研究了玄武岩纤维(BF)、可再分散乳胶粉、羟乙基甲基纤维素醚(HEMC)、UEA膨胀剂和十二烷基硫酸钠(K12)对混凝土力学性能和抗裂性能的影响。结果表明:随着可再分散乳胶粉掺量的增加,混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度基本呈降低趋势,拉压比先减小后增大;随着BF掺量的增加,混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度先增大后减小,拉压比基本呈增大趋势,抗裂性能提升;复掺BF、可再分散乳胶粉、HEMC、UEA膨胀剂和K12时,混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度较复掺BF、可再分散乳胶粉、HEMC和UEA膨胀剂时有所降低,但拉压比增大,抗裂性能显著提升。

制备了铁尾矿-煤矸石二元复合掺合料和铁尾矿-粉煤灰-煤矸石三元复合掺合料,研究了复合掺合料的配比和替代率、活化剂的种类(NaOH、Ca(OH)2、Na2SiO3)和掺量对胶砂力学性能的影响,采用SEM观察了胶砂的微观结构。结果表明:对于二元复合掺合料,当铁尾矿粉与煤矸石粉的质量比为1∶1时,胶砂的28 d抗压、抗折强度达到最大,抗裂性能较好;对于三元复合掺合料,当铁尾矿粉、粉煤灰、煤矸石粉的质量比为4∶3∶1时,胶砂的28 d抗压强度最大,28 d抗折强度较高,抗裂性能较好;随着三元复合掺合料替代率的增加,胶砂的抗压、抗折强度基本呈降低趋势;活化剂NaOH对胶砂力学性能的改善效果较Ca(OH)2和Na2SiO3好,NaOH的最佳掺量为1.6%。

为了探究CFRP布加固钢筋混凝土梁(RC梁)在交变荷载作用下的耐久性,对8根CFRP布加固RC梁进行了恒载和交变荷载作用下的15 d、30 d老化试验,并通过三点弯曲试验得到了试验梁在不同荷载作用下的破坏模式、极限荷载、极限应变、弯曲性能、裂缝数量以及裂缝宽度。结果表明:经交变荷载作用15 d、30 d后,CFRP布加固RC梁的力学性能下降显著,试验梁的极限荷载、剥离荷载与极限应变均呈下降趋势;与相同龄期下的恒载(24 kN)相比,交变荷载作用15 d、30 d后,试验梁的极限应变平均降低了11.44%、15.23%;交变载荷作用下CFRP布加固RC梁的抗裂性能与弯曲性能减弱程度比恒载作用更显著。

研究了聚合物胶粉和玄武岩纤维对混凝土力学性能、抗裂性能和抗冲击性能的影响。结果表明:单掺聚合物胶粉对混凝土的抗压、抗折强度有一定负面影响,随着聚合物胶粉掺量的增加,混凝土的抗压强度逐渐降低,抗折强度先降低后趋于平缓;单掺玄武岩纤维对混凝土的抗压、抗折性能影响较小;复掺聚合物胶粉和玄武岩纤维时,聚合物胶粉对混凝土强度的影响大于玄武岩纤维;复掺10%聚合物胶粉+2.0 kg/m3玄武岩纤维时,混凝土的折压比和抗冲击性能达到最大,裂缝降低系数为0.93,限裂效能等级达到一级,有效降低了混凝土的开裂风险。

通过内水压力试验,研究了CFRP内衬法加固预应力钢筒混凝土管(PCCP)的结构力学性能和破坏模式,并采用光纤布拉格光栅(FBG)感测技术测试了试验过程中PCCP各层结构和CFRP内衬的变形情况,得到了内水压力作用下PCCP结构的力学响应规律。同时,模拟了在所有预应力失效的情况下,PCCP的力学性能及破坏情况。结果表明,在内水压力为1.8 MPa时,PCCP原管管芯混凝土开裂,而CFRP加固管在加压至1.9 MPa后发生开裂,表明CFRP内衬能够有效增强管芯混凝土的延性,有效延缓管芯混凝土开裂,提高PCCP抗裂性能。同时,CFRP内衬法加固所有预应力失效的PCCP能够承受原设计内水压力,表明CFRP内衬能够恢复受损严重PCCP的承载能力。

研究了再生砂等质量(0、30%、40%、50%、60%、70%)替代天然砂对C60混凝土力学性能、耐久性能、收缩性能和抗裂性能的影响,并采用XRD分析了再生砂的作用机理。结果表明:掺入30%~50%的再生砂对混凝土的抗压、劈裂抗拉强度影响不大,但能有效提高混凝土的抗氯离子渗透性能和抗硫酸盐侵蚀性能,改善混凝土的收缩性能和开裂性能。

制备了基准组及三组不同掺量的粉煤灰-矿粉混凝土,采用环境试验箱模拟大温差及盐渍土侵蚀环境,研究了混凝土的力学性能和抗裂性能。结果表明:矿物掺合料的掺入降低了混凝土的力学性能,但提高了其力学性能增长速率,还提高了混凝土的抗裂性能;掺15%粉煤灰和20%矿粉的混凝土前期抗压强度增长速率较快,3~14 d的抗压强度平均增长率比基准混凝土高102.46%,28 d的断裂能比普通混凝土高50.67%;含矿物掺合料的混凝土抗折强度增长速率均高于基准混凝土;通过SEM发现,适量矿物掺合料改善了混凝土内部的密实度和孔隙结构,裂缝宽度明显减小。

结合足尺抗弯性能试验,对比研究了高低预应力混凝土实心方桩在抗裂性能、抗弯承载力、变形能力、破坏形式等方面的差异。结果表明:减小张拉控制应力可以降低预应力混凝土实心方桩的抗裂性能,提高变形能力,而桩身极限抗弯承载力基本保持不变;低预应力混凝土实心方桩破坏形式为预应力钢棒被拉断,高预应力混凝土实心方桩破坏形式为预应力钢棒被拉断或受压区混凝土被压碎。

采用体外预应力竖向张拉双折线布筋加固方法,对2根对比梁和9根不同体外预应力配筋率、不同工况下矩形钢筋混凝土简支梁进行了抗弯性能试验研究。试验结果表明,采用体外预应力加固RC梁可以显著提高其极限承载力和抗裂能力。在试验结果基础上,运用应力图形分解法,结合内力及力矩平衡,推导了体外预应力混凝土矩形截面梁开裂弯矩的简化计算公式,且计算值与试验值吻合良好。

采用基于"水化-温度-湿度-约束"多场耦合机制的抗裂性评估理论与方法,结合城市轨道交通工程典型的主体结构形式,考虑材料、结构、施工等因素对城市轨道交通地下车站主体结构混凝土开裂风险的影响,系统研究了混凝土自身材料性能(强度等级、绝热温升、自生体积变形)、结构(长度、厚度)、施工工艺(浇筑季节、入模温度、模板类型、拆模时间)等因素对开裂风险的定量影响,明晰了各参数对侧墙结构混凝土开裂风险的影响规律,为抗裂性能控制指标的确定和类似工程侧墙结构混凝土早期抗裂提供指导。