复杂环境下风积沙混凝土的耐久性能研究与寿命预测

发布时间：2020-03-21 12:15

【摘要】：用风积沙(又名沙漠沙)替代普通河砂拌制风积沙混凝土(Aeolian sand concrete,简称ASC),是解决中国西北、华北沙漠地区混凝土用砂资源短缺的有效措施。鉴于上述地区混凝土建筑物和构筑物服役环境复杂、耐久性差。通过对ASC进行单一、双重和多重因素作用下的耐久性试验,研究ASC在各种因素作用下的损伤失效规律、失效机理。1.使用库布齐沙漠中部风积沙,按照风积沙替代率分别为0、20%、40%、60%、80%和100%,制备了水胶比为0.55、强度等级为C25的大流动性ASC。借助气泡间距分析、电镜扫描、X射线衍射分析和核磁共振等微观测试手段分析了ASC的物相成分、形貌及孔结构变化。2.测试分析了ASC的物理力学性能和微观结构组成。结果表明:ASC的28d抗压强度只有100%掺量ASC略显不足,28d劈拉强度全部合格;掺量60%的ASC内部存在大量的相互连通的大孔隙,60%掺量ASC中毛细孔和大孔含量最少;掺量大于60%的ASC总孔隙量提高,平均气泡间距逐渐减小;100%掺量ASC的孔隙量最大,分布较多(0.1~5)μm的毛细孔和独立封闭型大孔。3.本文以四种环境溶液作为试验介质,考虑冻融和干湿循环因素,基于在单一、双重和多重因素作用下的耐久性试验,对ASC的损伤规律、机理进行了系统研究。(1)在冻融、(盐腐蚀+冻融)、(冻融+干湿)和(盐腐蚀+冻融+干湿)作用下,结冰压导致ASC出现表层剥落和内部裂缝,掺量≤60%的ASC裂缝会延伸至表面,掺量60%的ASC只有表层剥蚀;蒸汽压加速损伤,盐结晶压有抑制损伤正效应和加速损伤的负效应。风积沙掺量越大ASC的抗冻性越好,100%掺量ASC的抗冻性最好。(2)在干湿单因素和(盐腐蚀+干湿)双因素作用下,外观无明显变化;蒸汽压和盐结晶压加速损伤发展,80%掺量ASC的抗干湿能力最好。(3)在氯盐中浸泡、(氯盐+冻融)、(氯盐+干湿)和(氯盐+冻融+干湿)作用下,ASC的氯离子结合表现为Langmuir非线性吸附;氯离子扩散系数与表面氯离子浓度随腐蚀时间、环境温度、风积沙掺量的变化而变化;冻融环境下,80%~100%掺量ASC抗氯离子渗透能力较好,干湿环境下60%掺量ASC抗氯离子渗透能力较好。4.在碳化试验的基础上研究了ASC的碳化规律,考虑风积沙掺量的影响,建立了ASC基于碳化的寿命预测模型;引入氯离子结合能力系数k,并考虑氯离子扩散系数和表面氯离子浓度的时间效应,建立了ASC基于氯离子扩散理论的寿命预测模型;考虑质量损失率与相对动弹性模量两个变量,构建了新的损伤度评价指标?,可更准确地评价ASC在低温环境中的损伤。
【图文】：

沙漠分布,世界

[3]，沙漠分布图见图1 根据联合国ǎ防治沙漠化公约ǐ统计，目前世界上沙漠的面积为 1535万 km2，约占世界陆地面积的 1/10，全球沙漠化土地面积 4560 万 km2，约占地球陆地面积的 1/3，撒哈拉沙漠是世界上最大的沙漠，面积大约 860 万 km2，位于非洲北部沙漠化正以每年约 6 万 km2的速度在肆虐地球陆地，，沙漠的不断扩张，已严重威胁人类的生存图 1 世界沙漠分布图Fig.1 Distribution of desert in the world我国分布有众多的沙漠和沙地

中国沙漠,现状,大沙漠,沙漠分布

图 1 世界沙漠分布图Fig.1 Distribution of desert in the world我国分布有众多的沙漠和沙地，中国的沙漠分布见图2 著名的八大沙漠和四大沙地[4～7]，包括塔克拉玛干沙漠（33.76 万 km2，位于塔里木盆地中心，东西长约 1000km，南北宽约 400km，仅次于非洲撒哈拉大沙漠，是世界第二大沙漠）古尔班通古特沙漠（位于准噶尔盆地的中央，4.88 万 km2）巴丹吉林沙漠（4.7 万 km2，位于内蒙古自治区阿拉善右旗北部，是我国第三世界第四大沙漠）腾格里沙漠（4.27万 km2）柴达木沙漠（3.49 万 km2）库姆达格沙漠（1.95 万 km2）乌兰布和沙漠（1.15 万 km2）库布齐沙漠（1.86 万 km2）科尔沁沙地（5.06 万 km2）毛乌素沙地（3.21 万 km2 浑善达克沙地（2.38 万 km2）呼伦贝尔沙地（1.0 万 km2）
【学位授予单位】：内蒙古农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU528

【参考文献】