复合盐及单盐冻融循环侵蚀下混凝土受风沙环境冲蚀试验研究

发布时间：2017-09-22 07:08

  本文关键词：复合盐及单盐冻融循环侵蚀下混凝土受风沙环境冲蚀试验研究

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【摘要】：我国中西部的严寒、盐渍和风沙等特殊自然环境对该地区混凝土结构,尤其对道面混凝土的耐久性和安全性影响严重,严重威胁其服役寿命。本文主要研究区域为内蒙古中西部盐渍土区和沙漠区,该地区有G6、G7等多条高速公路和多条自治区内公路交织,选取区域具有很好的实际意义及工程背景。本文在研究内蒙古中西部盐渍、严寒等环境特点的基础上,采用气流挟沙喷射法,研究混凝土的冲蚀率及损失量在不同盐冻融环境及不同风沙环境冲蚀参数下的关系,得出混凝土冲蚀磨损规律及冲蚀机理,并进一步通过结合田口正交试验方法对各种侵蚀环境因素做出具体影响评价,使得实验结果更具可靠性。本课题受国家自然科学基金项目《严寒环境下西部盐渍土区道面混凝土受风沙侵蚀损伤机理研究》(项目批准号:51468049)和《风沙环境下钢结构涂层侵蚀力学行为及损伤评价研究》(项目批准号:11162011)资助,具体研究内容如下:1.对内蒙古中西部三处地区盐渍土进行采样分析,并根据鄂尔多斯境内盐渍土采样分析结果,分别配制了硫酸钠和氯化钠复合盐侵蚀溶液,以及对应下单盐侵蚀溶液和自来水,共计四种溶液,并且在这四种溶液下分别进行混凝土冻融循环对比试验,以试件质量和抗压强度作为评价指标;并且结合场发射扫描电镜(FESEM),观测混凝土冻融循环后的微观形貌,并结合能谱分析及化学元素分析对混凝土内部侵蚀程度做对比分析。实验结果表明:(1)在冻融初期,四种溶液中的混凝土质量与抗压强度均有所增加,但当冻融次数超过大约10次后,混凝土质量及抗压强度均有所降低;(2)复合盐及单盐冻融循环后混凝土内部有相应的化学元素产生。2.结合内蒙古中西部沙尘天气的气候特点,进行风沙冲蚀参数的选择,设计五种不同工况下的风沙侵蚀试验,进行混凝土在不同盐溶液侵蚀环境下冻融循环后的风沙侵蚀试验。3.采用模拟风沙环境侵蚀实验系统对混凝土进行冲蚀试验研究,对不同工况下的研究结果进行计算统计分析,结合超景深显微镜(DSX 500)对混凝土冲蚀形貌进行观测,分析其受冲蚀磨损的损伤机理,结果表明:(1)五种工况下混凝土的冲蚀率在相同冲蚀条件下随冲蚀速度的增大而增大,并且二者遵循(E=K·Vn)幂指数关系;(2)在相同冻融次数下混凝土冲蚀率随着冲蚀角度的增大而增大;(3)在相同冻融次数下混凝土冲蚀率随着沙流量的增大而减小;(4)通过库布齐和腾格里两大沙漠的沙粒冲蚀磨损对比,得出在低角度冲蚀下,库布齐沙粒对混凝土的冲蚀率高于腾格里沙粒的冲蚀率,当冲蚀角度逐渐增大时,腾格里沙粒对混凝土的冲蚀率则逐渐高于库布齐沙粒。4.应用田口正交试验方法进行硫酸盐溶液冻融循环下混凝土受冲蚀侵蚀试验研究,试验得出冲蚀角度对混凝土冲蚀磨损影响程度最大,其次为冲蚀速度、沙流量和硫酸钠溶液冻融循环次数(45次冻融范围内)。
【关键词】：盐渍土 风沙冲蚀 混凝土 易溶盐 冻融循环 田口方法 方差分析
【学位授予单位】：内蒙古工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U418.6
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-22
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 混凝土耐久性的国内外研究现状及发展动态11-15
• 1.2.1 混凝土抗冻性研究现状11-12
• 1.2.2 混凝土耐盐类腐蚀的研究现状12-13
• 1.2.3 混凝土受盐冻融破坏研究现状13-14
• 1.2.4 混凝土冲蚀磨损研究现状14
• 1.2.5 风沙环境下工程材料抗风沙概况14-15
• 1.3 气固两相流冲蚀磨损研究现状15-20
• 1.3.1 气固两相流冲蚀磨损概述15
• 1.3.2 气固两相流冲蚀磨损机理15-17
• 1.3.3 气固两相流冲蚀磨损的影响因素17-20
• 1.4 论文的主要研究内容20-21
• 1.5 论文的创新点21-22
• 第二章 区域特殊侵蚀环境特征分析22-36
• 2.1 内蒙古西北区域环境气候特征22-24
