为了抑制金鸡湖隧道主体结构厚度为1.4 m侧墙的早期收缩裂缝,在优选原材料与配合比设计的基础上,提出了采用抗裂剂与冷却水管控温协同控制的方法来降低混凝土开裂风险,并通过理论评估与工程应用分析了该方法的可行性。结果表明:夏季高温施工时,通过使用抗裂剂与合理预埋、操作冷却水管来调控结构温升和变形,可将收缩开裂风险系数基本控制在0.7以下,实体结构监测结果也表明该方法切实有效。研究成果可为不具备严格控温条件的类似现浇隧道混凝土结构的开裂预防设计提供参考。

由于密拼式钢筋桁架混凝土叠合板天然存在50~60 mm深度的拼缝,故有必要对其最大裂缝宽度问题进行深入研究。为此,设计制作了3块密拼式叠合板、1块后浇带式叠合板和1块整浇预制板,对其进行了静载试验。试验及数值模拟结果表明,通过公式σs≤0.6fyk限制开裂截面处受拉钢筋的钢筋应力能较好地保证密拼拼缝钢筋桁架叠合板在正常使用过程中的最大裂缝宽度的控制问题。

通过正交试验研究了引气剂(十二烷基磺酸钠)、短切玄武岩纤维(BF)和沙漠砂对混凝土抗压强度、劈裂抗拉强度和抗折强度的影响。结果表明,引气沙漠砂纤维混凝土的最优配合比为引气剂掺量0.003%、沙漠砂替代率40%、短切BF掺量0.1%。

为研究低温环境下石灰岩机制砂及石粉对混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的影响,以掺/未掺石灰岩石粉的机制砂砂浆、掺/未掺石灰岩石粉的天然砂砂浆为模拟对象,结合硫酸盐腐蚀介质及低温环境特点,采用温度(5±1)℃的5%的MgSO4溶液模拟服役环境,对比研究了不同腐蚀龄期(0 d、60 d、90 d、210 d、270 d、360 d)试件的外观和强度变化,并基于XRD、FTIR测试分析了侵蚀产物。结果表明:随着龄期的增长,侵蚀方式由传统的钙矾石型硫酸盐侵蚀逐渐过渡到以碳硫硅酸钙为侵蚀产物的TSA岩侵蚀;石灰岩机制砂和石粉均能促使砂浆产生TSA侵蚀,且石粉的影响更加明显。

利用预制不同初始缝长的小尺寸混凝土梁试件,进行了冻融循环试验,并通过三点弯曲试验研究了冻融作用后混凝土的断裂性能。基于边界效应模型,引入反映材料非连续性与非均匀性的系数,利用试件的极限荷载,确定了不同冻融循环次数下混凝土的拉伸强度与断裂韧度。结果表明:随着冻融循环次数的增加,混凝土的拉伸强度与断裂韧度明显降低;相对于未经冻融循环的试件,当经75次冻融循环时,混凝土拉伸强度与断裂韧度的降低超过了38%;基于边界效应模型得到的拉伸强度考虑了材料的非连续性和非均匀性,使计算结果明显高于混凝土的劈裂抗拉强度,可较准确地反映冻融作用后混凝土的劣化损伤程度。

设计了普通钢筋混凝土(RC)短梁、GFRP布加固未损伤和损伤RC短梁试件,进行了四点弯曲试验,研究了短梁的破坏形态、材料(混凝土、钢筋、GFRP布)应变、抗弯承载力、挠度、曲率和抗弯刚度。结果表明:GFRP布加固未损伤和损伤RC短梁破坏时GFRP布被拉断,受压区混凝土未被压碎,属于延性破坏,跨中截面混凝土应变近似符合平截面假定;GFRP布加固未损伤和损伤RC短梁的极限承载力较普通RC短梁分别提高了47.8%和53.2%;GFRP布加固未损伤RC短梁的荷载-挠度曲线呈三阶段特征,GFRP布加固损伤RC短梁的荷载-挠度曲线没有开裂阶段,呈两阶段特征;采用GFRP布加固可提高RC短梁的刚度,但会降低其延性;对比GFRP布加固未损伤RC短梁,GFRP布加固损伤RC短梁的刚度出现较大退化,但延性提高。

进行了纤维混凝土加固装配式框架结构体系梁柱节点低周往复加载有限元模拟分析,得到了试件的破坏形态、滞回曲线。结果表明:节点的主要受损区域为梁端键槽区,采用纤维混凝土置换受损区域的混凝土可有效加固节点。其中,当采用聚丙烯纤维混凝土加固时,能恢复节点的抗震性能;当采用钢纤维混凝土、钢-聚丙烯纤维混凝土加固时,不仅可以恢复节点的抗震性能,还可以在一定程度上提高节点的抗震性能。

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。

研究了水泥用量、水胶比、砂率对超硫酸盐水泥混凝土力学性能和抗碳化性能的影响,采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FT-IR)测试方法对比分析了超硫酸盐水泥混凝土与矿渣水泥混凝土的微观形貌和水化产物的差异。结果表明:当水泥用量为8%时,超硫酸盐水泥混凝土的力学性能较佳,但抗碳化性能较差;当水胶比为0.35时,超硫酸盐水泥混凝土的性能最佳;当砂率为40%时,超硫酸盐水泥混凝土的性能最佳;超硫酸盐水泥的主要水化产物是AFt和C-S-H凝胶,缺少硅酸盐水泥中常见的Ca(OH)2;相较于矿渣水泥混凝土,超硫酸盐水泥混凝土的微观结构致密性较差。

通过正交试验研究了水胶比、超细粉煤灰掺量和硅灰掺量对新拌UHPC净浆的工作性与流变性的影响,选取流动度、黏度系数和水膜层厚度为工作性与流变性的衡量指标,利用综合平衡法获得了最优配合比。试验结果表明:水胶比、超细粉煤灰掺量和硅灰掺量的提高都会造成UHPC净浆的流动度和颗粒表面水膜层厚度增大,黏度系数减小;超细粉煤灰掺量是净浆工作性和流变性的主要影响因素,水胶比次之,硅灰掺量的影响最小;UHPC最优配合比:水胶比为0.2,超细粉煤灰掺量为40%,硅灰掺量为8%;以该配合比的成型的UHPC 28 d抗压强度为128.8 MPa,抗拉强度为20.3 MPa,同时满足工作性和力学性能要求,且经济合理。