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冻融循环与外部弯曲应力、盐溶液复合作用下混凝土的耐久性与寿命预测

慕儒

  耐久性是高性能混凝土最重要的指标,当今有关混凝土耐久性国内外已有大量的研究报导,并不断取得新成果和新经验,对改善混凝土耐久性提出了若干有效的方法。但是随着材料科学与工程技术的发展,使用条件的苛刻,有很多重大问题仍远未解决,其中关键问题之一是混凝土耐久性评估和寿命预测,对此通常只能根据经验进行估计。一般情况下,实验室对混凝土各种耐久性因素进行独立的研究,提取各种耐久性因素对混凝土的损伤规律。实际上混凝土的破坏常常是各种物理、化学和力学因素交杂在一起相互作用,促进和加速了混凝土劣化和失效过程。根据单因素损伤作用研究结果来分析实际工程中多因素损伤作用下混凝土的耐久性问题,得到的结果往往是不客观的,难以准确反应工程实际,无法准确预测工程寿命。针对上述混凝土耐久性研究中存在的关键技术和理论问题,本文设计了混凝土在冻融循环单独作用或与外部弯曲应力、氯化钠溶液、硫酸钠溶液等因素复合作用下的耐久性试验方法; 研制了适用于冻融循环过程中对混凝土试件能准确加载的设备; 通过大量系统试验总结了混凝土的双重和多重破坏因素作用下的损伤规律与损伤复合效应; 通过试验与理论分析,提出了多因素损伤过程中混凝土的重量损失、相对动弹性模量损失的双指标损伤模型; 总结了引气、钢纤维对损伤的抑制及钢纤维与引气双掺抑制损伤的复合效应; 根据试验和分析结果提出了基于快速试验方法的预测混凝土使用寿命的方程和步骤。主要研究结果如下: 冻融循环单因素损伤:为了分析分析双重与多重因素损伤下混凝土的损伤复合效应,本文进行了C40、C60、C80 混凝土(NPC)的冻融循环单因素损伤试验,结果表明,混凝土的冻融破坏是一个由致密到疏松的物理演变过程,其中水灰比依然是重要的影响因素,水灰比减小,混凝土抗冻性增强。应力与冻融循环双重破坏因素作用下,外部弯曲应力加速了混凝土在冻融循环过程中的相对动弹性模量损伤速度,应力比越高,损伤速度越快。应力不仅使损伤劣化加速,而且使破坏形态呈现出突然断裂的脆性特征。混凝土在溶液中快速冻融的试验结果表明,3.5%的氯化钠溶液和5.0%的硫酸钠溶液对混凝土损伤有不同的影响规律。其共同点在于两种溶液均降低冰点,冻融破坏得到缓和; 不同点有:一是对于硫酸钠溶液,经过300 次冻融循环以后,硫酸盐的侵蚀作用得到发挥,导致混凝土相对动弹性模量下降加速,损伤加剧,而在氯化钠溶液中冻融后期没有损伤加剧的现象,二是重量损失,混凝土在3.5%的氯化钠溶液中冻融,表面剥落非常严重,重量损失远远大于在水中的情况,……