浅论混凝土在硫酸盐与冻融双因素作用下的复合损伤研究

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1、扬州大学硕士学位论文混凝土在硫酸盐与冻融双因素作用下的复合损伤研究姓名：张磊申请学位级别：硕士专业：结构工程指导教师：杨鼎宜20070501张磊混凝土在硫酸盐与冻融双因素作用F的复合损伤研究摘要混凝土的耐久性研究具有深远的意义，从材料角度研究混凝土耐久性主要针对存在的混凝土耐腐蚀、抗冻、碳化及耐钢筋锈蚀等问题，实际环境中常常是多种腐蚀环境共存，要考虑多因素损伤的混凝土性能分析。北方寒冷地区的建筑工程、海工及水工混凝土结构中均会发生混凝土冻融破坏，混凝土的抗冻融性是反映混凝土耐久性的重要指标之一，硫酸盐侵蚀是混

2、凝土化学侵蚀中最广泛普通的形式，结合两种侵蚀对混凝土劣化研究有重要的理论和工程实践意义。本文主要研究硫酸盐侵蚀和冻融损伤共同作用下对混凝土的宏观损伤规律，将三种不同水灰比的混凝土试件(W／C=0．4、O．55、0．7)分组放在四种不同的浸泡环境中，清水以及Na2S040／o=3．O％、5．O％和8．O％的硫酸盐溶液，采用单因素硫酸盐侵蚀和盐冻双因素试验对比宏观力学性能劣化，并建立基于动弹性模量Ed的盐冻累积损伤演化模型。混凝土性能的劣化是微观结构形态演化在宏观上的反映，所以本文结合相应微观试验来分析盐冻损伤机

3、理以及不同水灰比试件在不同硫酸钠浓度溶液中盐侵蚀和冻融腐蚀双因素的交互叠加效应。微观试验主要针对硫酸盐主要侵蚀产物钙矾石晶体的生长，利用)a良D中K值法定量分析不同工况下试件中钙矾石生长量变化规律，并利用ESEM对其微观孔隙结构变化进行观察，分析固相侵蚀结晶物的生长形态、膨胀特性等。本文的宏观与微观试验研究得出了一些初步结论，硫酸钠溶液常温浸泡250天的侵蚀试验结果表明硫酸盐侵蚀过程是长期缓慢的过程，Ed演化规律一般是前期密实增强一平缓一缓慢下降，混凝土试件前期处在负损伤阶段。在盐冻过程中冻融损伤和盐侵蚀有一

4、定的交互效应，水灰比越小交互有利作用越明显，硫酸盐侵蚀的结晶物可以补偿孔隙扩展，对冻融膨胀破坏有一定的延缓作用，Ed衰变速率较小，水灰比较大试件以冻融损伤为主，Ed衰减和质量损失幅度较大。对应的不同水灰比损伤量D的盐冻损伤演化模型也可以反映出盐冻损伤过程扬州大学硕七学位论文的差别，水灰比为0．4的混凝土盐冻损伤变量演化方程以指数函数D=aebN拟合，损伤变化基本上是缓慢至加速增长，水灰比为O．55的损伤演化方程以幂函数D=口Ⅳ。拟合，初期增长速率较大，曲线拟合精度较高，水灰比为O．7的混凝土盐冻损伤失效接近线

5、性，强度越低，混凝土抗冻融性越差。微观试验结果表明盐冻环境中E的含量比浸泡中的要多一些，水灰比较小的可达到2．O％q．O％，水灰比大的可达到3．0％-4．O％，基本上是大幅增长—相对平缓的趋势，水灰比较大的试件，这种前后变化差异更明显。通过ESEM等微观测试手段发现，盐冻环境中混凝土以冰冻损伤为主，水灰比越大，内部界面处裂隙开展越迅速。硫酸盐化学侵蚀产物主要是钙矾石晶体，通过ESEM对微观侵蚀晶体生长形态进行观察分析，有微晶态和簇状辐射的针状等不同形态，水灰比较大试件中，针状钙矾石带密集成簇生长在孔缝中，盐冻

6、中局部浓度较高处有石膏侵蚀物存在，也有明显的硫酸盐物理侵蚀，在内部及表面析出Na2S04·10H20等膨胀结晶物。两种损伤机理受到材料结构、空间环境和介质浓度等多种因素的影响，需要进一步综合研究。关键词：混凝土耐久性；硫酸盐侵蚀：冻融损伤；盐冻损伤演化模型；交互效应；钙矾石定量分析；晶体形态张磊混凝土在硫酸盐与冻融双因素作用下的复合损伤研究ABSTRACTnedurabilityofconcreteinvolvesresistancetocorrosion,frost,carbonation，stressco

7、rrosionandSOoninmaterialsubjecthavemuchextendedmeaningtobestudied．However,inpractice，severaldeteriorationmechanismsexistinerosionenvironment．Therefore．itisnecessarytostudythepropertiesoftheconcretesubjectedtomoredeteriorationmechanisms．Innorthcoldregions，th

8、edegradationofconcreteconstructionseasideOrinwaterusuallyistheresultoffreeze--thawcycles，andthefrostresistanceofconcreteisoneofdurabilitysignificantindex．Thesulfateattackisaextensiveerosionofphysicalan