风积沙混凝土的抗冻性与冻融损伤机理分析

为探讨沙漠沙(又名风积沙)替代河砂对低温环境下混凝土的耐久性能影响,按照风积沙替代河砂质量的20%、40%、60%、80%、100%共设计了5种强度等级为C25的风积沙混凝土(aeolian sand concrete,ASC)。采用加速试验方法研究了风积沙混凝土在冻融条件下的损伤失效规律,借助环境电镜扫描(environmental scanning electron microscope,ESEM)、应变监测和核磁共振(nuclear magnetic resonance,NMR)等测试手段得到了风积沙混凝土的损伤机理。研究发现风积沙掺量80%以上的混凝土冻融次数超过200次,冻融损伤残余应变小,内部封闭小孔隙数量多对冻融损伤的抑制阻碍作用增强。结果表明风积沙混凝土的抗冻性能随着风积沙掺量的增加而提高,掺量为100%的风积沙混凝土的抗冻性最好。该研究可为风积沙混凝土大范围应用于寒区渠道衬砌及水利设施建设提供理论依据。     

基于微观特性分析风积沙粉体掺入提高混凝土的抗冻性

为研究冻融-盐浸环境下风积沙粉体混凝土的微观特性,设计了强度等级为C35、C25的风积沙粉体混凝土,在浓度为0%、3%、6%硫酸镁溶液中采用快冻法进行抗冻性试验,同时借助核磁共振技术、场发射扫描电镜及能谱分析研究其孔隙特征、微观形貌及水化产物。结果表明,风积沙粉体的掺入显著提高混凝土的抗冻性,且适当提高强度等级,有利于提高风积沙粉体混凝土抗冻性,其中强度等级为C35的风积沙粉体混凝土在6%MgSO_4溶液中可承受高达425次冻融循环;相对于基准组,风积沙粉体混凝土中有发育状况良好的针柱状产物钙矾石、纤维状产物石膏生成,填充因冻胀应力作用产生的裂隙,使其内部有害及多害孔数量低于普通混凝土29.78%,抗冻性增强。     

内蒙古砒砂岩的性能及其对水泥力学性能影响的研究

砒砂岩地区是黄河泥沙的主要来源地之一。为了实现对砒砂岩的资源化利用,对砒砂岩基本物理化学性质进行了研究,并探讨了其作为混凝土掺合料的可行性。通过X射线荧光光谱分析(XRF)、X射线衍射分析(XRD)和扫描电镜(SEM)研究发现,红色、白色砒砂岩的矿物成分差别不大,主要包含石英、长石、蒙脱石、高岭土、方解石等,还含有一定量活性的Si O2、Al2O3和Ca O(能够促进水泥水化)。砒砂岩作为水泥掺合料对水泥胶砂性能影响的研究试验结果表明,掺入砒砂岩会缩短水泥的初凝时间,掺量30%时初凝时间会缩短69%;当砒砂岩掺量不多于20%时水泥胶砂的28 d抗压强度和抗冻性能会提高,当掺量大于20%时水泥胶砂的抗压强度和抗冻性能(冻融循环后抗压强度)会显著降低。同时,研究还发现掺入砒砂岩会显著提高水泥胶砂28 d抗折强度。     

青藏高原地区混凝土冻融环境量化方法

对青藏高原地区混凝土冻融环境进行合理量化是高原抗冻混凝土设计所面临的首要问题。该文通过对处于同一冻融环境作用等级下的平原与高原地区大气及地表温度特征进行比较,发现相较于平原地区,高原地区因太阳辐射强度大,具有年正负温交替次数更多、温度日较差更大且日最低温更低的环境温度特征。通过将地表温度近似代替混凝土结构物表面温度,结合青藏高原1971-2003年20个地区的典型气象年数据,建立了与最冷月平均气温及年太阳辐照量相关的青藏高原地区混凝土年均冻融循环次数确定方法。利用该方法对青藏高原主要地区混凝土年均冻融循环次数进行估算,结果表明,青藏高原地区混凝土年均冻融循环次数主要集中在150次以上,部分地区甚至大于200次,因此,高原地区应加强对混凝土进行抗冻耐久性设计。最后,该文给出青藏高原地区混凝土结构物抗冻设计等级推荐值。该研究可为青藏高原地区混凝土抗冻耐久性设计提供参考。     

渠道衬砌膨胀混凝土力学特性试验研究

在水灰比保持不变的条件下,通过正交试验研究了膨胀剂AEA掺量、粉煤灰掺量及养护条件对混凝土膨胀率和强度的影响规律,提出了强度等级达到C15、自由膨胀率最大的渠道衬砌补偿收缩混凝土最优配合比.结果表明:随着膨胀剂掺量的增大,混凝土膨胀率先升后降,混凝土28d强度有一定幅度的降低;在试验条件下,膨胀剂AEA掺量为水泥质量的12%、粉煤灰掺量为水泥质量的30%及养护条件为水中养护时,混凝土的膨胀率达到最大,强度亦满足渠道衬砌要求.这表明,在渠道衬砌工程中应用微膨胀混凝土是完全可行的.     

