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持续荷载作用下固废混凝土的吸水性试验研究

持续荷载作用下固废混凝土的吸水性试验研究

作者：王默辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

目前关于混凝土内水分传输过程的研究,大都局限于对混凝土渗透系数、氯离子扩散系数及通电量的分析,而毛细吸水作为水在混凝土内传输的主要方式,相关方面的研究较少。而且大部分研究都基于无损伤或卸载后混凝土进行,这与结构实际工作情... 详细信息

目前关于混凝土内水分传输过程的研究,大都局限于对混凝土渗透系数、氯离子扩散系数及通电量的分析,而毛细吸水作为水在混凝土内传输的主要方式,相关方面的研究较少。而且大部分研究都基于无损伤或卸载后混凝土进行,这与结构实际工作情况不符。针对这一情况,本文根据混凝土结构在实际服役状态下所受荷载的变化情况,研究了持载作用下混凝土内的毛细吸水过程。采用单掺粉煤灰和煤矸石的方法设计了C30混凝土,在此基础上采用带有中空内腔的圆柱体试件作为试验对象,实现了持载与吸水的耦合作用。研究了在不同持载水平作用下不同粉煤灰及煤矸石掺量混凝土的累计吸水量和吸水率;考查了累计吸水量及吸水率随持载水平和粉煤灰、煤矸石掺量的变化规律;分析了持载作用、粉煤灰及煤矸石掺量对混凝土吸水过程的影响机理,并建立了相应的数学模型。通过数据分析,得出以下主要结论:1、持续荷载作用对混凝土的累计吸水量及吸水率均有显著影响。累计吸水量、吸水率与荷载水平之间近似满足二次多项式模型。2、粉煤灰作为矿物掺合料可以有效地改善混凝土的吸水性能。混凝土的累计吸水量及吸水率随粉煤灰掺量的增加而下降和减缓。累计吸水量、吸水率与粉煤灰掺量之间近似满足负指数函数模型,而且粉煤灰的掺入降低了混凝土吸水对荷载的敏感性。3、自燃煤矸石由于其自身的多孔性,作为粗骨料代替碎石时会使混凝土的累计吸水量和吸水率增加。累计吸水量、吸水率与煤矸石掺量之间近似满足指数函数模型;与基准混凝土相比,煤矸石混凝土的吸水性对荷载更为敏感。

关键词：混凝土渗透性毛细吸水持续荷载作用累计吸水量吸水率

多因素环境模拟老化与持续荷载作用下胶合木梁的性能退化

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多因素环境模拟老化与持续荷载作用下胶合木梁的性能退化

作者：张明茸武汉理工大学

学位级别：硕士

胶合木作为一种绿色减排的建筑材料,在国内国际上正得到大力推广。但在服役过程中,胶合木会受到自然环境及荷载等多种因素的影响而逐渐发生性能退化,对胶合木结构的工程应用和耐久性产生严重影响。为探究胶合木在服役期间的力学性能退... 详细信息

胶合木作为一种绿色减排的建筑材料,在国内国际上正得到大力推广。但在服役过程中,胶合木会受到自然环境及荷载等多种因素的影响而逐渐发生性能退化,对胶合木结构的工程应用和耐久性产生严重影响。为探究胶合木在服役期间的力学性能退化规律,本文通过多种环境因素以及持续荷载的共同作用,进行了胶合木梁的性能退化试验研究,主要内容如下:(1)通过考虑温度、湿度、紫外光照、喷淋、加载水平、环境循环方式和持续作用时间等影响因素,设计胶合木梁性能退化试验,进行初始力学性能测试,得到试件的平衡含水率、抗弯弹性模量及抗弯强度。(2)在多功能环境模拟试验室内进行性能退化试验,考察各组试件在不同工况下不同老化阶段的物理性能变化和力学性能退化规律。结果显示:不同环境条件下的试件物理力学性能的变化不一,当温湿度相对温和适中、紫外光照及喷淋累加作用时间较短时,除表面颜色稍有加深外,物理特性未发生明显变化,试件力学性能无显著的退化趋势。当温湿度较高、紫外光照及喷淋累积作用时间较长时,试件的颜色、平衡含水率以及厚度膨胀率等物理性能变化显著,部分试件出现表面裂缝、树脂渗出等现象,试件的胶合强度、抗弯模量、抗弯强度等力学性能出现显著退化。(3)由试验所测的力学性能数据可知,不同试验条件下,试件性能在初期退化率较高,若环境温和,后期试件性能会有所恢复,具有明显的波动性,尚无退化趋势;而环境恶劣时,力学性能退化明显,呈明显的波动性退化趋势,试验中弹性模量和抗弯强度最大退化比分别达到15.5%和15.3%。试验中紫外光照、喷淋的累积作用时间越长,试件的损伤及力学性能退化越明显;试验循环周期越短,持续时间越长,试件力学性能的退化越显著。此外,试验过程中出现的试件破坏现象表明,构件的持续荷载效应在环境作用下被显著放大,因此,研究木构件持续荷载效应需要考虑光照、喷淋等更多的环境因素。(4)考虑到光照、喷淋等环境因素的影响,在性能退化指数模型中引入了环境作用系数k,用于描述胶合木梁力学性能在环境因素与持续荷载共同作用下的退化规律,并对试验数据进行拟合得到不同试验工况下的模型参数。结果表明,环境因素越恶劣,环境作用系数越大。(5)考虑木结构在外部环境下较易在顶层梁柱端部、中间层外围柱端、底层柱脚等部位出现老化损伤,利用ABAQUS有限元软件对局部老化的胶合木框架结构进行有限元模拟,分析不同老化部位和不同老化程度对结构承载力的影响。结果表明,局部老化对结构在竖向荷载作用下的内力分布及最值影响甚小;但对水平地震响应有明显的放大,其中顶层梁柱端老化的影响较小,而中间层外围柱端和底层柱脚的老化影响显著,柱端老化越严重,结构各层的加速度以及层间相对位移的增幅就越大。

