氯盐侵蚀和干湿循环条件下浮石混凝土的耐久性

为了探究干湿循环条件下氯离子对浮石混凝土的侵蚀机制,借助核磁共振测试技术,分析浮石混凝土在干湿循环条件下微观孔隙结构特征,对侵蚀后的浮石混凝土内部微观结构进行X射线衍射物相分析与电镜扫描分析,进而探讨浮石混凝土抗氯离子侵蚀性能。研究结果表明,在氯盐侵蚀作用下,浮石混凝土和普通混凝土的质量损失变化率与相对动弹性模量变化趋势相一致;发现浮石混凝土谱面积是普通混凝土谱面积的1.0～1.7倍;浮石混凝土侵蚀破坏主要为内部发育新的小孔隙和中小孔隙向大孔隙和裂纹发育造成的,普通混凝土侵蚀破坏主要为内部的微小孔隙和小孔隙向大孔隙和裂纹发育造成的;浮石混凝土(0.1～1.0 μm孔隙所占比重较多,普通混凝土(0.01～0.1 μm孔隙所占比重较多;干湿循环120次后浮石混凝土孔隙度增加26.7%,自由流体饱和度减少1.0%,干湿循环120次后普通混凝土孔隙度增加77.8%,束缚流体饱和度减少7.3%;氯盐侵蚀后均生成以Friedel盐为代表的多种腐蚀结晶物。该研究可为浮石混凝土在氯盐环境下农业水利建设提供理论依据。     

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。     

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。     

风沙冲蚀与碳化耦合作用下风积沙粉体混凝土耐久性能

该研究以风积沙粉体为水泥替代材料的风积沙粉体混凝土为研究对象,设计风沙冲蚀-碳化、碳化-风沙冲蚀2种工况,探讨其在风沙冲蚀、碳化环境下的劣化机理及耐久性能。结果表明,风沙冲蚀时,90o冲蚀角作用时以撞击作用为主,产生冲蚀坑洞,45°冲蚀角作用时以削切作用为主,产生冲蚀沟壑,且风沙冲蚀破坏混凝土表面水泥石结构,可使碳化深度增加3倍以上;碳化作用时,普通混凝土碳化时是由于氢氧化钙和水化硅酸钙发生脱钙反应,风积沙粉体混凝土则是由于氢氧化钙、水化硅酸钙和钙矾石发生脱钙反应,且由于碳化产物自身的膨胀作用使混凝土变的疏松,使风沙冲蚀后质量损失增加1.6倍以上;风积沙粉体混凝土内部孔径在20 nm以下的无害孔的比例多于普通混凝土21.37个百分点,200 nm以上多害孔少于普通混凝土13.93个百分点,其劣化显著性低于普通混凝土;相对于单一工况,风沙冲蚀、碳化耦合作用下劣化显著性更高,且风沙冲蚀-碳化耦合作用劣化显著性低于碳化-风沙冲蚀耦合作用,风沙冲蚀-碳化耦合作用后的10~15 mm范围内出现碳化区域、碳化产物发生变化(生成硫酸钙)及非碳化区域的混合区,且风沙冲蚀-碳化耦合作用后风积沙粉体混凝土孔隙度下降0.47%,20 nm以下的无害孔的比例高出普通混凝土25.15%。     

干湿循环作用下崩岗土体抗拉强度的衰减性分析

针对干湿循环影响下崩岗土体崩壁出现失稳等问题,通过开展室内单轴抗拉试验,研究了湖北通城地区不同干湿循环作用下崩岗土体抗拉强度的变化规律。结果表明:崩岗土体的抗拉强度随着干湿循环次数的增加逐渐衰减,最后逐渐趋于稳定,且不同层次土壤的抗拉强度衰减主要集中在前3个干湿循环周期,表土层、红土层、过渡层和砂土层抗拉强度衰减比例分别达到90%,82%,83%,90%,且不同层次土壤的抗拉强度总体表现为过渡层>红土层>表土层>砂土层。并通过考虑崩岗不同层次土体深度和干湿循环次数的共同影响,建立了抗拉强度衰减预估模型,且抗拉强度模型预测值与实测值有较高的相关关系(R^2=0.97),该模型对研究崩岗不同层次土体抗拉强度衰减机制具有指导意义。     

