摘要
海洋环境中，硫酸盐侵蚀是影响混凝土结构耐久性的一项重要因素。海水中的硫酸根离子侵入到混凝土内部，会引发混凝土孔隙中液相与固相的化学反应，从而导致延迟钙矾石的形成。延迟钙矾石的成核和生长在混凝土中会产生膨胀应力，它是导致材料内部微裂纹成核以及扩展的重要因素之一，也是混凝土强度损伤演化的根本原因之一。本文研究工作的主要内容如下： 首先，研究了硫酸盐侵蚀下混凝土材料表面裂纹起裂、扩展的演化特征，依据生成延迟钙矾石的化学反应速率方程，建立了关于表面裂纹群扩展的信息熵演化动力学模型，并通过归一化处理得到了具有普适性特点的信息熵演化方程，它能很好地表征硫酸盐侵蚀下混凝土材料表面裂纹群的演化特征，并且它的演化规律与混凝土材料本身的水灰比无关。 其次，设计了带预制初始裂纹的三点弯曲梁试件，研究了混凝土材料在不同浓度的硫酸盐溶液中对其断裂韧性的影响作用，利用数字图像相关技术分析了裂纹区域的位移和应变的变化情况，计算了不同溶液浓度的混凝土三点弯曲试样断裂韧性随侵蚀时间的变化规律。根据化学反应速率方程，导出了硫酸盐溶液侵蚀下混凝土内膨胀力的演化方程，并结合材料的损伤理论，得到了去继续水化影响下混凝土材料的断裂韧性演化的理论模型。结果表明，该模型能较好地表征混凝土材料断裂韧性的演化规律。 接着，研究了不同盐溶液侵蚀下混凝土的宏观物理力学性能随侵蚀时间的变化规律以及微观腐蚀产物成分检测分析，探讨了不同盐溶液中各侵蚀离子对混凝土强度的损伤影响，采用基于混凝土强度的敏感性分析方法，定量地分析了去继续水化影响的多盐溶液中各离子交互作用对混凝土强度的敏感性问题，得到了氯离子的加入对硫酸根离子侵蚀混凝土起到弱化作用的定量结果，而镁离子或镁、氯离子的加入会对硫酸根离子的侵蚀效果起到强化作用的定量结果。 然后，在硫酸盐侵蚀环境下，对不同水灰比、不同直径和不同厚度的混凝土表面膨胀率和表面裂纹长宽度的变化规律进行了研究，得到了混凝土材料的水灰比和厚度变化对表面膨胀率和裂纹长度的变化影响较大。用玻尔兹曼分布函数进行拟合处理，得到了一个简单方程，能很好地描述硫酸盐侵蚀下混凝土表面膨胀率的普适性规律，且它与混凝土材料的水灰比、厚度和直径等均无关系。 最后，考虑温度效应，研究了各辅助胶凝材料对混凝土材料抵抗硫酸盐侵蚀能力的作用效应，采用宏微观相结合的方法，分析了不同温度环境下不同混凝土材料抵抗硫酸盐腐蚀的能力表现，得到了不同温度条件下不同辅助胶凝材料起到的影响效应各不一样。主要结论为：硅灰的抗硫酸盐侵蚀能力最为稳定、效果最佳；粉煤灰和矿渣粉的抗硫酸盐侵蚀能力表现次之；高温环境对偏高岭土的抗硫酸盐侵蚀是极为不利的；低温条件下，石灰石粉的抗硫酸盐侵蚀的能力逐渐降低；钢渣粉在变温环境下的抗硫酸盐能力要比恒温条件下好。
NETL