关键词：胶合木梁多因素环境老化持续荷载作用性能退化

负温与持续荷载作用下机制砂混凝土耐硫酸盐腐蚀性能研究

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负温与持续荷载作用下机制砂混凝土耐硫酸盐腐蚀性能研究

作者：毕瑞枭兰州交通大学

学位级别：硕士

随着"一带一路"合作倡议和国家"西部大开发"战略的实施,西北地区各级公路和铁路建设的重要性日益突出。此外,我国西部地区存在大量的冻土、盐湖及盐渍土区域,该区域特殊的地质、气候条件决定了公路、铁路等工程结构需要具有强大的适应... 详细信息

随着"一带一路"合作倡议和国家"西部大开发"战略的实施,西北地区各级公路和铁路建设的重要性日益突出。此外,我国西部地区存在大量的冻土、盐湖及盐渍土区域,该区域特殊的地质、气候条件决定了公路、铁路等工程结构需要具有强大的适应能力。混凝土结构需要在低负温养护环境中具有良好的力学性能和抗腐蚀能力以满足结构承载力及服役寿命要求。因此,研究石粉含量、不同养护条件对机制砂混凝土力学性能及抗硫酸盐腐蚀耐久性的影响规律,并根据相关关系建立寿命预测模型,对西北地区混凝土配合比设计具有重要的参考意义。以西北冻土地区钻孔灌注桩混凝土为研究对象,通过设置不同养护环境、配合比混凝土对照组,来分析-5℃养护、施加10%极限压应力荷载、石粉含量对混凝土强度发展规律及抗硫酸腐蚀性能的影响。论文主要研究内容及成果如下:(1)通过进行强度发展阶段试验发现:对于相同配合比混凝土,在负温与持续荷载作用下养护31 d、标养与持续荷载作用下养护21 d后均可以达到标准养护28d强度值,即达到等强度。此外通过对比等强度混凝土的孔隙结构发现,相同配合比混凝土在达到等强度后其孔隙结构并不相同,即各个混凝土初始缺陷不同,定义了混凝土孔隙率因子C与分形维数因子C来描述混凝土初始缺陷。(2)在硫酸盐腐蚀试验中,运用混凝土质量变化、动弹性模量、抗压强度、硫酸盐腐蚀深度四个指标来从宏观的角度分析各组混凝土的抗硫酸盐腐蚀性能的强弱。分析数据发现:在养护阶段对混凝土施加10%极限压应力荷载可以提高混凝土抗硫酸盐腐蚀的能力;经过20℃养护后的混凝土其抗硫酸盐腐蚀能力更强;5%、10%、15%三种石粉含量混凝土的抗硫酸盐腐蚀能力中10%石粉含量混凝土最强,5%石粉含量混凝土次之,15%石粉含量混凝土最差。(3)通过分析混凝土孔隙率因子、分形维数因子与硫酸盐腐蚀阶段中各宏观性能的变化情况,发现混凝土初始缺陷因子与腐蚀阶段混凝土抗压强度、质量变化率、相对动弹模具有良好的相关性,故基于混凝土初始缺陷因子建立了混凝土抗压强度、质量变化、动弹性模量的预测模型,即根据浸泡前混凝土初始缺陷即可预测混凝土宏观指标的变化情况。(4)在等强度混凝土硫酸盐腐蚀阶段时使用低磁场核磁共振设备测试了混凝土的孔隙结构。通过分析混凝土孔隙结构的变化规律发现各组混凝土孔隙率随着腐蚀龄期的增加呈现先下降后上升的趋势,混凝土最可几孔径随着侵蚀龄期的增加呈现先减小后增大的趋势。通过各种横向对比发现:三种石粉含量的混凝土在相同腐蚀龄期时,15%石粉含量混凝土孔隙率最大,5%石粉含量混凝土次之,10%石粉含量混凝土最低;在相同腐蚀龄期时,-5℃养护混凝土孔隙率大于20℃养护混凝土,并且-5℃养护混凝土最可几孔隙也大于20℃养护混凝土;在相同腐蚀龄期时,与养护阶段施加10%持续荷载混凝土孔隙率相比,养护阶段不施加持续荷载混凝土孔隙率要更大。(5)运用Wiener退化模型预测了混凝土寿命。经过计算发现各配合比混凝土在室内腐蚀环境下寿命分布在2400 d～3300 d之间,并通过两两对比发现前期施加10%极限压应力持续荷载养护能够延长混凝土平均寿命207 d;混凝土经过持续-5℃养护会造成其平均寿命缩短535 d;与石粉含量为10%的混凝土相比,石粉含量为5%时混凝土平均寿命要少131 d,石粉含量为15%时混凝土平均寿命要少251 d。(6)保证混凝土腐蚀机理相同的条件下,计算出硫酸盐浓度和腐蚀温度差异造成的腐蚀速率差异。预测了混凝土在-5℃、硫酸盐含量为17000 mg/kg腐蚀环境中的寿命,分析了石粉含量、养护温度、施加持续荷载因素对现场服役混凝土寿命带来的影响,并根据混凝土初始缺陷的不同,建立了具有一定适用范围的基于分形维数因子和孔隙率因子的现场混凝土寿命预测模型。