秸秆灰混凝土力学性能试验及强度预测

为了优化混凝性能,减少水泥产业耗能,尝试采用以部分秸秆灰替代水泥制备混凝土。该文通过试验对油菜秸秆灰混凝土拉压性能进行了研究,得到秸秆灰质量分数和水胶比对秸秆灰混凝土拉压性能的影响规律,如当秸秆灰质量分数增大时,混凝土拉压性能呈下降趋势;当水胶比过大时,混凝土力学性能急剧下降。同时提出秸秆灰混凝土抗拉性能与抗压性能间的线性函数关系以及混凝土轴心抗压强度计算公式,并与其他混凝土抗压强度公式进行比对验证。采用小波神经网络的预测方法,引入随机函数,对试验数据抽样进行训练,而后预测数据并与试验数据进行比对,计算误差,并将预测数据用于该文提出的拉压公式进行验证,结果表明验证较好。最后试验结果表明:当秸秆灰替代掺量为10%时,秸秆灰混凝土劈裂抗拉强度下降了25%,抗压强度仅下降了8%;当替代掺量为20%时,抗压强度下降了31%。     

高掺量粉煤灰和矿渣高强混凝土抗渗性和抗冻性试验

采用粉煤灰和矿渣2种掺合料的40%和50%2种质量比例掺量,制备了高掺合料C50高强混凝土,并利用扫描电镜和X射线衍射技术分析了高比例掺合料对高强混凝土强度的影响,最后通过抗氯离子渗透试验和快速冻融试验综合分析了高掺合料C50高强混凝土的耐久性。结果表明:当复掺掺合料总质量占胶凝材料总质量的50%时,随着粉煤灰与矿渣掺入量比值的减小混凝土养护28 d强度有所增加;在掺合料总质量不变的情况下,混凝土的抗冻性和抗氯离子渗透性能均随着粉煤灰掺入量的增加和矿渣掺入量的减小而逐渐提升,但掺合料总质量的增加会降低抗氯离子渗透性能;采用抗冻耐久性指数与电通量的比值法可较好的综合评价高掺合料高强混凝土的耐久性,耐久性较好的适宜配合比为掺合料总量50%,粉煤灰与矿渣掺量比为4:1。研究可为高掺量粉煤灰和矿渣在高强混凝土中的应用提供依据,同时达到提高高强混凝土的经济性和节约资源的目的。     

交替冻融对坡面产流产沙的影响

冻融作用使土壤更容易成为侵蚀的物质来源,进而加剧土壤侵蚀程度。为了揭示冻融作用对坡面土壤水蚀的影响,该文通过室内交替冻融循环试验和人工模拟降雨试验,研究了交替冻融作用下坡面的降雨产流产沙特征。试验以未经过任何冻融作用的风干土壤为对照,设计了2种交替冻融循环周期处理(3和6)、2种土壤质量含水率水平(10%和20%)、4种降雨强度(25、50、75、100 mm/h)。结果表明,相对于对照,降雨强度相同时,2种土壤含水率下的交替冻融作用都可以使产流产沙强度增大,且产沙强度的增大幅度大于产流强度。交替冻融循环周期相同时,各降雨强度下的产流产沙强度随含水量的增加而增加。质量含水率相同时,各降雨强度下的产流产沙强度随冻融循环周期的变化相对较为复杂,当质量含水率为10%时,产流产沙强度随冻融循环周期的增加而增大,当质量含水率为20%时,产流产沙强度随冻融循环周期的增加而减小。当质量含水率为10%,交替冻融循环周期为3和6时,增流百分比分别为3.52%、4.71%,增沙百分比分别为6.13%、16.95%。当质量含水率为20%,交替冻融循环次数为3和6时,增流百分比分别为10.24%、5.01%,增沙百分比分别为81.99%、53.07%。相同降雨强度下,土壤质量含水率对产流产沙强度的影响大,交替冻融作用对产流产沙强度的影响小。该研究为冻融侵蚀机理的研究提供参考依据。     