干湿循环作用下云南红土裂缝发展研究

以干湿循环为控制条件,考虑初始干密度、增湿次数和脱湿次数等影响因素,采用室内试验和图像处理相结合的方法,研究云南红土裂缝的产生及其发展演化。控制初始干密度为1.20,1.30,1.40,1.50g/cm~3,通过增湿、脱湿的干湿循环及膨胀率等试验方法,观察红土样裂缝的变化,并应用Matlab图像处理技术提取红土样的裂缝特征参数。结果表明:干湿循环作用下,初始干密度越大,红土样越容易开裂,干密度较小时(1.20g/cm~3)土样始终不开裂,随干密度增大(1.30,1.40g/cm~3),红土样在第3次增湿中开裂,干密度达1.50g/cm~3时,红土样在第2次增湿中开裂,增湿过程对红土样裂缝发展的影响显著大于脱湿过程的影响;红土样的膨胀率随浸泡时间延长逐渐增大,干密度为1.20,1.30,1.40g/cm~3时约8min膨胀基本稳定,干密度为1.50g/cm~3时约36min膨胀趋于稳定;对应红土样的裂缝条数、长度、面积和宽度等特征参数随增湿次数、脱湿次数增大而增大;随干密度增大,红土样的裂缝条数、长度与面积增大,裂缝宽度在干密度约1.30g/cm~3处存在峰值。干湿循环作用引起云南红土开裂的关键因素在于增湿过程中红土样的不均匀膨胀,红土裂缝属于膨胀裂缝,其发展过程包括裂缝孕育期(0~2次)、裂缝形成发展期(2~6次)和裂缝稳定期(6~8次)3个阶段,这3个阶段综合作用的结果,最终影响了红土裂缝的发展演化趋势。     

干湿循环强度与频度对花岗岩红壤孔隙分布的影响

为探明干湿循环频度与强度对花岗岩红壤孔隙分布的影响,该研究通过测定不同干湿循环条件下土壤水分特征曲线计算孔隙分布,并采用孔隙分形维数量化干湿循环效应对土壤孔隙结构变异的影响。结果表明：干湿循环对＜0.2 μm、＞3～15 μm和＞57 μm三类当量孔隙产生了显著影响。孔隙结构的再分布主要集中于前4次干湿交替之中,其后干湿交替的影响效应随着频度的增加逐渐减小并趋于稳定。随着强度增强,非活性孔隙（＜0.2 μm）和中孔隙（0.2～30 μm）逐渐发育成大孔隙（＞30 μm）。同时,干湿循环强度对大孔隙（＞30 μm）影响显著（P＜0.05）,贡献率达65.2%,而干湿循环频度对非活性孔隙（＜0.2 μm）影响显著（P＜0.05）,贡献率达91.9%。此外,土样孔隙分形维数D经干湿循环后逐渐减小,且与强度呈负相关（R2=0.868）,表明孔隙结构向大孔隙均质化方向发展。研究结果说明季节性降雨干旱引发的干湿循环效应主要影响大孔隙的生成,增强了土体的均质性和导水能力,加剧了岩土体失稳崩塌的风险。     

干湿循环条件下重庆地区三种土壤抗剪强度的动态变化

选择广泛分布于重庆丘陵山区的黄壤、钙质紫色土和中性紫色土3种土壤,通过对室内三轴剪切试验,测定含水率和干密度交互作用对土壤抗剪强度指标的影响,在含水率和干密度对土壤抗剪强度影响分析的基础上,3土壤按各自最优含水率和干密度制作干湿循环试验土样,进行干湿循环条件下土壤抗剪强度的动态变化分析。试验结果显示：(1)在相同干密度情况下,3种土壤粘聚力c值随着含水率的增加呈现出先增加后减小的趋势,在相同土壤含水率水平下,土壤粘聚力c值随干密度增大而增大,3种土壤内摩擦角φ值在各干密度条件下均随着含水率增加呈明显减小的趋势。(2)含水率和干密度的交互作用对土壤粘聚力c值有显著影响,粘聚力c值在1.3-1.7g/cm₃干密度范围内随着干密度的增大而增大,且每一个干密度都有一个含水率与之对应,在这样一个交互作用下粘聚力c值达到最大,含水率和干密度的交互作用对内摩擦角φ值影响相对较小,同一干密度下,其φ值差异不大,随干密度的增大缓慢增大。(3)3种土壤的粘聚力c值均随干湿循环次数的增加均呈减小趋势,且前两次循环c值衰减幅度都很大,从第三次干湿循环到第五次干湿循环粘聚力c值衰减幅度很小,趋于稳定。(4)3种土壤在干湿循环后内摩擦角φ值总体呈减小趋势,但不同土壤类型间存在差异,第五次循环结束后,黄壤为24.6?,中性紫色土为22.6?,钙质紫色土为19.3?。     

