复合盐-冻融-干湿循环多因素腐蚀作用下水泥砂浆受风沙冲蚀试验研究

摘要

在我国北方部分地区沙尘暴频发，土地盐渍化严重，全年温差大，干湿类型丰富，这些区域特殊自然环境是引起混凝土材料耐久性损伤失效的重要原因。本文以内蒙古中西部地区土壤盐碱化、风沙和严寒环境为研究背景，用水泥砂浆代替混凝土以研究其表面在恶劣服役环境下的劣化机理。根据实地采样分析结果配制复合盐溶液，进行复合盐-冻融-干湿循环多因素组合作用下的快速腐蚀试验。采用气流挟沙喷射法，利用模拟风沙环境侵蚀实验系统进行了冲蚀磨损试验研究，用冲蚀率评价材料冲蚀磨损程度分析了不同冲蚀力学参数下的侵蚀规律。通过扫描电子显微镜、激光共聚焦显微镜和 X射线衍射仪等技术手段测定不同阶段试件微观形貌和化学成分，从微观角度解释水泥砂浆在不同劣化制度下冲蚀破坏机理，为该地区的混凝土基础设施防护和耐久性评价提供理论依据。
　　具体研究内容如下：
　　1．通过实地采样，分析内蒙古中西部地区代表性区域土样易溶盐种类和含量，配制快速腐蚀试验所用的8%，10%和12%三种不同浓度的NaCl和Na2SO4复合盐溶液，进行复合盐-冻融循环、复合盐-干湿循环和复合盐-冻融-干湿循环三组快速腐蚀试验。
　　2．三组快速腐蚀试验后分别进行水泥砂浆受风沙冲蚀试验，结果如下：（1）冲蚀率随冲蚀角度的增加而增大，法向动能分量是造成脆性材料冲蚀破坏的主要原因；（2）冲蚀率随着冲蚀速度的增大而呈现类指数增长趋势，不同浓度和冻融循环次数下均呈现出相同的变化规律。（3）冲蚀率随着下沙量的增加而减小；（4）复合盐-冻融循环条件下，冲蚀率随着冻融循环次数的增加，试件的平均冲蚀率出现先减小后增大的趋势，且不同溶液浓度下，冻融循环为10次时冲蚀率均达到最小；（5）复合盐-干湿循环条件下，冲蚀率随着干湿循环次数的增加先下降后上升，浓度越大冲蚀率变化趋势越平缓，冲蚀率处于“低谷期”的时间越长；（6）复合盐-冻融-干湿循环作用下，冲蚀率随着冻融-干湿循环的经历一个先减小后增大的过程，浓度越高，上升段出现时间越晚。
　　3．通过扫描电子显微镜（SEM）和激光共聚焦显微镜（LSCM）观察试件表面形貌，利用 X射线衍射仪（XRD）测定盐腐蚀后试件表面化学成分，分析其冲蚀损伤规律，从微观角度解释混凝土材料受风沙冲蚀破坏机理：（1）经过三组快速腐蚀试验后，水泥砂浆试件棱角部位均出现不同程度的脱落现象，上表面水泥浆剥落，侧表面有白色物质附着；（2）复合盐溶液中的 SO2-4和 Cl-会与水泥砂浆发生化学反应，生成钙矾石和石膏晶体，充斥在其内部起到密实填充的作用，提高了抗冲蚀能力；（3）冲蚀机理表现为水平方向的切削作用和垂直方向的冲击作用；（4）复合盐-冻融循环条件下，化学反应的晶体产物和低温过饱和结晶的膨胀力，以及渗透压和冻胀作用是影响其抗冲蚀磨损程度的主要因素；（5）复合盐-干湿循环条件下，试件冲蚀率主要受其内部的干缩、渗透和结晶膨胀等作用的影响；（6）复合盐-冻融-干湿循环条件下，盐离子迁移渗透，在材料内部发生化学反应，再加之干燥收缩和低温过饱和结晶等作用，水泥砂浆内部结构更容易变得酥松，是多重因素作用下的一系列物理变化和化学变化共同作用的结果。

目录

声明

第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3论文的主要研究内容

1.4论文的创新点

第二章 区域特殊气候环境特征

2.1内蒙古地区盐渍土分布特征

2.2内蒙古地区气温分布特征

2.3内蒙古地区干湿变化特征

2.4内蒙古地区风沙环境特征

2.5本章小结

第三章 试验方案设计

3.1试验工况

3.2复合盐溶液浓度设计

3.3试件制备

3.4试验用沙

3.5试验制度

3.6评价方法

3.7本章小结

第四章 多因素腐蚀作用下水泥砂浆受风沙冲蚀试验

4.1冲蚀角度对水泥砂浆冲蚀率的影响

4.2冲蚀速度对水泥砂浆冲蚀率的影响

4.3下沙量对水泥砂浆冲蚀率的影响

4.4多因素组合作用对水泥砂浆冲蚀率的影响

4.5本章小结

第五章 多因素腐蚀作用下水泥砂浆受风沙冲蚀损伤机理分析

5.1冲蚀形貌表征方法

5.2 复合盐-冻融循环

5.3 复合盐-干湿循环

5.4 复合盐-冻融-干湿循环

5.5本章小结

结论

参考文献

致谢

在读期间取得的科研成果

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