高寒灌区风沙吹蚀对农业水利工程混凝土抗冻耐久性的影响

针对内蒙古引黄灌区农业水利工程混凝土实际服役环境,同时加大风积沙资源化利用效率,配制满足农业水利工程设计要求的风积沙混凝土,并研究风沙吹蚀作用对风积沙混凝土抗冻耐久性的影响。结果表明:相对动弹性模量可准确表征风积沙混凝土受风沙吹蚀影响下的冻融破坏,且风沙吹蚀影响下混凝土冻融循环后的内部损伤是未受风沙吹蚀影响下混凝土冻融循环后的2倍;在风沙吹蚀影响下的冻融过程中,风积沙混凝土水泥浆体在冻融过程发生"酥化",同时在风沙流的持续撞击、削切下,"酥化"的水泥浆体进一步剥落,迫使破坏表面水泥浆体与骨料连接处的界面过渡区较光滑;风积沙替代率为40%可以配制满足抗冻性要求的风积沙混凝土,但风积沙混凝土气泡间距系数不能准确评价其抗冻性,气泡盒维数与细骨料细度模数可反映气泡结构特征和细骨料颗粒级配,且二者呈负相关趋势,二者结合可对风积沙混凝土抗冻耐久性优劣进行初步判定。     

冻融作用对植被混凝土抗剪强度的影响

为探讨冻融作用对植被混凝土生态基材抗剪强度的影响,选取冷端温度、含水率和融化温度为影响因素,采用快剪试验监测原始样与冻融样的黏聚力和内摩擦角.结果表明：1）经历冻胀与融沉过程后,植被混凝土的黏聚力降低,内摩擦角在多数情况下表现为增大,二者的耦合作用显示抗剪强度有所降低;2）随着冷端温度的降低,植被混凝土冻融后的黏聚力逐渐减小,而内摩擦角却逐渐增大;3）含水率对植被混凝土黏聚力与内摩擦角的影响具有双重效应,随着含水率的增大,植被混凝土冻融后的黏聚力先快速减小而后缓慢减小至稳定值,而内摩擦角却逐渐减小;4）融化温度的改变不会造成黏聚力和内摩擦角的变化,仅影响冻结植被混凝土的融沉历时.     

鄂东南花岗岩崩岗岩土抗剪强度与含水量的关系

崩岗是我国南方特殊的一种土壤侵蚀现象,其形成主要是由于岩土稳定性降低所致;土壤抗剪强度是表征崩岗岩土稳定性的重要指标,而土壤含水量是影响抗剪强度的关键因子.以通城县2处崩岗为研究对象,采集淋溶层(A)、淀积层(B)、过渡层(BC)和母质层(C)原状土样,通过室内直剪试验,研究崩岗岩土不同层次抗剪强度与含水量的关系及变化规律.结果表明:A层抗剪强度随含水量增加呈现先增大后下降趋势,其余各土层抗剪强度整体上随含水量增加呈现而下降,B层抗剪强度较大,C层抗剪强度最小,且B层抗剪强度受含水量影响最大;土壤黏聚力变化幅度较大,A层随含水量增加先增大后减小,其余各层均随含水量增加而减小,B层黏聚力在4个层次中最大,同时其衰减幅度也较大,C层因黏粒质量分数低、缺少胶结物质而黏聚力极低;土壤内摩擦角4个土壤层次均随含水量增加而减小.研究结果可为崩岗侵蚀机理研究以及进一步防治崩岗侵蚀提供理论依据.     

高原低气压环境对引气混凝土含气量及气泡稳定性的影响

该文利用低气压试验箱模拟高原气压环境,试验研究了不同配合比及初始含气量水平下环境气压的降低对引气混凝土含气量及其气泡稳定性的影响。结果表明:与常压相比,环境气压的降低能够显著削弱引气剂的引气能力,当混凝土配合比及引气剂掺量一定时,混凝土含气量随环境气压降低呈线性减少,当环境气压降低至50 k Pa时,混凝土含气量降低约20%~49%。另外,低气压条件下混凝土气泡稳定性变差,具体表现为混凝土含气量经时损失变大,延长振捣时间导致低压混凝土损失更多气泡,二者均使低压下硬化混凝土的气泡间距系数增大,影响混凝土抗冻性。因此,在高原地区应通过采取优选引气剂类型、增大引气剂掺量以及避免过振等技术措施,以确保高原地区引气混凝土含气量能够达到抗冻设计要求。     

