多因素耦合作用下混凝土微結(jié)構(gòu)演化及氯離子傳輸模擬.pdf

1、混凝土是目前全球用量最為廣泛的建筑材料（從體積來看年消耗量僅次于水），同時也是一種高能耗高污染的材料，是造成全球環(huán)境污染的主要因素。從環(huán)境成本來看，提高混凝土的耐久性是節(jié)約資源和降低環(huán)境負(fù)擔(dān)的一個重要思路。近幾十年來，各種大型混凝土構(gòu)筑物被廣泛應(yīng)用于海洋環(huán)境，由于海洋環(huán)境的嚴(yán)酷性和對混凝土結(jié)構(gòu)長服役壽命的要求，海洋混凝土耐久性面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。本文針對海洋環(huán)境下混凝土的耐久性問題，對混凝土承受的環(huán)境因素進(jìn)行模擬，系統(tǒng)研究可溶性鹽溶液、干

2、濕交替和荷載多重因素耦合作用下混凝土的損傷過程、氯離子擴散規(guī)律以及微結(jié)構(gòu)演化，建立可溶性鹽溶液、干濕交替和荷載多重因素作用下混凝土中氯離子傳輸模型。其研究內(nèi)容和取得成果如下:
　　本文以相對彈性模量和質(zhì)量損失率來表征多重因素耦合作用下混凝土損傷，結(jié)果表明:在復(fù)合鹽溶液耦合干濕交替作用下，干燥階段的溫度是引起混凝土損傷劣化的關(guān)鍵因素;在干燥階段的溫度一定的情況下，干濕比則是引起混凝土損傷劣化的關(guān)鍵因素，干濕比越大，即干燥階段持續(xù)時間

3、較長，對混凝土造成的損傷越嚴(yán)重;在復(fù)合鹽溶液耦合干濕交替與荷載同時作用下，復(fù)合鹽溶液中較高的硫酸根離子含量仍可減緩混凝土的損傷劣化，這一結(jié)論不但在混凝土遭受干濕交替的作用下成立，而且在混凝土遭受干濕交替與荷載同時作用下依然成立。另外，多重因素耦合作用下，混凝土中礦物摻合料的添加可明顯增強混凝土在復(fù)合鹽溶液耦合干濕交替作用環(huán)境下的抗損傷性能。
　　利用X-CT、SEM、XRD和TG/DSC一系列測試技術(shù)，研究了可溶性鹽溶液侵蝕下水泥

4、漿體的微結(jié)構(gòu)演變。試驗結(jié)果表明:在干濕交替下作用，當(dāng)混凝土遭受復(fù)合鹽溶液（氯鹽和硫酸鹽）腐蝕時，硫酸根離子的存在可以減少Friedel's鹽的形成，同時氯離子的存在也可減少ettringite等硫酸鹽膨脹產(chǎn)物的產(chǎn)生?；炷林械V物摻合料的添加可以增強氯離子結(jié)合能力，與普通硅酸鹽水泥相比可產(chǎn)生較多的Friedel's鹽。在本文的試驗中，由多因素耦合作用下混凝土中氯離子分布結(jié)合灰關(guān)聯(lián)分析可知，干濕交替是影響氯離子侵入的主導(dǎo)原因，主要是因為試驗

5、中所采取的干濕機制中干燥階段溫度增高所造成的，而荷載的施加對氯離子侵入影響不大。侵蝕溶液中，氯離子和硫酸根離子共存時，氯離子在混凝土中的傳輸被硫酸根離子抑制。
　　探討了干濕交替作用下混凝土中水分傳輸模型的理論推導(dǎo)過程，以及模型中各個參數(shù)的物理意義和試驗確定方法，并對模型進(jìn)行了驗證。其理論模型分別為:(1)干燥過程完成后，水分分布函數(shù)為c(x，t）=cs+（ci-cs）*erf(x/2√Dd*td），積分所得的水分損失表達(dá)式為△W

6、=2(cs-ci)√Ddtd/√π;(2)濕潤過程完成后，水分分布函數(shù)為c（x,t）=cmax-c（x，td），積分所得的水分增量表達(dá)式為△W=ε（cmax-cs）k∫√t0[1-（ci-cs/cmax-cs）*erf(k√t/2√Ddtd)]d√t。
　　另外，分別通過混凝土干燥試驗和濕潤試驗獲得干燥過程的水分?jǐn)U散系數(shù)Dd和濕潤過程吸水系數(shù)k?；炷猎诟鞣N環(huán)境條件下的含濕量或飽和度等邊界條件的表達(dá)式可通過等溫吸附-脫附曲線來確定