硫酸盐腐蚀和冻融复合作用下混凝土的性能研究

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1、硫酸盐腐蚀和冻融复合作用下混凝土的性能研究第1章绪论1.1混凝土的耐久性问题混凝土是近现代土木工程领域中非常重要的建筑材料具有取材方便、强度较高、价格便宜等优点，被广泛的应用于房屋建筑、交通、水利等各种工程结构中[1-3]。然而，各种建筑物过早的出现了混凝土耐久性问题，影响到了结构的正常运行。混凝土耐久性的问题导致一系列问题，不仅给国家带来巨大的经济负担，而且直接关乎到人民的切身利益。因此，提高混凝土结构耐久性，日益引起人们的关注，成为学术界的焦点问题。对于四面环海的日本，大量建筑都坐落于沿海地区，常年受到海水的侵蚀，工作年限大大下降。据前苏联专家统计

2、，混凝土遭受侵蚀破坏造成的损失占GDP的1.3%。美国早年维修建筑的投资占总建筑投资的一半，而瑞典用于桥梁修复上的投资每年可达3000万美元[4-6]。我国沿海、西北、华北以及西南地区的水、土壤中含有丰富的硫酸盐，而这些地区冬季气温大都处在零摄氏度以下，混凝土结构不仅遭受着硫酸盐侵蚀，同时还受到冻融循环的破坏作用。混凝土在遭受硫酸盐侵蚀与冻融循环共同作用时，两因素将互相促进，进而会产生更严重的破坏。因此，系统地开展硫酸盐侵蚀与冻融循环双因素共同作用下混凝土耐久性研究，解释混凝土受硫酸盐侵蚀与冻融循环作用下的破坏机理，已经是迫在眉睫的事情。......1

3、.2混凝土的冻融破坏20世纪八十年代水电部总结报告指出[7]：在三北地区的工程中或多或少的都有冻融破坏现象的发生。这些混凝土工程在冻融环境下的服役寿命一般只有短短的几十年，像云峰重力坝，使用短短几十年就冻害严重，年年维修。北方地区港口码头工程的冻融破坏现象也十分严重[8]，破坏的混凝土结构主要是防波堤、栈桥等，像天津新港的防波堤，经十几年左右的运行，混凝土结构就因为冻融劣化不能继续服役。地处严寒地区的道路、桥梁及等的混凝土结构，接触水的部位，都受到了冻融破坏的影响，像通辽发电厂的冷却塔，筒壁混凝土结构由于接触水而受到冻融破坏。我国寒冷地区的混凝土工程，

4、如道路桥梁、家庭住宅、办公大楼、水电站，在它们接触水的部分，或多或少的收到冻融破坏的作用，导致它们发生表面剥落、空洞等现象。由此可以看出，混凝土的冻融破坏是我国混凝土结构耐久性的主要问题之一，不仅影响了建筑物的长期安全运行，而且给国家带来巨大的财政负担。根据过去经验[9]，混凝土工程安全使用期占总使用期的1:6左右，而维护使用期的维修费用为建设费用的3倍左右。因此，如何建立适合于我国国情的混凝土抗冻安全性的技术条件，是我国全面建成小康社会的一个重要问题，日益引起人们的高度关注，直接影响到人民的切身利益。......第2章混凝土冻融及硫酸盐腐蚀劣化机理研

5、究综述2.1冻融劣化机理从上世纪三十年代开始，各国学者针对混凝土冻融破坏问题的研究，提出了很多理论，其中有静水压假说[12]和渗透压假说[13]最为经典。硬化混凝土形成后，内部形成连通的孔隙叫毛细孔，这些孔是混凝土遭受冻融破坏的关键，连通孔的水受冻转变为冰时体积膨胀10%左右，迫使未结冰的孔溶液顺着连通孔从结冰区向未结冰区迁移，导致混凝土孔隙产生静水压力。Fagerlund进一步用模型描述了Pouth在分析静水压解说时，发现有些现象不能解释，如加入引气剂后浆体在冻结过程中的变形等问题。根据上述问题，Pouth又进一步提出了新的假说-渗透压假说。渗透压假

6、说认为，由于混凝土孔溶液中含有Na+、K+、Ca2+等盐类，大孔中的部分溶液先结冰后，未冻溶液中盐的浓度上升，与周围较小孔隙中的溶液之间形成浓度差。这个浓度差的存在使小孔中的溶液向已部分冻结的大孔迁移。即使是浓度为0的孔溶液，由于冰的饱和蒸气压低于同温下水的饱和蒸气压，小孔中的溶液也要向已部分冻结的大孔溶液迁移。可见渗透压是孔溶液的盐浓度差和冰水饱和蒸气压差共同形成的。........2.2混凝土冻融劣化模型国内外学者在研究混凝土的抗冻性能时，通过对大量数据的分析提出了许多损伤模型，其中冻融损伤模型有一下几个比较经典。余红发等[26]借助损伤力学原理，

7、通过加速试验研究了混凝土在冻融或腐蚀条件下劣化过程的规律与特点，认为混凝土的劣化过程可以分为单段与双段劣化模式。在此基础上确立了混凝土劣化方程，提出了混凝土冻融劣化速度和劣化加速度的新概念。张云清等[29]研究不同水灰比对混凝土抗冻性的影响表明，掺加硅粉的HPC，低水胶比使其内部可冻水大大减少，提高了混凝土的抗冻性能。朱志远等[30]通过RSM方法，分析了水灰比、含气量对硬化混凝土抗冻性的影响，得出含气量对混凝土的抗冻性影响比水灰比的影响显著。研究[31-33]表明掺合料粉煤灰具有火山灰活性，能在混凝土中进行二次反应，促进混凝土的抗盐冻性能。采用硅灰粉

8、煤灰双掺的方法对水灰比低混凝土抗冻性基本无影响，而采用矿粉、粉煤灰和硅灰三掺的方式可以减少毛细