干湿交替-盐溶液耦合作用下混凝土的损伤过程与机理

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1、摘要摘要作为工程结构使用的混凝土，许多长期处于水、土与大气交界面部位，遭受持续反复的干湿交替作用是一种常见现象。尤其是处于浪溅区与潮差区的海工混凝土结构，不仅承受频繁的干湿交替作用，海水中数量众多的硫酸盐、氯盐等有害离子借助干湿交替作用能很轻易地进入混凝土内部，侵蚀混凝土基体和内部的钢筋，加剧了结构力学性能的损伤，严重危害混凝土结构的耐久性与使用寿命。能否提高海工混凝土结构的服役年限，即沿海地区混凝土在于湿交替和盐溶液作用下的耐久性问题，是当前混凝土工作者面临的一个紧迫问题。针对上述问题，本文研究了干湿交替——盐溶液

2、耦合作用下混凝土的损伤过程与机理。通过设计干湿循环制度和耐久性试验方法及相虑的评价指标，研究了不同因素对干湿交替作用下混凝土损伤失效过程的影响规律，对提高海工混凝土结构的耐久性设计有一定的参考价值。通过研究毛细管吸收作用下流体在混凝土中的传输机制，确定了试验的首要问题——干湿循环制度，这是整个试验的核心问题。以往大多数研究都没有制定合理的干湿循环制度，包括干燥时间与湿润时间的比例、干燥过程中选择的温度、湿度等。本试验在考虑流体力学原理等基础上，本文提出了干湿循环制度，通过配制适宜浓度的硫酸盐、氯盐溶液，在实验室条件下

3、模拟沿海地区长期处于干湿交替区域混凝十受盐类侵蚀的过程。通过测试一定循环周期内混凝士动弹性模量的变化、质量损失、外观形态、微观形貌和腐蚀产物等指标，研究了腐蚀方式、水胶比(w／cm)及矿物掺合料等因素对干湿交替和硫酸盐溶液耦合作用下混凝土的损伤失效过程。试验结果表明：干湿交替作用加剧了硫酸盐侵蚀混凝土的损伤进程；低水胶比混凝土有更好的抗硫酸盐侵蚀能力；矿物掺合料的加入能显著改善混凝十的微观形貌和孔隙结构，有效降低了混凝土的渗透性，延缓了混凝土受硫酸盐侵蚀的进程。此外，本文通过测试一定循环周期内混凝土中自由氯离子含量、

4、总氯离子含量和孔径分布等指标，研究了腐蚀方式、水胶比(w／cm)及矿物掺合料等因素对干湿交替和氯盐溶液耦合作用下混凝土的损伤失效过程。试验结果表明：干湿交替作用加大了氯离子进入混凝土的深度和含最，且随着深度的增加，氯离子浓度呈快速递减趋势；低水胶比混凝士有更好的抗氯离子侵蚀能力；加入矿物掺合料特别是矿粉能有效降低干湿交替作用下混凝土中的自由氯离子含量和总氯离子含最。压汞法测得的孔径分布曲线从细观层次上验证了降低水胶比和加入矿物掺合料都能有效地改善混凝土的孔隙结构，从而降低混凝土的渗透性。本文对盐溶液通过干湿交替作用侵

5、蚀混凝土的传输机制进行了阐述。干湿交替区域混凝土的传输过程可以分解为浓度梯度作用下的扩散过程和湿度梯度作用下的毛细管吸收过程，前者服从Fick第二定律，后者可用改进的Darcy定律描述。干湿循环过程中，干燥过程水分蒸发速度明显滞后于湿润过程水分渗入速度，迟滞(Hysteresis)效应是引起这一现象的主要因素。结合Rideal—Washbum方程，可知水溶液(或离子)进入毛细管的深度与时间的平方根成线性关系。关键词：混凝土；干湿交替；硫酸盐；氯盐；自由氯离子；总氯离子；孔结构Abstractnisacommonphe

6、nomenonthatconcreteusedinengineeringstructuressufferedsustainedandrepeateddrying-wettingalternationwhereitsurroundingsinthewater,soilandairinterfaceofpositions．Inparticular,inthewavesplashzoneandtidalrangeareaofmarineconcretestructures，notonlytowithstandthefreq

7、uentalternationofwetanddry,butthechloride，sulfateandotherharmfulionscanagcesstotheintemalconcretebytheeffectofwettinganddryingcycles，corrosioningtheconcretemalrixandtheinsidesteel，increasedthemechanicalpropertiesofstructuraldamage，seriouslyaffectthedurabilityan

8、dservicelifeofconcretestructures．Itisaurgentproblem，whichconcreteworkersfaced,thatcapabletoenhancetheservicelifeofmarineconcretestructure，eventhedurabilityofconcreteinwetand