关键词：负温养护持续荷载作用机制砂混凝土硫酸盐腐蚀寿命预测

锈蚀及持荷作用后钢筋混凝土梁疲劳性能及压磁效应研究

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锈蚀及持荷作用后钢筋混凝土梁疲劳性能及压磁效应研究

作者：黄爽浙江大学

学位级别：硕士

钢筋混凝土结构工作性能优越,在工程建设中已有广泛应用。但结构在服役环境中易受到氯离子等腐蚀介质的侵蚀,导致钢筋锈蚀,混凝土因钢筋锈胀而开裂,结构锈蚀后刚度和承载能力将严重退化。钢筋混凝土结构自服役后还将受到恒荷载、长期堆... 详细信息

钢筋混凝土结构工作性能优越,在工程建设中已有广泛应用。但结构在服役环境中易受到氯离子等腐蚀介质的侵蚀,导致钢筋锈蚀,混凝土因钢筋锈胀而开裂,结构锈蚀后刚度和承载能力将严重退化。钢筋混凝土结构自服役后还将受到恒荷载、长期堆载等形式的持续荷载作用,持续荷载引起结构长期变形、开裂、混凝土徐变,材料和结构性能逐渐劣化。工业建筑、桥梁、码头等工程结构常承受反复荷载作用,在锈蚀和持续荷载引起的劣化作用下结构更易发生疲劳破坏。本文的主要研究内容如下:（1）开展锈蚀钢筋混凝土梁疲劳试验,分析钢筋锈蚀和混凝土锈胀裂缝对梁疲劳性能的影响。试验结果表明梁的疲劳寿命随锈蚀率增大而急剧降低,钢筋在蚀坑位置发生疲劳断裂;梁锈蚀后挠度大幅增加,刚度退化显著,锈胀裂缝与横向裂缝存在相互作用;钢筋压磁信号时变曲线、滞回曲线、变化幅值在疲劳作用下演化特征明显,与梁的疲劳损伤状态密切相关;建立了磁信号与钢筋锈蚀率的相关关系。（2）开展锈蚀钢筋混凝土梁持荷试验及持荷后的疲劳试验,研究锈蚀钢筋混凝土梁长期变形和混凝土徐变发展,分析了锈蚀和持续荷载作用对梁疲劳性能的影响。试验结果表明钢筋锈蚀对梁长期挠度和混凝土徐变发展有显著影响;持续荷载作用影响梁的疲劳寿命和疲劳破坏形式;与未持荷梁相比,梁在疲劳作用下的总挠度较大,混凝土应变发展趋势发生变化;持续荷载使钢筋初始磁化状态改变,压磁信号特征与未持荷梁存在差异,压磁信号与梁疲劳破坏形式相关。（3）分析了锈蚀和持续荷载对梁疲劳寿命的衰减程度,将持续荷载等效为钢筋锈蚀率;计算了钢筋疲劳裂纹扩展,建立了压磁信号与应力强度因子幅值的定量关系,以压磁信号为损伤指标表征梁疲劳损伤发展;基于试验结果分析了梁可靠度随疲劳进程的退化,发现锈蚀和持续荷载明显加快了梁疲劳可靠度的退化;讨论了在结构疲劳可靠度设计中考虑钢筋锈蚀和持续荷载作用的理论方法。

关键词：钢筋混凝土梁钢筋锈蚀持续荷载作用疲劳性能压磁效应