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一般大气环境多因素作用下钢纤维混凝土耐久性研究

王艳  
【摘要】:目前钢纤维混凝土(Steel Fiber Reinforce Concrete简称SFRC)在大跨结构、大型隧道的衬砌、大坝结构、军事工程等重大工程中的应用越来越广泛。这些重大结构工程是国家社会经济的重要基础设施,其安全正常工作对于社会可持续发展有着非常重要的作用。但它和普通混凝土结构一样,在其服役过程中也会受到各种腐蚀介质的作用,导致结构性能退化,承载力降低,寿命缩短。一般大气环境中混凝土中性化和钢筋锈蚀是混凝土结构耐久性的主要研究内容,而混凝土中性化又是钢筋锈蚀的前提条件。实际工程中混凝土中性化是各种物理、化学和力学因素相互作用的结果。研究多因素共同作用下钢纤维混凝土的中性化规律,旨在为进一步研究钢纤维混凝土结构的钢筋锈蚀、耐久性设计、寿命预测及其评估奠定基础。 论文从钢纤维混凝土微观结构分析入手,通过理论分析与实验室快速试验相结合的方法研究钢纤维混凝土在单一和多因素共同作用下的中性化机理和规律,最终建立了一般大气环境多因素作用下钢纤维混凝土中性化深度预测模型。主要研究内容如下: 压汞与电镜扫描试验对钢纤维混凝土孔结构的测试结果表明,纤维掺量从0到1.5%,混凝土的孔结构向优良方向发展,即大孔减少,小孔增加;当纤维掺量增加到2%时,孔隙率变大,大孔增多,小孔减少。根据理论分析与试验结果,建立了钢纤维混凝土孔隙率计算方法,为建立钢纤维混凝土碳化深度预测模型奠定基础。 开展了钢纤维混凝土快速碳化试验,研究各种因素(水胶比、钢纤维掺量、浇筑面)对钢纤维混凝土碳化规律的影响,结果表明钢纤维掺量为1.5%时混凝土碳化速度最慢。由碳化引起的钢纤维混凝土孔隙率变化,主要取决于单位体积混凝土中水泥用量,钢纤维掺量对其影响不显著。 提出实验室模拟酸雨溶液的配置方法,进行了钢纤维混凝土酸雨侵蚀实验室模拟试验。采用钢纤维混凝土质量变化率、剥蚀率、劈拉强度变化率及中性化深度等评价指标研究钢纤维混凝土的酸雨侵蚀规律,分析了不同影响因素对评价指标的影响。对酸雨作用下钢纤维混凝土损伤过程进行分析,揭示了钢纤维混凝土酸雨侵蚀机理:酸雨对钢纤维混凝土的腐蚀是酸雨中H~+与SO_4~(2-)共同侵蚀作用的结果。 根据全国酸雨情况调查结果,设计了酸雨和碳化共同作用试验机制,通过试验研究了钢纤维混凝土在碳化和酸雨侵蚀共同作用下的性能退化规律,分析了二者相互作用机理及耦合效应,在本文试验机制下碳化与酸雨对钢纤维混凝土中性化都有贡献,中性化深度结果大于单独酸雨作用和单独碳化作用中性化深度的直接叠加,并且碳化能加速酸雨侵蚀下钢纤维混凝土的溶蚀。 考虑应力状态对钢纤维混凝土中性化的影响,通过受荷状态下钢纤维混凝土试件的快速碳化试验、酸雨侵蚀试验、酸雨和碳化共同作用试验,分析了弯曲应力水平对钢纤维混凝土中性化速度的影响。 在普通混凝土碳化理论模型基础上,建立了钢纤维混凝土碳化深度预测模型。在试验基础上,主要考虑水灰比、纤维掺量、酸雨溶液浓度、浇筑面对钢纤维混凝土酸雨侵蚀中性化深度的影响,建立了钢纤维混凝土酸雨侵蚀中性化深度预测模型。以碳化作用为主,首次建立了一般大气环境中考虑酸雨作用和荷载影响的钢纤维混凝土中性化深度预测模型。通过模型计算值和试验结果的比较验证了中性化深度预测模型,计算值与试验结果吻合较好。


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