冻融循环和硫酸盐侵蚀共同作用下水工混凝土性能演化研究

摘要

水工混凝土由于长期或周期性与水接触，不可避免的会受到环境水的作用。在气候恶劣的盐渍湖海地区，水工混凝土受到冻融破坏和硫酸盐侵蚀的现象是普遍存在的，这两种因素共同作用下水工混凝土的抗冻性和力学性能会发生显著变化，进而极大地威胁水工建筑物的安全运行。因此，开展冻融循环和硫酸盐侵蚀共同作用下水工混凝土性能演化的研究对服役环境下混凝土耐久性的评价具有重要意义。本文主要研究内容如下：
　　（1）通过开展湿筛混凝土在水中快速冻融试验，研究了冻融循环单一作用下水工混凝土的性能演化规律。结果表明：冻融循环作用后，混凝土经历了表面出现坑蚀—胶凝材料流失，细骨料外露—粗骨料外露的过程；经过300次冻融循环后，混凝土质量损失率为3.427％，相对动弹性模量下降到78.64%，抗冻等级达到了 F300的设计要求。随着冻融循环次数增加，混凝土的相对动弹性模量、超声波波速均降低，这两种无损检测得到的结果与混凝土外观损伤和质量损失的规律是一致的。混凝土劈裂抗拉强度和抗压强度均随着冻融循环次数增加而降低。在对受冻后混凝土的超声波波速和抗压强度进行回归分析的基础上，建立了混凝土超声波波速和抗压强度之间的函数关系。
　　（2）通过开展湿筛混凝土在质量分数5%Na2SO4溶液中快速冻融试验，研究了冻融循环和硫酸盐侵蚀共同作用下水工混凝土的性能演化规律。结果表明：冻融循环和硫酸盐侵蚀共同作用下，混凝土表面的损伤程度比单一冻融更严重，混凝土质量损失和动弹性模量损失均大于单一冻融循环作用。经过300次冻融循环后，混凝土的劈裂抗拉强度为0.81MPa，与初始值相比下降了67%，抗压强度为13.44MPa，与初始值相比下降了53%，可见冻融循环和硫酸盐侵蚀共同作用对混凝土劈裂抗拉强度的影响更大一些。采用最小二乘法建立了混凝土超声波波速和抗压强度之间的函数关系。
　　（3）以相对动弹性模量为损伤变量，分别建立了冻融循环单一作用、冻融循环和硫酸盐侵蚀共同作用下混凝土的损伤演化方程，并根据建立的损伤演化方程，分别对水冻和盐冻作用下混凝土的结构耐久性使用年限进行了预测。同时，引入复合损伤影响系数，分析了硫酸盐侵蚀对混凝土冻融损伤效应的影响。结果表明：硫酸盐侵蚀对混凝土的冻融损伤有较强的促进作用，硫酸盐侵蚀和冻融循环共同作用下混凝土的损伤大于冻融循环单一作用的损伤。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

引言

1 绪论

1.1 选题背景及研究意义

1.2 混凝土抗冻性研究现状

1.3 混凝土抗硫酸盐侵蚀研究现状

1.4 水工混凝土性能演化研究现状

1.5 混凝土损伤研究现状

1.6 本文主要研究内容

2 试验设计

2.1 试验原材料

2.2 配合比设计

2.3 试件尺寸及分组

2.4 试件成型及养护

2.5 试验仪器与设备

2.6 评价指标

2.7 本章小结

3 冻融循环作用下水工混凝土性能演化规律

3.1 混凝土冻融试验概述

3.2 试验结果分析

3.3 本章小结

4 冻融循环和硫酸盐侵蚀共同作用下水工混凝土性能演化规律

4.1 冻融循环和硫酸盐侵蚀试验方法

4.2 试验结果分析

4.3 本章小结

5 冻融循环和硫酸盐侵蚀共同作用下水工混凝土损伤演化方程

5.1 损伤力学基础

5.2 混凝土损伤演化方程

5.3 硫酸盐侵蚀对冻融循环损伤效应影响分析

5.4 受冻混凝土耐久性使用年限预测

5.5 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

附录：攻读硕士学位期间发表的部分学术论著