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《清华大学》 2010年
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复杂环境下混凝土硫酸盐侵蚀微—宏观劣化规律研究

高润东  
【摘要】:混凝土硫酸盐侵蚀涉及到硫酸根离子在混凝土孔隙系统中传输、同时发生化学反应或侵蚀物质结晶、侵蚀产物对混凝土结构造成破坏(表现为开裂、剥落、强度损失等)的微-宏观复杂演变过程。野外实际观测表明,干湿循环作用下混凝土受硫酸盐侵蚀比连续浸泡下严重。但现有一些研究在进行干湿循环时经常采用升温加速干燥来创造干状态,一方面,升温加速干燥难以与实际相符,另一方面,提高温度会改变侵蚀产物的侵蚀机理。本文通过试验研究了干湿循环作用下混凝土受硫酸钠溶液侵蚀劣化机理,干状态选择空气中自然干燥、充分结晶,在此基础上考虑了荷载作用的影响,最后进行了硫酸钠溶液侵蚀与亚高温水淬循环、硫酸钠溶液侵蚀与碳化等复合环境作用的研究。 试验研究采用宏微观相结合的方法,主要取得了以下成果:(1)通过DSC热分析技术及SEM、XRD等微观测试技术综合分析了侵蚀产物。干湿循环时湿状态下主要侵蚀产物为钙矾石,干状态下叠加Na2SO4晶体与Na2SO4 10H2O晶体侵蚀且以Na2SO4晶体居多。(2)用改进硫酸钡重量法(化学滴定法)测量了受侵蚀混凝土中硫酸根离子含量的分布规律,并考虑了W/C、侵蚀溶液浓度、荷载水平、亚高温水淬循环作用以及碳化作用等因素对硫酸根离子传输特性的影响。(3)宏观上主要测试了混凝土抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度的劣化规律。混凝土受压破坏呈分层剥落状态;劈裂抗拉强度对硫酸盐侵蚀产生的损伤比抗压强度敏感;荷载水平超过40%后对抗折强度劣化影响比较显著。 针对干湿循环时湿状态和干状态两个状态下混凝土受硫酸盐侵蚀的特点分别进行了模型研究:(1)基于边界移动的扩散-反应问题,建立了混凝土硫酸盐侵蚀微-宏观损伤全过程模型。模型微观上主要解决了侵蚀离子在开裂混凝土中的传输特性,宏观上实现了对抗压强度劣化规律的模拟。模型计算结果和相关试验结果的对比表明模型在微观层面和宏观层面上的模拟是合理的。(2)从理论上分析了干状态下由蒸发作用引起的硫酸钠结晶侵蚀全过程。主要计算了由Na2SO4晶体和Na2SO4 10H2O晶体生长产生的结晶压力以及由其导致的环向拉应力。
【学位授予单位】:清华大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TU528

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【参考文献】
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