冻融循环条件下混凝土渗透性测试及其演化研究

摘要

渗透性是混凝土抗冻抗渗性能评估和设计的重要指标，特别对于长期受冻融环境影响的水工混凝土，其最主要的破坏形式是渗透和侵蚀破坏。在冻融条件下，混凝土的渗透性能好坏与混凝土的强度及耐久性能有着重要的联系，并且可反映其内部裂隙大小及数量随冻融环境的变化情况。本文目的是研究冻融循环条件下混凝土渗透性演化规律，进而尝试探究混凝土渗透性与抗压强度、质量损失等常规冻融破坏评价指标的相关性。主要研究工作如下： 1）通过对混凝土试件制备装置进行改进，自主设计发明了《混凝土表面渗透试件制备装置》，有效解决了冻融条件下混凝土表面平整性较差，测试过程中的密封性难以满足持续测量要求的问题，从而能够快速、稳定、持续测得不同冻融循环次数下渗入混凝土的水渗透量。 2）基于三维渗流有限元方法，并结合 Seep3D 建模处理，模拟混凝土试件的三维渗流过程，进而得出渗透系数与渗透量的关系曲线。通过渗透试验所测的水渗透量随时间变化数据，内插反算得到与测试数据相对应的渗透系数，依据此方法可实时获取不同冻融循环次数下的混凝土渗透系数。 3）通过测试不同水灰比下混凝土的水渗透量，并对比其反算出的渗透系数，进而分析了冻融条件下水灰比对混凝土渗透性的影响。结果表明，随着水灰比的增大，混凝土渗透系数随着冻融次数的增加，其变化幅度逐渐增大，整体呈现指数形式增长。 4）通过对比同一批次掺与不掺粉煤灰的混凝土在冻融环境下的渗透性试验结果，分析了掺粉煤灰混凝土渗透系数随冻融次数的变化规律。结果表明，掺粉煤灰混凝土的渗透系数增长速度先增大后减小，高冻融次数后，掺粉煤灰混凝土的渗透系数增长速率变小。 5）通过对冻融条件下加引气剂混凝土试件进行渗透性测试，探究了加引气剂混凝土渗透系数随冻融次数的变化规律。结果表明，加引气剂混凝土的渗透系数随冻融次数变化增长趋势不明显，表明引气剂在改变孔隙结构的分布上起到了关键的作用。 6）探讨了冻融条件下混凝土渗透系数与抗压强度、质量损失率的相关性，并对其进行模型推导验证。研究表明，渗透系数可用于评价混凝土的冻融破坏过程，并与抗压强度、质量损失常规冻融破坏评价指标具有良好的相关性，并利用试验数据对所求的最终模型进行了偏差验证，结果显示模型计算结果满足于偏差范围，该模型的设计比较合理。

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