摘要
高原地区的气候以大温差、大风干燥、低气压和强辐射为显著特点，这种长期存在的恶劣环境对混凝土的性能构成了严峻的挑战，对结构物的后期强度和耐久性造成了不利影响。因此，深入探索高原复杂环境对混凝土内部结构和性能的影响，从微观层面解析这种环境下混凝土宏观性能变化的原因，对于改善高原地区混凝土结构和工程实践具有重要指导意义。 本文通过采用自主设计的步入式低压成型舱及复杂环境模拟舱进行高海拔地区环境模拟，并以标准养护环境为参考条件，对C35、C50混凝土进行多因素（低气压、大温差、大风干燥、紫外辐射）耦合试验，进而研究混凝土力学性能、收缩变形及耐久性能的影响规律。此外，还通过两种数据分析方法（灰色关联分析法、相对强度法）针对力学性能进行各环境因素影响程度分析。另外，还通过多种孔结构测试技术（包括压汞法、气孔分析、核磁共振）来深入分析和测定高原复杂耦合环境下混凝土的细观气孔结构变化。同时，结合扫描电子显微镜（SEM）观察和物相组成分析（包括热重分析、X射线衍射分析）试验观察混凝土界面过渡区的细微观形貌以及水化程度的变化，进一步探究高原复杂耦合环境下混凝土宏观性能劣化规律和开裂机理。取得了一些有益结果，具体如下： （1）探明了高原复杂耦合环境对C35和C50混凝土力学性能（抗压强度、抗折强度、静弹性模量）的影响规律。与标准养护环境相比，高原复杂耦合环境下混凝土力学性能发生明显下降，其中 28 d龄期时，C35混凝土静弹性模量下降 10.1%~18.2%；C50 混凝土静弹性模量下降 9.9%~14.9%。90 d 龄期时， C35混凝土抗压强度下降15.7%~36.0%，抗折强度下降10.9%~32.8%；C50混凝土抗压强度下降9.9%~35.8%，抗折强度下降9.0%~30.8%。灰色关联法和相对强度结果显示，在复杂耦合环境中各环境因素对混凝土抗压强度影响程度由高到低排序为：大风干燥（31.6%~40.3%）＞大温差（29.4%~38.3%）＞低气压（14.5%~35.0%）＞紫外辐射（8.6%~27.9%）；对混凝土抗折强度影响程度排序为：大温差（ 31.5%~32.6%）＞大风干燥（ 24.1%~27.9%）＞低气压（20.4%~23.3%）＞紫外辐射（16.3%~20.4%）。 （2）明确了高原复杂耦合环境对C35和C50混凝土耐久性能（抗冻性能、抗氯离子渗透性能）的影响规律。与标准养护环境相比，高原复杂耦合环境下混凝土抗冻性能和抗氯离子渗透性能发生显著下降。300次冻融循环后C35混凝土质量损失量增加2.5%~11.6%，动弹性模量下降增加2%~9%，抗氯离子扩散系数增加125%~360%；C50混凝土质量损失量增加27.9%~54.4%，动弹性模量下降7%~17%，抗氯离子扩散系数增加100%~380%。其中大风干燥（17.1%）和大温差（14.3%）是影响混凝土抗冻性能的主要因素，大温差（51.0%~58.3%）和低气压(47.8%~52.1%)是引起混凝土抗渗透性能劣化的主要因素。 （3）揭示了高原复杂耦合环境对C35和C50混凝土收缩性能（干燥收缩、自收缩、质量损失率）及开裂风险的影响规律。与标准干缩环境相比，高原复杂耦合环境下混凝土收缩变形加剧，增加的主要原因还是由于外部耦合环境引起的干燥收缩加剧。与标准干缩试件相比，C35试件收缩变形增加4.1%~25.0%，质量损失率增加-52.2%~17.6%，C50试件收缩变形增加-1.6%~24.4%，质量损失率增加-40.1%~58.1%。并且大多数复杂耦合环境下混凝土开裂风险随龄期延长而增加，当耦合环境中大风干燥改成高湿度环境时，C50混凝土开裂风险降低30.2%，降低幅度最高，这表明大风干燥是引起混凝土开裂风险加剧的主要因素。 （4）探明了高原复杂耦合环境下混凝土性能的劣化规律及开裂机理。高原复杂耦合环境下混凝土水化程度下降，界面裂缝增加，孔结构粗化，孔隙率上升，因此混凝土抵抗开裂的能力下降。同时，复杂耦合环境使得混凝土收缩变形加剧，当混凝土表面产生的拉应力超过抗拉强度时，混凝土发生开裂。在复杂耦合环境中，不同环境因素对混凝土性能影响程度不同。其中对混凝土抗压强度、抗冻性能、收缩变形影响最大的是大风干燥；对混凝土抗折强度、静弹性模量、抗渗性能影响最大的是大温差。TG结果显示，28 d~90 d龄期时，复杂耦合环境下C50混凝土化学结合水含量降低9.6%~24.6%，Ca(OH)2含量降低7.8%~14.9%。XRD结果显示，复杂耦合环境下C50混凝土C-S-H凝胶较标准养护降低25.3%。此外，SEM结果显示，复杂耦合环境下C50混凝土裂缝宽度明显大于标准养护环境，并且由MIP试验可知，复杂耦合环境下C50水泥砂浆28 d龄期孔隙率增加 40.0%，90 d龄期增加 75.9%。其中主要增加的是＞50 nm的孔隙，较标准养护环境增加34.1%~55.3%。气孔分析结果显示，与标准养护环境相比，C35和 C50混凝土 0~200 um气孔数量分别增加 113.1%、137.8%， 200~400 um孔含量分别增加 70.4%，116.9%。NMR结果显示，耦合环境下 C50试样 10~50 nm孔隙数量增加 328.2%~713.5%。
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