冻融对土壤分离能力及侵蚀阻力的影响

冻融后坡面为水力侵蚀产沙提供了大量有效物质源,是河道泥沙的主要策源地。该研究利用室内模拟冻融和径流冲刷试验,设置不同冻融循环次数、坡度和流量梯度,分析冻融对土壤分离能力及侵蚀阻力的影响机制。结果表明,冻融条件下,坡度、流量和冻融循环次数均对土壤分离能力有显著影响(P0.05),贡献率分别为17.94%、19.96%和18.43%。冻融前后,土壤分离能力基本均随坡度和流量的增加而增大,冻融后的均值(5.28±2.48g/(cm~2·min))显著大于冻融前(2.39±1.71 g/(cm~2·min)),但冻融后的增幅明显小于冻融前。不同坡度和流量条件下,冻融1次后,土壤分离能力均显著增大(P0.05),但其随冻融循环次数增加的变化趋势差异较大,只有在坡度与流量同时较小(10°和≤18L/min)或较大(15°和≥18L/min)时,呈显著增大趋势。冻融循环1、5、10次后,土壤细沟可蚀性分别增大1.25、1.66和1.72倍,随冻融次数的增加逐渐趋于稳定;土壤临界剪切力冻融后显著降低,与冻融次数无明显关系。冻融后土壤平均容重、水稳性团聚体和抗剪强度分别降低了6.61%、24.77%和21.35%,土壤孔隙度和三相结构指数变化与之相反。冻融条件下,土壤细沟可蚀性与水稳性团聚体和抗剪强度呈显著负相关关系,而与孔隙度呈显著正相关关系。     

荷载与腐蚀冻融耦合作用下再生混凝土耐久性能试验

现有的荷载与环境多因素研究大多是通过给试块设计安装一套夹具,然后拧紧螺丝或者用千斤顶对试块施加荷载（应力）,再用此带着夹具的试块进耐久性试验,此方法操作困难、繁琐,极易发生应力损失,使研究的准确性急剧降低。该文提出了一种具有操作简便、控制精准等优点的耦合作用机制,采用先加载再腐蚀冻融,且以此循环作用的方式来模拟混凝土真实工作状态,并对普通混凝土及再生混凝土在多因素耦合作用下耐久性能进行研究。该文试验加载制度分别采用0、40%、70%应力水平的重复荷载与25次腐蚀冻融交替2次,并对此耦合作用下再生混凝土与普通混凝土进行了宏观和微细观试验研究。试验结果显示：在宏观方面,随着应力水平的从0增加至70%,再生混凝土和普通混凝土的抗压强度损失率分别增加27.2%和100%,再生混凝土在多因素耦合作用下的耐久性能表现更佳,荷载会使普通混凝土和再生混凝土的劣化速度加快;在微观方面,在腐蚀冻融50次后,再生混凝土和普通混凝土的显微硬度损失率分别为8.1%和23.8%,环境扫描电镜（environmental scanning electron microscope, ESEM）结果也可以看出界面过渡区是混凝土中较薄弱的环节,且在冻融循环作用前,天然粗骨料界面过渡区处黏结强度和塑性变形能力较强,冻融循环作用后,再生粗骨料界面过渡区处抗冻融腐蚀能力更好。该结果为普通混凝土耐久性改进及再生混凝土的推广应用提供理论参考。     

自然冻融条件下黄土丘陵区不同土地利用方式原状土的抗冲性

[目的]研究冻融对3种土地利用方式(坡耕地、草地和灌木地)土壤抗冲性的影响,旨在为黄土高原季节性冻融区植被恢复建设提供理论依据.[方法]基于一系列野外自然冻融、野外监测和原状土冲刷试验,以确定冻融对3种土地利用方式土壤抗冲性的影响.[结果]①相较于坡耕地,草地与灌木地的冻结程度更低,其中,灌木地冻结程度最低,抗冻性最好...     

纤维改性再生骨料透水混凝土力学性能透水性和耐磨性研究

再生骨料透水混凝土是利用再生骨料制备透水混凝土,具备再生混凝土和透水混凝土的功能优势,但导致强度、耐磨性变差,故该文进行再生骨料透水混凝土改性研究。将聚丙烯纤维和碳纤维以不同的体积分数(其中聚丙烯纤维掺量分别为0.3%、0.6%、0.9%、1.2%,碳纤维掺量分别为0.2%、0.4%、0.6%、0.8%)掺入再生透水混凝土中,采用WAW-1000电液伺服万能试验机测定力学强度,自制透水装置测定透水系数,洛杉矶磨耗试验机测定耐磨性,获取不同种类和掺量纤维对透水性、力学性能和耐磨性的影响。试验结果表明,聚丙烯纤维和碳纤维的掺入对混凝土的孔隙率和透水系数影响不大,但可提高强度和耐磨性。随着纤维掺量的增加,抗压强度和劈裂抗拉强度呈先增大后减少的趋势;质量损失率也先减少后增大趋势。经优化分析可知聚丙烯纤维最优掺量为0.6%,碳纤维最优掺量为0.4%。该成果可为纤维改性混凝土以及再生骨料透水混凝土的推广应用提供参考。     

