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损伤理论在腐蚀混凝土力学性能研究中的应用

黄河  
【摘要】:污水输送和处理系统中混凝土的腐蚀问题是一个新课题。目前,对混凝土腐蚀的研究基本停留在腐蚀介质、侵蚀机理上,而对受腐蚀后的混凝土物理力学性能变化规律和本构关系没有深入的研究。加强这方面的研究工作,对保护生态环境和节约能源具有重要的现实意义。 本文以探讨生活污水对混凝土的腐蚀为切入点,利用损伤力学理论方法建立受腐蚀混凝土强度损伤演变方程,进一步建立了受腐蚀混凝土的单轴受压本构关系。本文主要做了以下几个方面的工作: 总结了各种腐蚀因素作用下混凝土腐蚀机理; 探讨了生活污水对混凝土腐蚀的原因、过程; 通过对生活污水进行取样分析,配制了包括无机物、有机物与微生物在内的二十多组的腐蚀试液,浸泡混凝土立方体和棱柱体两类试块;然后分别在不同的时间段检测试件表面状况、抗压强度、单轴受压应力-应变关系。 建立了受腐蚀混凝土强度损伤演变方程; 建立了受腐蚀混凝土单轴受压应力-应变模型。 本文得出: 1、在腐蚀条件下,混凝土强度存在一个较复杂的变化过程。一方面混凝土本身存在数年的后期增长强度,随着混凝土材料和周围环境的不同,其后期增长情况存在较大差异;另一方面混凝土在侵蚀介质的腐蚀作用而逐渐劣化,其破坏作用与侵蚀介质种类和外界环境(如温度等)密切相关。在两种作用下,混凝土强度变化存在很大的随机性。 2、受腐蚀的混凝土强度损伤变量对浓度水平的变化不敏感,在一定浓度范围和相同的腐蚀时间内混凝土腐蚀状况相当,损伤变量相差不大。而随着腐蚀时间增加,强度损伤变量增大而逐渐趋近于1,混凝土完全破坏。 3、受腐蚀混凝土破坏状况基本与正常混凝土相同。但同时表现出一些独有特征:腐蚀严重的混凝土在受压过程中,混凝土剥落现象严重,主裂缝发展迅速,发育显著,而其它裂缝发展不明显。 4、混凝土受腐蚀后,初始弹性模量、峰值应力降低,前者降低程度比后者大。随腐蚀加深,初始弹性模量和峰值应力时割线模量接近,压力-应变曲线形状变尖。但单轴受压应力-应变总的曲线形状,受腐蚀混凝土与正常混凝土相似。 WP=5 5、本文从微观统计的损伤理论出发,建立了腐蚀混凝土单轴受压本构模型,与试验结果较符合。只要知道腐蚀混凝土初始弹性模量、峰值应力及此时的割线模量,就可以建立混凝土腐蚀单轴受压应力-应变曲线。


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