大温差环境条件下混凝土结构防护的研究

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1、武汉理工大学博士学位论文摘要本论文以内蒙古地区典型气候环境条件为背景，着重研究了当地特殊的环境条件水泥混凝土结构的作用问题。内蒙古横跨我国“三北”地区，气候环境条件复杂多变。该地区四季明显，春季大风干燥，夏秋季降水集中，冬季寒冷，昼夜温差大，具有寒冷、干燥、大温差的气候特点。同时，该地区盐碱化土壤较为普遍，河流中常常携带较高含量的氯离子和硫酸根离子，对混凝土结构构成复合型侵蚀环境。因此，内蒙古及附近地区混凝土结构面临多因素综合作用，其耐久性问题具有显著的特殊性。对该类地区混凝土结构的病害的发生、发展过程及其防护途径开展研究具有十分紧迫和重要。本文在分析综合国内外相关方面的研究现状的基础上

2、，调研和总结了内蒙古地区的气候环境特征，分析了各种典型的环境条件因素对混凝土结构服役性能的影响。进而研究了该地区混凝土结构特殊病害的发生和发展机理，并针对微观结构的改善和宏观性能的调控进行了配合比设计优化和外层结构防护等方面的研究和实际工程应用研究。本文主要研究内容和研究成果以及创新性如下：(I)通过调查研究认识到，内蒙地区对混凝土结构产生重要影响的环境因素在于干燥、大温差、冬季寒冷，多数地区属盐碱质水土，多重恶劣的环境因素严重影响了混凝土的耐久性。(2)总结归纳了内蒙古地区混凝土结构的两种剥落病害(I型和II型剥落)，对其特征及产生原因进行了系统的研究，提出了病害产生的机理。其中I型剥

3、落是以不均匀热变形为主要机理而产生的，即由于混凝土中各组分热膨胀系数本身具有差异性，而在大温差条件下热变形差异性加大，经过长时间积累，逐渐发生微小的损伤并逐步发展成宏观的损伤。(3)II型剥落损伤发生在靠近桥墩底部与水或潮湿土壤接触的部位。这种损伤是由多种环境因素造成的，包括盐碱对混凝土的渗透、浓缩、析晶、膨胀等过程，也包括冬季孔隙(缝隙)中的水分结冰导致局部膨胀，还包括温度变化引起材料的热胀冷缩。这些过程的循环往复和不断积累，就造成了这一病害的不断发展。(4)内蒙地区混凝土结构的典型损伤和病害是多因素耦合作用的结果，必须通过内外结合的方法加以改善。对于新建混凝土结构，应立足于提高混凝土

4、自身的抵抗环境侵蚀的能力，即发展具有自身防护能力的混凝土；对于既有混凝土结构，则通过外部防护措施加以保护。(5)以矿物掺和料的火山灰效应、微集料效应等为基础构建的内在防护体系武汉理工大学博上学位论文具有增加结构密实度，改善混凝土的微观结构，降低膨胀系数，改善混凝土内部的热相容性，增强内在防护能力的作用，可提高混凝土抵御盐碱侵蚀和冻害能力。现场暴露试验验证了“具有内在防护能力混凝土”对环境条件的良好适应性。(6)根据混凝土结构所处的环境条件，构建了由梯度玻璃钢材料、水泥基渗透结晶防水涂料组成的外部防护系统相结合的双重防护体系，既可抵御宏观物体的物理冲击，又可防止侵蚀性离子向内部的扩散。外部

5、防护体系在实体工程中取得了良好的防护效果。关键词：耐久性，混凝土防护，干燥大温差，热膨胀，渗透结晶2武汉理工大学博士学位论文Abstract11leinteractionbetweentheenvironmentalconditionsandconcretes仃uctureslSstudiedinthisthesisbasedonthetypicalclimateofInnerMongolia,northChina．TheprovinceofInnerMongolialiesacrosstheThreeNorthRegionsofChinaandtheclimatevariesremar

6、kablythroughouttheyear．Theclimatechangesinthefourseasonsareobvious：dryandwindyinspring，heavilyrainyinsummer,coldinwinter．ThediurnaltemperaturechangeisgreatcomparedtotheotherregionsofChina．Theclimateiscold，dryandcharacterizedbylargetemperaturedifferencesasawhole．Furthermore，thefiverwaterinthisregi

7、onisrichinchlorideandsulfatecomparedtotheotherregionsbecausethelandiscommonlysalinized，whichishighlydeteriorativetotheconcretestructures．Therefore，concretestlllc恤sintheInnerMongoliaregionsandthosearotmdareaffectedbyaco