盐冻融循环作用下UHPC-NC界面抗剪性能试验研究

作     者：王雨嘉 

作者单位：重庆交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨俊;周建庭

授予年度：2024年

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：盐冻融循环 界面耐久性 剪切荷载 界面滑移 电镜扫描 

摘      要：我国西部高寒盐湖地区混凝土建筑物、桥梁等,其寿命远低于设计使用年限,对处于该特殊环境的结构进行加固修复意义重大。其中,加固界面遭受氯盐侵蚀、冻融循环作用、车辆和人群荷载等因素影响,界面力学性能损伤模式不明确,明晰多因素耦合作用下超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete,UHPC)加固普通混凝土(Normal Concrete,NC)的界面损伤演化规律具有重要意义。为此,本文首先开展了盐冻融循环作用下UHPC材料耐久性能测试,探究不同浓度氯盐溶液对UHPC抗盐冻耐久性能的影响。其次,开展盐冻融循环作用下UHPC-NC(UHPC作为覆盖层加固NC)界面剪切试验,从宏观、微观的不同角度探究了切槽、植筋、光滑等多种UHPC-NC界面在盐冻融循环作用下的力学行为及其损伤演化机理。本文主要的研究工作如下: (1)为了研究得出UHPC在盐冻融循环作用下的劣化规律,首先进行UHPC表观损伤,质量损失率、相对动弹性模量变化以及抗压强度损失率的测定,并引入氯盐侵蚀系数以阐明氯盐对于冻融循环损伤的影响机制。研究表明,3.5%的氯盐溶液对UHPC侵蚀最为严重,5%的氯盐溶液次之,而清水由于缺少盐类结晶对于UHPC的挤胀破坏,所以其破坏程度最轻微。 (2)针对不同粗糙度的UHPC-NC切槽界面,讨论了组合试件的表观损伤及质量损失,考虑了界面破坏模式、盐冻融损伤机制以及试验参数的影响。分析了其荷载-滑移曲线,并提出了改进后的界面粘结滑移模型。研究表明,多次盐冻融循环作用后,UHPC侧钢纤维严重锈蚀及棱角处砂浆剥落。普通混凝土破坏严重,试件不完整。相同盐冻融循环次数下,试件随界面粗糙的提升界面剪切强度的提高为14%-65%。界面粗糙度不同的试件,其界面剪切强度随眼冻融循环次数的增加都呈先上升、后下降的趋势。切槽型试件在盐冻融循环次数大于60次时,破坏模式主要呈现NC基体被压溃,发生脆性破坏,界面滑移量减小。提出了改进后的UHPCNC界面的粘结滑移模型,理论模型与试验曲线趋势吻合较好。 (3)针对UHPC-NC的植筋界面,讨论了其试件的表观损伤及质量损失,考虑了界面破坏模式、盐冻融损伤机制以及试验参数的影响。分析了其典型的荷载-滑移曲线。研究表明,3.5%的浓度的盐溶液冻融循环对试件的表观形态及界面粘结强度具有最不利影响,较低浓度的盐溶液对该复合试件具有更强的损伤能力。随着冻融循环次数的递增,植筋界面的剪切强度逐渐降低。相较于单纯的清水冻融条件,盐溶液与冻融循环的耦合作用对植筋试件的抗剪强度造成了更为显著的损伤。分析了植筋试件典型荷载-滑移曲线,实际工程中应当增加植筋深度以提升界面抵抗盐冻融循环的能力,防止钢筋端头处出现应力集中的现象。 (4)利用扫描电子显微镜(Scaning Electron Microscope,SEM)扫描分析了盐冻融循环循环后UHPC-NC界面微观结构及物相变化,探究了盐冻融循环作用对UHPCNC界面的微观劣化机理。研究表明,随着盐冻融循环次数的不断提升,UHPC基体微裂纹和孔隙的数量逐渐增加,裂缝宽度也逐渐增加。低浓度的盐溶液会促进孔隙水的冻胀作用,3.5%浓度的氯盐溶液冻融循环作用下,UHPC-NC界面处产生的微裂缝宽度最大。盐冻融循环前期,粘结界面处生成钙矾石等膨胀性产物,这些水化产物在一定程度上增大了UHPC-NC界面的粘结能力。后期随着化学膨胀产物和物理膨胀压力共同作用,盐侵蚀和冻融循环会严重破坏UHPC-NC界面的内部结构,UHPC-NC粘结界面处的宽度不断增大,从而导致界面力学性能大幅降低。