酸性水环境下混凝土性能劣化规律及寿命预测研究

摘要

混凝土结构是目前使用最为广泛的工程结构形式，由于混凝土结构材料自身和使用环境的特点，使混凝土结构不可避免地存在耐久性问题。湖北省宜巴高速公路K64+400～K92+000路段河道、地下水呈酸性，混凝土体系本身呈碱性，酸性水腐蚀会导致混凝土性能的急剧劣化，同时加快钢筋锈蚀速度，严重影响了混凝土结构的服役寿命。
　　 为此，本文开展了酸性水环境下混凝土性能劣化规律及寿命预测研究，并将模型应用于工程实际,以寻求提高酸性水环境下混凝土使用寿命的方法。本文的主要研究内容如下:
　　 (1)酸性水环境下混凝土室内加速试验方法研究。针对酸性水腐蚀特点配制模拟溶液，设计了酸性水侵蚀破坏试验的模拟方法，包括酸性水浸泡、酸性水浸泡—烘干循环。开发了酸性水环境下混凝土酸性化深度的3D测试方法，具有测量区域立体性、测量值准确性高、试块可循环采样等优点。
　　 (2)酸性水环境下混凝土性能劣化规律研究。采用室内加速试验方法研究了pH值、粉煤灰、附加防腐措施、侵蚀制度等因素对混凝土抗压强度、质量及酸性化深度变化规律的影响。结果表明，混凝土抗压强度、质量变化规律均可用三次多项式表示，酸性化速度系数与粉煤灰掺量、pH值均呈指数函数关系;混凝土中掺入适量粉煤灰可以有效提高混凝土耐侵蚀性能;DPS防水涂料、清水混凝土防护涂料的使用，显著提高混凝土的抗侵蚀能力;酸性水侵蚀—干湿循环耦合破坏会导致“1+1＞2”的耦合破坏效应。
　　 (3)酸性水环境下混凝土寿命预测研究。基于灰色系统理论、Fick定律，通过研究粉煤灰掺量、pH值对酸性化速度系数K的影响，对酸性化、抗压强度数据进行灰色建模，建立了综合考虑粉煤灰掺量、pH值、时间依赖性的混凝土寿命预测模型。并将该模型应用于工程实际，以寻求提高酸性水环境下混凝土结构使用寿命的有效方法。根据混凝土性能劣化规律的研究结果，求出酸性化深度指标对应的混凝土耐久性失效极限状态时抗压强度数据，得出酸性水环境下混凝土耐久性失效极限状态时的抗压强度劣化指标。计算实例表明:该预测模型是一种针对性好、预测精度高、可行实用的预测方法;酸性水侵蚀—干湿循环耦合破坏下的混凝土结构使用寿命要低于全浸条件下的混凝土结构寿命;通过增加保护层厚度仅使混凝土结构服役寿命有“量”的提升，而恰当的附加防腐措施可使混凝土的服役寿命有“质”的提升;酸性水、酸性水—干湿循环条件下混凝土耐久性失效极限状态时的抗压强度劣化指标分别为74％、80％，混凝土的耐久性劣化指标与服役环境有着密切的关系。
　　 (4)酸性水环境下混凝土腐蚀机理研究。通过SEM、XRF等微观测试手段，并结合损伤理论分析，探讨混凝土水化产物在侵蚀过程中的物相成分和微观结构变化，来揭示酸性水环境下混凝土的损伤劣化机理。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与目的

1．1．1 混凝土耐久性

1．1．2 工程背景

1．1．3 研究目的与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 混凝土寿命预测研究现状

1．2．2 混凝土酸性化研究现状

1．2．4 存在的问题

1．3 本文的研究目标、内容与技术路线

1．3．1 研究目标

1．3．2 研究内容

1．3．3 技术路线

第二章 原材料及试验方法研究

2．1 原材料及其基本性能

2．1．1 水泥及矿物掺合料

2．1．2 骨料

2．1．3 外加剂、水及化学试剂

2．2 酸性水环境下混凝土加速试验方法研究

2．2．1 混凝土材料组成设计

2．2．2 酸性水侵蚀下室内模拟试验制度设计

2．2．3 酸性化深度三维(3D)测试方法

2．3 附加防腐措施

2．3．1 水性渗透型无机防水剂(DPS)

2．3．2 聚合物水泥防水涂料

2．3．3 清水混凝土涂料

2．4 本章小结

第三章 酸性水环境下混凝土性能劣化规律研究

3．1 引言

3．2 粉煤灰掺量对酸性水环境下混凝土性能劣化规律的影响

3．2．1 抗压强度劣化规律

3．2．2 质量变化规律

3．2．3 酸性化深度变化规律

3．3 pH值对酸性水环境下混凝土性能劣化规律的影响

3．3．1 抗压强度劣化规律

3．3．2 质量变化规律

3．3．3 酸性化深度变化规律

3．4 侵蚀制度对酸性水环境下混凝土性能劣化规律的影响

3．4．1 抗压强度劣化规律

3．4．2 质量变化规律

3．4．3 酸性化深度变化规律

3．5 附加防腐措施对酸性水环境下混凝土性能劣化规律的影响

3．5．1 抗压强度劣化规律

3．5．2 质量变化规律

3．5．3 酸性化深度变化规律

3．6 本章小结

第四章 酸性水环境下混凝土寿命预测研究

4．1 引言

4．2 寿命预测模型的建立

4．2．1 酸性化速度系数

4．2．1 GM(1，1)预测模型

4．2．2 混凝土寿命终结指标

4．3 寿命预测模型的应用

4．3．1 寿命预测模型计算实例

4．3．2 混凝土寿命终结指标计算实例

4．4 本章小结

第五章 酸性水—干湿循环耦合作用下混凝土腐蚀机理研究

5．1 微观测试方法

5．2 酸性水全浸条件下混凝土腐蚀机理

5．3 酸性水—干湿循环耦合作用下的混凝土腐蚀机理

5．4 附加防腐措施对酸性水—干湿循环腐蚀机理的影响

5．4 本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢

附录