硫酸盐侵蚀环境下混凝土劣化规律研究

发布时间：2019-04-16 19:47

【摘要】：硫酸盐在我国分布广泛，海水、盐湖、地下水及盐碱地等环境中大多有硫酸盐存在，硫酸盐侵蚀是导致混凝土劣化最广泛和最普遍的形式之一，其影响因素复杂，危害性大，严重影响混凝土结构耐久性。硫酸盐中的侵蚀介质逐步传输到混凝土内部引起混凝土膨胀、开裂，造成强度损失，由表及里形成损伤层，最终导致混凝土破坏。硫酸盐环境中混凝土结构所处的水位变动区、浪溅区以及潮汐区等部分，同时遭受干湿循环与硫酸盐侵蚀的共同作用，混凝土劣化更加严重。在寒冷地区的硫酸盐环境中，混凝土结构不仅遭受硫酸盐侵蚀，同时还受到冻融循环的破坏作用，侵蚀劣化机理更加复杂。因此，开展干湿交替与硫酸盐侵蚀、冻融循环与硫酸盐侵蚀共同作用下的混凝土损伤劣化机理和性能退化规律研究，对于硫酸盐侵蚀环境下混凝土结构耐久性评估具有重要意义。 论文采用理论分析与室内加速试验相结合、宏观试验与微观分析相结合的方法，分别研究硫酸盐侵蚀与干湿循环、硫酸盐侵蚀与冻融循环共同作用下混凝土的损伤劣化机理与性能退化规律，在此基础上建立了混凝土抗压强度衰减模型与单轴受压本构模型，并分析了损伤层混凝土的力学性能退化规律；基于连续损伤力学理论，建立了硫酸盐侵蚀作用下的混凝土损伤破坏准则，并进一步分析了混凝土多轴损伤本构关系。主要研究内容如下： （1）采用SEM、XRD与TG-DSC微观测试技术手段，分析了硫酸盐侵蚀环境下混凝土内部的结构演化、主要侵蚀产物生长特征和形态，并对硫酸盐的主要侵蚀产物钙矾石和石膏进行定量分析，从微观角度揭示了硫酸盐与干湿循环、硫酸盐与冻融循环作用下混凝土损伤劣化机理。 （2）开展了硫酸盐侵蚀和干湿循环作用下的混凝土耐久性试验，综合分析了水胶比、粉煤灰掺量、硫酸盐溶液浓度及种类对混凝土质量损失率、相对动弹性模量和抗压强度的影响，建立了考虑水胶比、粉煤灰掺量和硫酸盐溶液浓度的混凝土抗压强度衰减模型。研究了硫酸盐侵蚀和冻融循环作用下硫酸盐溶液种类及浓度对混凝土性能劣化的影响规律，深入分析了硫酸盐侵蚀对冻融破坏的影响以及二者之间的耦合效应。 （3）采用超声波平测法，研究了硫酸盐侵蚀环境下混凝土损伤层厚度的变化规律，从损伤层角度分析了混凝土的损伤劣化规律。建立了硫酸盐与干湿循环作用下考虑水胶比、粉煤灰掺量和硫酸盐溶液浓度影响的混凝土损伤层厚度预测模型和混凝土损伤速率预测模型；建立了硫酸盐与冻融循环作用下的混凝土损伤层厚度预测模型和混凝土损伤速率预测模型；并对损伤层混凝土的力学性能进行分析，计算得出损伤层混凝土的平均抗压强度。 （4）开展了硫酸盐侵蚀环境下混凝土单轴受压本构关系试验研究，，分析了干湿循环和冻融循环作用下不同时期混凝土和损伤层混凝土的单轴受压性能及应力—应变曲线变化规律，建立了混凝土峰值应力、峰值应变、弹性模量与侵蚀时间的相关关系；建立了硫酸盐与冻融循环、硫酸盐与干湿循环作用下混凝土与损伤层混凝土的单轴受压应力—应变全曲线方程。 （5）基于连续损伤力学理论和Ottosen破坏准则，建立了硫酸盐侵蚀环境下混凝土的损伤破坏准则。基于建立的硫酸盐损伤破坏准则，求出非线性指标，并以硫酸盐环境下混凝土单轴受压应力—应变全曲线方程为基础求出割线模量，在Ottosen本构方程的基础上分析了硫酸盐作用下的混凝土多轴损伤本构关系。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TU528

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本文编号：2459048