冻融交替对黑土氮素转化及酶活性的影响

以黑土为试验材料,通过室内培养实验,研究了不同冻融循环(-25—5℃、-10—5℃)对黑土氮素转化速率和土壤酶活性的影响。结果表明:随着冻融频次的增加,铵态氮含量和硝态氮含量均逐渐增加。除了中强度冻融(-10—5℃)的土壤铵态氮在培养第1周期内的含量最低外,剩余培养周期内,铵态氮含量均表现为中强度冻融(-10—5℃)高强度冻融(-25—5℃)对照组(5℃);硝态氮含量对不同冻融温度的响应差异显著。与对照组相比较,冻融循环整体上降低了土壤的矿化速率和硝化速率,但实验末期有促进硝化的趋势,不同强度冻融对矿化速率和硝化速率影响显著。受土壤温度和冻融交替的影响,土壤的脲酶活性和转化酶活性均低于对照组,且脲酶活性和转化酶活性均表现为中强度冻融高强度冻融(第1周期除外)。综上,冻融作用对黑土的供氮能力和土壤酶活性具有重要影响。     

SY固化土构件在护坡工程中的性能及其机理研究

将SY土壤固化剂和水泥掺入砂壤土,制成不同形状规格的SY固化土护坡构件,分别在水泥含量15%,20%和25%,固化剂掺量为1%,2%,3%和4%时,制成最大干密度的试样,进行了3,7,14和28 d无侧限抗压强度试验,以及水泥含量25%,固化剂掺量3%时的冻融循环试验.结果表明,SY固化剂能显著提高砂壤土的力学性能和抗冻性能;在同一个固化剂掺量下,其力学性能和抗冻性能随着水泥含量的增加而提高;同化剂掺量、水泥含量与土壤含量三者之间存在协调性.SEM测试和机理分析表明,SY土壤同化剂生成的大量二氧化硅凝胶和微膨胀的钙矾石晶体,使内部结构更加致密,从而提高了砂壤土的宏观力学性能和抗冻性能.SY固化土护坡构件完全满足护坡工程质量要求,具有较高的经济、社会和生态价值.     

玉米芯骨料生态混凝土的制备及性能

农村大量玉米芯焚烧或占地堆放,严重污染环境且造成资源浪费。玉米芯具有轻质、保温等建筑性能,可用于制备生物质建筑材料,该研究将破碎后的玉米芯颗粒掺入再生砂浆中制备玉米芯骨料生态混凝土,通过改变胶砂比及玉米芯体积分数探讨生态混凝土的基本性能。试验结果表明:玉米芯小颗粒(4.75 mm≤直径d (27)9.5 mm)与大颗粒(9.5 mm≤d (27) 19 mm)的质量比为1∶1.5时骨料的级配较合理,生态混凝土的强度较高;生态混凝土的胶砂比对干密度影响不大,但导热系数和强度则随胶砂中再生砂比重的增加而降低;随生态混凝土中玉米芯含量的增加,混凝土的干密度、导热系数及强度均明显降低。试验范围内,生态混凝土的干密度为1 200～1 550 kg/m3,导热系数为0.20～0.26 W/m·K,28 d强度为2.0～5.7 MPa。玉米芯骨料生态混凝土的研究可为开发轻质保温的墙体材料用于农业农村建设提供参考。     

玻璃纤维水泥土集雨面物理性能的试验研究

为了提高集雨—灌溉农业中雨水收集的效益，开发经济、适用的材料用于建造集雨面非常重要。为确定新开发的一种集雨面材料—玻璃纤维水泥土在恶劣环境下（如冻融、干湿变化）其强度和抗渗透性的变化，在实验室内进行了控制条件下的性能试验研究。用玻璃纤维水泥土制成的集雨面立方体试块，研究了集雨面在干湿循环、冻融循环物理作用下的强度、抗渗性能和体积冻胀变形特性。定量确定了玻璃纤维水泥土的性能变化规律。结果表明，玻璃纤维水泥土集雨面的抗压强度在浸水饱和后比初始抗压强度降低26%,而在冻结融化和干燥后恢复并比初始抗压强度增加41