复合盐及单盐冻融循环侵蚀下混凝土受风沙环境冲蚀试验研究

摘要

我国中西部的严寒、盐渍和风沙等特殊自然环境对该地区混凝土结构，尤其对道面混凝土的耐久性和安全性影响严重，严重威胁其服役寿命。本文主要研究区域为内蒙古中西部盐渍土区和沙漠区，该地区有G6、G7等多条高速公路和多条自治区内公路交织，选取区域具有很好的实际意义及工程背景。本文在研究内蒙古中西部盐渍、严寒等环境特点的基础上，采用气流挟沙喷射法，研究混凝土的冲蚀率及损失量在不同盐冻融环境及不同风沙环境冲蚀参数下的关系，得出混凝土冲蚀磨损规律及冲蚀机理，并进一步通过结合田口正交试验方法对各种侵蚀环境因素做出具体影响评价，使得实验结果更具可靠性。
　　本课题受国家自然科学基金项目《严寒环境下西部盐渍土区道面混凝土受风沙侵蚀损伤机理研究》(项目批准号:51468049)和《风沙环境下钢结构涂层侵蚀力学行为及损伤评价研究》(项目批准号:11162011)资助，具体研究内容如下：
　　1.对内蒙古中西部三处地区盐渍土进行采样分析，并根据鄂尔多斯境内盐渍土采样分析结果，分别配制了硫酸钠和氯化钠复合盐侵蚀溶液，以及对应下单盐侵蚀溶液和自来水，共计四种溶液，并且在这四种溶液下分别进行混凝土冻融循环对比试验，以试件质量和抗压强度作为评价指标；并且结合场发射扫描电镜(FESEM)，观测混凝土冻融循环后的微观形貌，并结合能谱分析及化学元素分析对混凝土内部侵蚀程度做对比分析。实验结果表明：(1)在冻融初期，四种溶液中的混凝土质量与抗压强度均有所增加，但当冻融次数超过大约10次后，混凝土质量及抗压强度均有所降低；(2)复合盐及单盐冻融循环后混凝土内部有相应的化学元素产生。
　　2.结合内蒙古中西部沙尘天气的气候特点，进行风沙冲蚀参数的选择，设计五种不同工况下的风沙侵蚀试验，进行混凝土在不同盐溶液侵蚀环境下冻融循环后的风沙侵蚀试验。
　　3.采用模拟风沙环境侵蚀实验系统对混凝土进行冲蚀试验研究，对不同工况下的研究结果进行计算统计分析，结合超景深显微镜(DSX500)对混凝土冲蚀形貌进行观测，分析其受冲蚀磨损的损伤机理，结果表明：(1)五种工况下混凝土的冲蚀率在相同冲蚀条件下随冲蚀速度的增大而增大，并且二者遵循(E=K·Vn)幂指数关系；(2)在相同冻融次数下混凝土冲蚀率随着冲蚀角度的增大而增大；(3)在相同冻融次数下混凝土冲蚀率随着沙流量的增大而减小；(4)通过库布齐和腾格里两大沙漠的沙粒冲蚀磨损对比，得出在低角度冲蚀下，库布齐沙粒对混凝土的冲蚀率高于腾格里沙粒的冲蚀率，当冲蚀角度逐渐增大时，腾格里沙粒对混凝土的冲蚀率则逐渐高于库布齐沙粒。
　　4.应用田口正交试验方法进行硫酸盐溶液冻融循环下混凝土受冲蚀侵蚀试验研究，试验得出冲蚀角度对混凝土冲蚀磨损影响程度最大，其次为冲蚀速度、沙流量和硫酸钠溶液冻融循环次数(45次冻融范围内)。

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第一章 绪 论

1.1研究背景及意义

1.2混凝土耐久性的国内外研究现状及发展动态

1.3 气固两相流冲蚀磨损研究现状

1.4论文的主要研究内容

1.5论文的创新点

第二章 区域特殊侵蚀环境特征分析

2.1内蒙古西北区域环境气候特征

2.2内蒙古中西部盐渍土区腐蚀环境特征

2.3内蒙古中西部地区沙尘气象参数特征分析

2.4 小结

第三章 混凝土受特殊区域环境侵蚀试验方案设计

3.1试验工况设计

3.2复合盐与单盐侵蚀溶液的浓度设计

3.3混凝土试件的制备

3.4混凝土受盐冻融循环侵蚀试验设计

3.5 混凝土受风沙侵蚀试验设计

3.6本章小结

第四章 盐冻融循环侵蚀作用下混凝土损伤试验研究

4.1盐冻融循环的试验制度与方法

4.2复合盐冻融循环作用下混凝土损伤试验研究

4.3单盐冻融循环下混凝土损伤试验研究

4.4本章小结

第五章 盐冻融循环下混凝土受风沙冲蚀磨损试验研究

5.1风沙侵蚀试验方法及试验流程

5.2风沙侵蚀磨损试验参数

5.3盐冻融循环侵蚀前后混凝受风沙冲蚀磨损对比试验研究

5.4混凝土受风沙侵蚀试验的宏观现象与微观结构

5.5本章小结

第六章 田口方法下混凝土受多因素侵蚀试验研究

6.1基于田口正交法进行混凝土冲蚀磨损影响因素评价

6.2 试验方案的设计

6.3 试验数据

6.4 冲蚀率信噪比S/N的计算

6.5试验结果及分析

6.6混凝土盐冻融循环后的微观形貌

6.7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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