混凝土受酸雨侵蚀性能劣化规律及寿命预测模型研究

摘要

目前，在我国部分地区酸雨现象较为普遍，混凝土建筑长期受酸雨冲刷后会导致其使用性能显著下降，而混凝土结构的使用寿命受环境和材料组成因素影响，不同酸雨组成和混凝土配比将在很大程度上决定其服役年限。若使混凝土结构长期处于酸雨侵蚀作用下而不加以防护，会导致其使用功能出现严重的劣化现象，甚至提早结束其服役寿命。因此，针对上述问题，本文分别研究了不同酸雨组成因素、不同材料组成因素对受酸雨侵蚀混凝土性能劣化行为的影响，最终通过灰色系统理论建立相应的数学模型对受酸雨侵蚀混凝土的使用寿命进行了预测。
　　本文的研究内容如下：
　　（1）酸雨组成因素对受酸雨侵蚀混凝土侵蚀行为的影响。采用实验室加速方法研究了不同pH环境、（固定pH）不同SO42-浓度环境下混凝土试件质量、抗压强度、动弹模量、吸水率、酸性化深度的劣化规律，利用XRD对不同pH环境下混凝土胶浆的腐蚀区域物相组成进行研究，对酸雨环境中SO42-与H+的协同作用进行了探讨。结果表明：随着溶液酸度的增加，混凝土各项性能的劣化程度加重；在固定侵蚀溶液的pH值为2.5的情况下，在一定范围内（c(SO42-)=0.05 mol·L-1~0.20 mol·L-1），溶液中SO42-浓度增大，混凝土被侵蚀地更加严重；在酸雨环境中SO42-与H+具有协同作用，SO42-离子的存在会使混凝土被侵蚀地更加严重。
　　（2）材料组成因素对受酸雨侵蚀混凝土性能劣化规律的影响。采用实验室加速方法研究了不同水胶比、不同粉煤灰掺量、不同矿渣粉掺量混凝土试件在pH=2.5模拟酸雨环境下质量、抗压强度、吸水率、酸性化深度的劣化规律，结果表明：水胶比在0.32~0.37之间的混凝土性能劣化较为缓慢；随着粉煤灰掺量的增加，掺粉煤灰混凝土的各项性能衰减地越快；对于单掺矿渣粉的混凝土试件，其掺量也存在最佳的区间，当矿渣粉掺量在20~30％时，能提高混凝土的抵抗酸雨侵蚀能力。对不同粉煤灰、矿渣粉掺量混凝土胶浆未腐蚀区域与腐蚀区域进行了化学组成分析与微观形貌的观察，结果表明：在混凝土胶浆中各类氧化物的含量能影响受酸雨侵蚀混凝土的劣化行为，并推测出各类氧化物含量的最优区间，氧化物含量在此范围内混凝土具有较好的抗酸雨侵蚀能力；被酸雨侵蚀混凝土的微观形貌会发生明显变化，未腐蚀区域、被腐蚀区域胶浆的结构致密程度都能影响受酸雨侵蚀混凝土的性能劣化行为；当粉煤灰、矿渣粉掺量越高时，其未水化的部分就越多，这明显对混凝土性能无益。
　　（3）比较了GM(1,1)与MGM(1,2)模型对受酸雨侵蚀混凝土短期性能劣化规律预测精度，为了进一步预测出更长期限的性能数据引入新陈代谢MGM(1,2)模型。通过对实验数据的拟合建立了酸性化速度系数与pH值、粉煤灰掺量、矿渣粉掺量的函数关系，并在酸性化速度系数的基础上，结合新陈代谢MGM(1,2)模型建立了混凝土使用寿命预测方法。计算出在pH=1.5、pH=2.5模拟酸雨环境中混凝土耐久性失效极限状态时的剩余抗压强度系数Q，在对此方法局限性探讨的基础上提出了一种新的方法来对混凝土耐久性失效极限时混凝土的力学性能进行定量分析。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景与目的意义

1.2 国内外研究现状

1.3 存在的问题

1.4 本文的研究目标、内容与技术路线

第二章 试验原料及试验方法

2.1 原材料及其基本性能

2.2 混凝土受酸雨侵蚀后的性能测试方法

第三章 酸雨组成对受酸雨侵蚀混凝土性能劣化规律的影响

3.1 试验方案设计

3.2酸雨pH值对混凝土性能劣化规律的影响

3.3 酸雨中SO42-浓度值对混凝土性能劣化规律的影响

3.4 本章小结

第四章 材料组成对受酸雨侵蚀混凝土性能劣化规律的影响

4.1 试验方法

4.2 水胶比对混凝土受酸雨侵蚀性能劣化规律影响

4.3 粉煤灰掺量对受酸雨侵蚀混凝土性能劣化规律的影响

4.4 矿渣粉掺量对受酸雨侵蚀混凝土能力劣化规律的影响

4.5 不同粉煤灰、矿渣粉掺量腐蚀区域与未腐蚀区域组成与结构分析

4.6 本章小结

第五章 受酸雨侵蚀混凝土寿命预测模型研究

5.1 GM(1,1)模型和MGM(1,2)模型在受酸雨侵蚀混凝土耐久性预测中的比较

5.2 酸性化速度系数

5.3 新陈代谢MGM(1,2)模型对混凝土长期寿命的预测

5.4 两种混凝土寿命终结时剩余抗压强度系数计算方法的探讨

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

附录