• 2.1.1 内蒙古年平均、最高及最低气温增长趋势22-23
• 2.1.2 内蒙古中西部寒冷日数23
• 2.1.3 日平均温度与蒸汽压的关系23-24
• 2.2 内蒙古中西部盐渍土区腐蚀环境特征24-31
• 2.2.1 自然概况24-25
• 2.2.2 土样采集、测定及腐蚀环境特征分析25-26
• 2.2.3 试验结果及腐蚀环境特征分析26-29
• 2.2.4 盐渍土的腐蚀机理29-31
• 2.3 内蒙古中西部地区沙尘气象参数特征分析31-34
• 2.3.1 沙尘天气分类特点及其分类31-32
• 2.3.2 沙尘暴时间分布的影响因素32-34
• 2.4 小结34-36
• 第三章 混凝土受特殊区域环境侵蚀试验方案设计36-46
• 3.1 试验工况设计36-37
• 3.2 复合盐与单盐侵蚀溶液的浓度设计37-39
• 3.3 混凝土试件的制备39-40
• 3.3.1 混凝土材料的选择39
• 3.3.2 混凝土配合比设计39-40
• 3.3.3 混凝土试件制作及养护40
• 3.4 混凝土受盐冻融循环侵蚀试验设计40-42
• 3.4.1 混凝土受盐冻融循环试验方法40-41
• 3.4.2 盐冻融循环前后混凝土质量及抗压强度的测定41-42
• 3.4.3 盐冻融循环后混凝土微观形貌、能谱及化学元素测定42
• 3.5 混凝土受风沙侵蚀试验设计42-45
• 3.5.1 混凝土受风沙侵蚀试验设计42-44
• 3.5.2 混凝土冲蚀三维形貌的观测44-45
• 3.6 本章小结45-46
• 第四章 盐冻融循环侵蚀作用下混凝土损伤试验研究46-54
• 4.1 盐冻融循环的试验制度与方法46
• 4.2 复合盐冻融循环作用下混凝土损伤试验研究46-50
• 4.2.1 复合盐冻融循环作用后混凝土的宏观形貌46-47
• 4.2.2 复合盐冻融循环作用后混凝土的微观结构47-48
• 4.2.3 复合盐冻融循环作用与混凝土质量变化的关系48-49
• 4.2.4 复合盐冻融循环作用与混凝土抗压强度变化的关系49-50
• 4.3 单盐冻融循环下混凝土损伤试验研究50-53
• 4.3.1 单盐冻融循环作用后试件外观变化及微观结构50-52
• 4.3.2 单盐冻融循环作用后混凝土质量及抗压强度变化规律52-53
• 4.4 本章小结53-54
• 第五章 盐冻融循环下混凝土受风沙冲蚀磨损试验研究54-72
• 5.1 风沙侵蚀试验方法及试验流程54-55
• 5.1.1 风沙侵蚀试验方法54-55
• 5.1.2 风沙侵蚀试验流程55
• 5.2 风沙侵蚀磨损试验参数55-59
• 5.2.1 风沙粒子的特征分析55-56
• 5.2.2 挟带沙粒的风速56-57
• 5.2.3 风沙流冲蚀角度57
• 5.2.4 沙流量的控制及过流面积57-59
• 5.2.5 风沙流冲蚀时间59
• 5.3 盐冻融循环侵蚀前后混凝受风沙冲蚀磨损对比试验研究59-67
• 5.3.1 冲蚀磨损程度的表征方法59-61
• 5.3.2 风沙冲蚀速度对混凝土冲蚀率的影响61-63
• 5.3.3 风沙冲蚀角度对混凝土冲蚀率的影响63-64
• 5.3.4 沙流量对混凝土冲蚀率的影响64-65
• 5.3.5 不同沙粒特征对混凝土冲蚀磨损的影响65-67
• 5.4 混凝土受风沙侵蚀试验的宏观现象与微观结构67-70
• 5.4.1 盐冻侵蚀及不同冲蚀角度下混凝土表面三维形貌图67-69
• 5.4.2 两种沙粒特征在不同冲蚀角度下混凝土表面三维形貌图69-70
• 5.5 本章小结70-72
• 第六章 田口方法下混凝土受多因素侵蚀试验研究72-80
• 6.1 基于田口正交法进行混凝土冲蚀磨损影响因素评价72-73
• 6.2 试验方案的设计73
• 6.3 试验数据73-74
• 6.4 冲蚀率信噪比S/N的计算74-75
• 6.5 试验结果及分析75-78
• 6.5.1 直观分析法75-76
• 6.5.2 冲蚀率信噪比数据分析76-77
• 6.5.3 信噪比方差分析77-78
• 6.6 混凝土盐冻融循环后的微观形貌78
• 6.7 本章小结78-80
• 结论80-82
• 参考文献82-88
• 致谢88-89
• 在读期间取得的科研成果89-90
• 作者简介90

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