荷载及水头压力作用下地下结构混凝土硫酸盐腐蚀研究

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1、硕士学位论文荷载及水头压力作用下地下结构混凝土硫酸盐腐蚀研究ResearchontheSulfateCorrosionofUndergroundStructureLoadandWaterHeadPressureofConcrete作者：吴骏晖导师：杜健民副教授中国矿业大学二○一五年五月中图分类号TU528学校代码10290UDC620密级公开中国矿业大学硕士学位论文荷载及水头压力作用下地下结构混凝土硫酸盐腐蚀研究ResearchontheSulfateCorrosionofUndergroundStr

2、uctureLoadandWaterHeadPressureofConcrete作者吴骏晖导师杜健民申请学位工学硕士培养单位力学与建筑工程学院学科专业结构工程研究方向混凝土结构耐久性答辩委员会主席耿欧评阅人沈德建、杜东升二○一五年五月论文审阅认定书研究生吴骏晖在规定的学习年限内，按照研究生培养方案的要求，完成了研究生课程的学习，成绩合格；在我的指导下完成本学位论文,经审阅，论文中的观点、数据、表述和结构为我所认同，论文撰写格式符合学校的相关规定，同意将本论文作为学位申请论文送专家评审。导师签字：年月日

3、致谢本论文是在杜老师的亲切关怀和悉心指导下完成的，从论文的选题、研究方案的确定、具体试验的进行到硕士论文的撰写等各个环节都花费了杜老师大量的时间与精力。师从三载，收获颇多，感触亦深。杜老师的学术造诣、为人处世和生活态度都深深地影响着我，是我学习的楷模和奋斗的指向标。在此，谨向我的导师致以深深的敬意。感谢在论文选题及写作过程中给以悉心指导和宝贵建议的袁迎曙教授、吕恒林教授、夏军武教授、袁广林教授、李富民教授、耿欧教授、李果副教授、姬永生教授、范力副教授、龙邦云副教授、贾福萍副教授、鲁彩凤副教授等各位老师

4、。感谢结构与材料实验室的杨裕忠老师、刘运立老师和朱威师傅在本人试验工作中提供的大量指导和无私帮助！感谢师兄刘堂传、邵磊、陈佳杰、张勇，师姐侯明姣、于贵霞、韩晓丽在学习和试验中给予的耐心指导！感谢同门杨朱平、赵巍平的陪伴和鼓励！感谢师弟王帅、李瑞峰，师妹李琳琳、李再婷等在试验的过程中的大力帮助！三年的生活里有你们相伴是我的荣幸，快乐铭记于心，感谢已无以言表。感谢同学李松、王鹏举、吴亚明、曹极昌、张志雄、常征、高娟等在生活、学习和试验中的帮助。感谢一直支持我的家人、鼓励我的朋友和陪伴我的同学，谢谢所有与我

5、相连的人们！在以后的日子里，希望我们的天空晴朗、春暖花开！最后，衷心的感谢评阅论文和主席答辩会的各位专家、教授，感谢他们在百忙的工作中给予的指导！摘要位于地下不同深度的混凝土结构，其结构外侧腐蚀溶液的水头压力随着深度的增加而增大，因此地下结构混凝土是处于有水头压力作用下的单面腐蚀。同时地下结构还受到上覆土层及地下水的持续荷载作用，混凝土一直处于有应力状态，在考虑水头压力的同时也考虑了混凝土应力的影响。本文针对地下结构混凝土，考虑水头压力及混凝土内的应力水平进行单面腐蚀的试验研究，试验中主要考虑的影响因

6、素包括：混凝土的水胶比（0.4，0.5，0.6），腐蚀溶液的水头压力（0MPa、0.1MPa、0.2MPa、0.3MPa）及混凝土内的压应力水平（应力比0，0.3）。分析混凝土硫酸盐腐蚀性能的退化规律，并建立相应的腐蚀层厚度随腐蚀时间发展的数学模型。为了能够实现在单面腐蚀条件下同时进行腐蚀溶液的加压及对混凝土试件的加载，首先进行相应装置的设计，制作并完成了专利的申请。其中试验装置的实用新型专利已收到授权通知书，试验方法的发明专利也已经被受理。在无水头压力的单面腐蚀试验中，在本课题组前期试验的基础上，将

7、腐蚀龄期由270天延长至500天，对位于吸附区、吸附上区、浸泡区的混凝土进行表观形态及超声声速的测量，试验结果表明，随着腐蚀龄期的增加，不同区域的混凝土所受到的腐蚀程度均不同程度增加，其中位于吸附区的混凝土腐蚀速度最快，而浸泡区及吸附上区的混凝土腐蚀速度较慢。机理分析表明，吸附区的湿度梯度较大及显著的吸附蒸发效应是腐蚀加速的主要原因。最后根据超声声速的退化计算腐蚀层的厚度，最终建立了无水头压力下各区域混凝土腐蚀层厚度随时间发展的数学模型。利用自己设计的试验装置进行了为期270天的水头压力作用下混凝土的

8、单面腐蚀试验，试验过程中对超声声时进行定期测试，并且计算得到不同腐蚀龄期的腐蚀损伤度及损伤层厚度，得到声速、损伤度及损伤层厚度随腐蚀龄期的变化规律。在腐蚀270天时对不同深度混凝土进行取样，进行荧光光谱分析，得到S元素在不同压力条件下随深度的变化规律。试验结果表明，相比于无水头压力，随着水头压力的增加，腐蚀程度也相应增加。2-机理分析表明，随着水头压力的增加，加速了SO4进入混凝土内的速度及深度，对混凝土的硫酸盐腐蚀起到加速作用。最终基于腐蚀层厚度建立了