酸性环境下砂浆、砂岩材料的受酸腐蚀过程及其基本特性劣化规律的试验研究

【摘要】： 本文选择了目前环境岩土工程中最基础的科学问题,即酸性环境下砂浆及砂岩材料的基本性质问题开展了室内试验研究,分析了材料受酸腐蚀过程中物理、化学及力学特征,揭示了其性质变化的规律,建立了受酸腐蚀过程中材料的宏、细观模型,提出了以氢离子浓度变化为主要影响因素的岩石及混凝土结构使用寿命预测模型和方法,本文的主要创新性成果如下: 1.对砂浆材料,在系统分析不同时段酸液中氢、钙离子浓度变化规律与砂浆受酸腐蚀微细观机理的基础上,采用质量变化率和波速变化率的定量对比,揭示了腐蚀过程所表现出的阶段性特征,建立了受酸腐蚀等效体砂浆试样波速-孔隙率预测模型;在建立腐蚀过程中试样孔隙率增大和承载面积减小概化模型的基础上,推导了腐蚀过程中抗折强度模型与计算公式,初步验证得到了计算值与试验结果间良好的一致性。 2.对砂岩材料,剖析了钙质胶结长石砂岩试样在不同浓度盐酸溶液浸泡过程中的强度特性、破坏模式、应力-应变关系和割线模量等力学特征,建立了氢离子扩散的常、变系数扩散模型,借助于无扰动CT扫描技术和化学动力学分析,对受酸腐蚀的细观损伤机理进行了量化分析,建立了试样单轴抗压强度、渗透破坏深度、CT数与岩石密度之间的关系式,实现了宏、细观力学性质的有机结合。 3.以快速试验对扩散规律的认识为基础,考虑化学反应造成酸液浓度降低对腐蚀的阻滞作用,建立了在大体积岩石及混凝土材料中考虑化学反应影响时溶质的扩散控制方程,开发了相应的二维有限元分析程序,结合某一水利工程受酸雨影响的使用寿命问题,提出了一种预测大体积岩石及混凝土中酸液浓度扩散范围随时间变化及强度劣化规律的思路与方法。