复杂环境下浮石轻骨料混凝土耐久性研究与应用分析

摘要

本文以内蒙古天然浮石轻骨料混凝土为基础材料、内蒙古河套灌区周边环境为服役环境、衬砌渠道为应用方向，依据当地环境特征及气候、水质条件配制符合交叉作用因素的普通浮石轻骨料混凝土、粉煤灰浮石轻骨料混凝土、纤维浮石轻骨料混凝土。对这3种浮石轻骨料混凝土进行在不同工况下的耐久性试验，研究浮石轻骨料混凝土在复杂环境中的损伤劣化规律。同时，开展室内渠道衬砌材料及衬砌体结构模拟试验，分析浮石轻骨料混凝土作为渠道衬砌材料的可行性。最后，在内蒙古河套灌区进行浮石轻骨料混凝土室外渠道衬砌试验。主要研究内容和成果如下：
　　1．通过不同浓度氯盐、硫酸盐以及氯盐与硫酸盐复合盐溶液对3种浮石轻骨料混凝土长期半浸泡腐蚀试验发现：3种混凝土长期浸泡在盐溶液中质量变化均不明显，相对动弹性模量可以敏感表征混凝土内部微观结构变化情况。以此为基础，建立了以相对动弹性模量为损伤变量的演化方程。最后，建立了腐蚀溶液浓度和腐蚀时间与相对动弹性模量之间的损伤演化方程。
　　2．通过进行双因素、多因素作用下3种浮石轻骨料混凝土耐久性能试验发现：盐渍环境下混凝土的破坏程度比较迅速，损伤后的混凝土内部孔隙被复盐填充，从而降低了混凝土孔隙度。盐渍环境下粉煤灰浮石轻骨料混凝土表现出相对良好的耐久性能，纤维浮石轻骨料混凝土中纤维-砂浆界面区域破坏比较严重。弯曲荷载加快了混凝土损伤劣化速度，且损伤程度与弯曲荷载率呈正比关系。
　　3．通过核磁共振技术（NMR）测试3种浮石轻骨料混凝土在单一、双重和多重因素作用后T2图谱及孔结构分布，结果表明：浮石轻骨料混凝土T2图谱分布一般有4个峰。损伤劣化后，小孔隙逐渐向大孔隙发展，从而改变了混凝土孔隙度、渗透率及束缚水饱和度。
　　4．通过开放系统下的模拟试验发现：引气浮石轻骨料混凝土冻融破坏实质是冻缩融胀的累积。掺入粉煤灰可以改善水泥砂浆基体及浮石-砂浆界面过渡区密实度，减小基体表面平均粗糙度，缓解混凝土微结构变形；纤维在混凝土冻融过程中起物理拉结作用，纤维轻骨料混凝土渠道衬砌板可以缓解渠道冻胀变形及残余变形，增加冻结平衡温度历时，降低渠床基土湿度场。最后结论为：衬砌渠道优先采用纤维浮石轻骨料混凝土。
　　5．通过对野外浮石轻骨料混凝土渠道衬砌试验发现：南北走向渠道渠底基土温度普遍高于东西走向渠道。南北走向渠道最大冻胀量发生在渠顶，东西走向渠道最大冻胀量发生在阴坡。轻骨料混凝土的保温隔热作用减缓了基土与外界的热交换速度，使基土在整个冻结期温度变化缓慢，基土延迟冻结或不发生冻结。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的研究内容

2 浮石轻骨料混凝土的制备与试验方法

2.2 浮石轻骨料混凝土配合比设计

2.3 基本物理性能

2.4 试验方法

2.5 试验内容

2.6 小结

3 混凝土在单盐和复合盐作用下的损伤失效规律

3.1 混凝土在硫酸盐作用下的损伤失效规律

3.2 混凝土在氯盐作用下的损伤失效规律

3.3 混凝土在复合盐作用下的损伤失效规律

3.4 三种盐溶液作用后的对比分析

3.5 小结

4 混凝土在双重、多重因素作用下的损伤试验研究

4.1 除冰盐+冻融作用下轻骨料混凝土损伤失效规律

4.2.硫酸钠溶液+冻融作用下轻骨料凝土损伤规律

4.3 硫酸镁溶液+冻融作用下轻骨料混凝土损伤失效规律

4.4 弯曲荷载+清水冻融作用下轻骨料混凝土损伤失效规律

4.5 弯曲荷载+复合盐冻融作用下轻骨料混凝土冻融失效规律

4.6 弯曲荷载作用下轻骨料混凝土碳化损伤失效规律

4.7 小结

5 开放系统中轻骨料混凝土渠道衬砌模拟试验研究

5.1 轻骨料混凝土冻融模拟试验

5.2 EPS冻结模拟试验

5.3 渠床基土冻融模拟试验

5.4 渠道衬砌体结构模拟试验

5.5 小结

6 轻骨料混凝土衬砌渠道应用分析

6.1 衬砌渠道的设计与施工

6.2 不同衬砌材料对比分析

6.3 不同衬砌走向对比分析

6.4 室内外冻胀量对比分析

6.5 浮石轻骨料混凝土衬砌渠道服役寿命预测

6.6 小结

7 结论及展望

7.2 展望

致谢

参考文献

作 者 简 介