将离子络合型修复材料掺入混凝土中,通过混凝土平板开裂试验、预制裂缝抗压强度试验及SEM测试研究了该修复材料对混凝土裂缝修复性能的影响和作用机理,并将该修复材料在实际工程中进行了应用。结果表明:该修复材料能有效减少混凝土的开裂面积,使混凝土具有良好的裂缝自愈能力。

考虑混凝土单轴受压破坏机理,在混凝土静力损伤基础上引入弹簧-摩擦块模型,以模拟混凝土弹塑性阶段的细观结构变化。基于细观模型中弹簧、摩擦块对混凝土断裂面的影响,分析了混凝土受压损伤的破坏规律,建立了不同强度等级混凝土弹塑性单轴受压损伤本构模型,采用混凝土分形曲面模拟方法对所建模型进行了验证。结果表明:所建立的模型能够较好描述混凝土的塑性变形,对混凝土弹塑性的离散范围具有良好的预测能力。

研究了粉煤灰掺量(15%、20%、25%)、硅粉掺量(0、2%、4%、6%、8%)和钢纤维掺量(0、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%)对混凝土工作性、力学性能和断裂性能的影响。结果表明:粉煤灰掺量越大,混凝土的工作性越好,适宜掺量为20%;随着硅粉掺量的增加,混凝土的力学性能先提升后降低,当硅粉掺量为4%时,混凝土的抗压强度最高;钢纤维的掺入使新拌混凝土的工作性降低,但能有效延缓混凝土的受压破坏进程,提高混凝土的弯曲韧性,当钢纤维掺量为1.5%时,混凝土的断裂荷载达到最大。

分别选择天然砂砾石、花岗岩人工骨料开展了C30、C20水工混凝土配合比设计及性能试验,研究了骨料品种对相同强度等级混凝土拌和物性能、力学性能、绝热温升、耐久性能等方面的影响。结果表明:采用天然骨料或人工骨料,以绝对体积法设计、制备的C20W6F300、C30W6F350混凝土的强度、抗渗等级、抗冻等级均能满足设计指标要求;当强度等级相同时,两种骨料制备的混凝土拌和物性能相近,人工骨料混凝土的力学性能、抗裂性、抗冻性均优于天然骨料混凝土,但天然骨料混凝土的渗水高度小于人工骨料混凝土,C20人工骨料混凝土的绝热温升值略高于天然骨料混凝土,但两者的平均温升值相近。

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。

研究了钢渣-矿渣-粉煤灰复合微粉混凝土的抗冻性能,分析了冻融循环前后复合微粉混凝土的抗压强度和动弹性模量变化规律。结果表明:当m钢渣∶m矿渣∶m粉煤灰=2∶1∶1时,复合微粉的最优掺量为50%;当m钢渣∶m矿渣∶m粉煤灰=1∶2∶1时,复合微粉的最优掺量为10%;当m钢渣∶m矿渣∶m粉煤灰=1∶1∶2时,复合微粉的最优掺量为40%;当m钢渣∶m矿渣∶m粉煤灰=1∶3∶1时,复合微粉的最优掺量为30%。

基于机制砂混凝土在隧道工程服役过程中出现的侵蚀破坏现象,采用相同的原材料、配合比进行混凝土加速侵蚀试验,研究了机制砂成分对隧道混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的影响。结果表明,含有石膏矿物相且石粉含量较多的机制砂制备出的砂浆试件,在低温环境下发生了硫酸盐侵蚀破坏。因此,在低温环境下使用机制砂作为隧道混凝土细骨料时,必须检验并控制其成分,防止其对混凝土的耐久性带来不利影响。

研究了冻融循环、干湿循环、冻融循环+干湿循环、冻融-干湿耦合循环对不同替代率废玻璃骨料混凝土耐久性能的影响。结果表明:与未冻融、未干湿试件相比,经历冻融循环、冻融循环+干湿循环、冻融-干湿耦合循环试件的抗压强度降低、质量损失率增大,而经历干湿循环试件的抗压强度提高、质量损失率减小;不同损伤机制对废玻璃混凝土耐久性能的影响程度由小到大顺序为干湿循环<冻融循环+干湿循环<冻融循环<冻融-干湿耦合循环。

设计不同的侧链长度、酸醚比和分子量制备了系列聚羧酸减水剂样品,采用GPC方法测试了系列样品的分子量和聚醚转化率。通过砂浆和混凝土性能评价试验表征了聚合物的分散性能和力学性能,用微量热仪监测了水泥水化18 h内的水化放热趋势。结果表明,聚羧酸分子中聚醚侧链长度、酸醚比和分子量均能明显影响砂浆的早期强度,分子结构综合影响早强效果。水化放热历程证明,优化聚羧酸分子结构能加速水泥水化,影响规律与砂浆强度测试结果一致。混凝土性能测试显示,聚羧酸减水剂系列样品能缩短混凝土凝结时间,增加早期强度,且不影响后期强度的发展。

为了研究石粉含量对中低强度机制砂混凝土性能的影响,设计了4组不同石粉含量的C35机制砂混凝土,并进行了力学性能、耐久性能以及微观结构测试和分析。结果表明:适量的石粉可以优化混凝土的孔隙结构,有利于提高混凝土的早期抗裂性能、劈裂抗拉强度、抗压强度和抗氯离子渗透性能;过量的石粉会增加混凝土早期开裂风险,且对混凝土强度不利;建议在配制此类低强度等级混凝土时,机制砂的石粉含量应控制在20%以内。