不同干湿条件下中等膨胀土裂隙发展及作用机理分析

为深入研究膨胀土在干湿循环作用下的裂隙发展规律,该研究以宿连航道工程中富含的中等膨胀土为研究对象,按照不同温度、干燥方式、干湿范围进行干湿循环试验,基于图像处理技术并结合SEM扫描电镜微观形貌,定量分析了膨胀土裂隙发展的温度与干湿效应。结果表明:裂隙发展受温度影响显著,从自然风干条件到烘箱干燥50℃,随着温度增加,裂隙指标逐渐增长;高温条件下裂隙的发育模式为先增长后拓宽,裂隙长度更早趋于稳定,而裂隙平均宽度仍会继续增长,并在含水率低于15%后出现0.08～0.17 mm的下降趋势;干湿循环是土体内部结构逐渐劣化,微观损伤不断累积的过程。虽然干湿前期试样的裂隙平均宽度受体缩效应影响,随干湿范围扩大出现部分下降趋势,而裂隙长度彼此接近,但随着干湿次数增加,裂隙指标极大值对应的干湿范围将逐渐由22%～33%向9%～33%转移;各温度、干湿范围作用下,试样裂隙指标的增加主要集中在前5次干湿循环,裂隙率、裂隙长度与平均宽度相较于未经过干湿循环的土体,分别增加了2.63%～11.56%,210.32～445.34 mm,0.39～0.83 mm;单位宽度分形维数相较于整体分形维数简化了干湿范围对于...     

蓄水条件下水体-土壤循环压盐机理试验研究

"改排为蓄"是盐碱地治理方法的重大创新,为揭示蓄水条件下蓄水沟水体与相邻土壤之间的动态循环压盐机理,进行水体与土壤之间盐分运移试验。通过对蓄水水位70cm→40cm→20cm的循环变化,研究水体和不同土层盐分运移规律。试验结果表明:蓄水水位由高到低循环变化对水体与土壤之间盐分运移有着至关重要的作用,当蓄水位以70cm→40cm→20cm的循环变化时,0-65cm土层含盐量逐渐减少,65-100cm土层含盐量逐渐增加。通过蓄水水位升降的循环变化,可以使表层土壤的盐分逐渐减少,底层土壤的盐分逐渐增大,改变土壤盐分在垂直方向的空间分布,逐步向下循环加速压盐。因此,循环压盐机理是成立的,"改排为蓄"治理模式是可行的,可以达到盐碱地改良的效果。     

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。     

西北风积沙区采煤扰动下土壤侵蚀与养分演变特征

为更好地理解西北风积沙矿区生态环境演变规律,以神东哈拉沟与上湾矿区为例,利用~(137)Cs示踪法分析了未采区、自恢复沉陷区(1、2、4、8 a沉陷区)与植被修复区(13 a沉陷区)的土壤侵蚀与养分特征,研究了矿区土壤侵蚀与养分的演变规律。结果表明:采煤扰动可以导致未采区土壤侵蚀强度增大与有机碳、微生物量碳、全氮、全磷、碱解氮养分明显损失。开采沉陷后,沉陷区土壤侵蚀强度随着时间的推移呈现出先增加后降低的趋势;其中,地表沉陷后的最初2 a是土壤侵蚀急剧增大的时段。采煤扰动下,土壤有机碳、微生物量碳、全氮、全磷、碱解氮养分的演变规律与土壤侵蚀演变密切相关。植被修复可以有效降低沉陷区土壤侵蚀强度与提高土壤养分含量。西北风积沙区采煤沉陷地表的生态恢复应该及时开展地表沉陷后的早起侵蚀防治,兼顾考虑植被修复与土壤微生物联合修复,以此促进土壤、植被正向演替。     

孔隙结构对风积沙混凝土抗压强度影响规律的灰熵分析

为了探究风积沙混凝土孔隙结构特征对抗压强度的影响,通过风积沙混凝土孔隙结构预测其抗压强度,该文对2种混凝土进行宏观力学抗压强度试验和微观孔隙结构核磁共振试验,同时采用灰熵分析探讨不同养护龄期下混凝土的孔隙结构参数与孔隙半径分布对抗压强度的影响规律,并在此基础上建立混凝土孔隙结构与抗压强度关系模型。结果表明:风积沙混凝土横向弛豫时间T_2曲线呈现"主次峰"结构,普通混凝土呈现"三峰"结构;2种混凝土谱面积均随着养护龄期先增大后减小,风积沙混凝土谱面积最大值为11 789.33,普通混凝土谱面积最大值为10 672.11;对2种混凝土抗压强度影响最大的因素均为束缚流体饱和度和0～0.1μm孔隙半径占比,2种混凝土的束缚流体饱和度灰熵关联度分别为0.980 4和0.979 1,0～0.1μm孔隙半径占比灰熵关联度分别为0.988 2和0.988 8;建立了混凝土抗压强度与束缚流体饱和度和0～0.1μm孔隙半径占比的灰色模型,2种混凝土GM(1,3)模型预测值与试验值的平均相对误差分别为4.11%和2.43%。该研究可为风积沙混凝土在实际工程中的应用提供参考依据。