浓度对纳米混凝土耐久性的影响随干湿循环次数的增加而增大,且相对动弹模量较质量损失率指标更易受盐碱浓度的影响。

选取普通混凝土、钢纤维混凝土、聚丙烯纤维混凝土进行快速冻融循环试验,研究了不同纤维混凝土冻融损伤的相关性能,根据损伤理论分析了纤维混凝土冻融损伤破坏的机理。根据试验结果分析进行拟合,建立了基于相对动弹模衰减的不同纤维混凝土冻融损伤模型。研究分析和计算表明,不同的纤维对混凝土抗冻性都有较大的影响,掺有钢纤维的混凝土抗冻性优于普通混凝土,掺有聚丙烯纤维的混凝土抗冻性最优;结合试验数据进行比较分析发现模型采用二次多项式函数的拟合精度比指数函数的拟合精度更高。