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海工混凝土结构遭受硫酸盐和氯盐侵蚀是造成其耐久性寿命降低的主要原因,硫酸盐侵蚀能使混凝土结构发生破坏,氯离子渗透到混凝土内部会造成钢筋的锈蚀、膨胀。处于浪溅区或潮差区的混凝土结构还遭受荷载和干湿交替作用,混凝土的硫酸盐侵蚀和氯盐侵蚀加剧,混凝土的使用寿命大大低于设计寿命。研究荷载-干湿交替耦合作用下混凝土抗硫酸盐侵蚀和氯盐侵蚀过程和机理关系到能否提高海工混凝土的服役寿命,是当前海工混凝土面临的一个紧迫课题。
本文主要研究荷载-干湿交替耦合作用下混凝土抗硫酸盐侵蚀过程和氯盐侵蚀过程。对于硫酸盐侵蚀过程,采用相对动弹性模量来研究混凝土在荷载-干湿交替耦合作用下的损伤规律,并通过ESEM、MIP、XRD手段研究混凝土在荷载-干湿交替耦合作用下的微结构演变。试验结果表明:在荷载-干湿交替-硫酸盐耦合作用下混凝土的损伤过程可分为先加速劣化、再稳定、后缓慢劣化三个过程,高强度等级混凝土能提高混凝土的抗硫酸盐侵蚀能力;干湿交替能显著加剧混凝土的硫酸盐侵蚀过程;矿物掺合料的加入能改善混凝土的孔结构,细化孔径,从而能显著改善混凝土的硫酸盐侵蚀能力;混凝土硫酸盐侵蚀的程度随着环境介质浓度的提高而加剧;弯曲荷载的作用导致混凝土内产生微裂纹,这对混凝土内硫酸根离子的扩散起到了加速的作用,从而使得混凝土的损伤程度加剧,然而,40%的荷载对混凝土前期性能的影响不大,当荷载率达到60%时,混凝土加速劣化。
荷载-干湿交替耦合作用下混凝土中自由氯离子浓度随深度的分布规律符合Fick第二定律的结果,自由氯离子的浓度随着深度的增加而降低,随着龄期的增长而有所增加。不同条件下混凝土的氯离子扩散系数都随着龄期的增加而减小。低水胶比混凝土有着致密的结构,能降低混凝土的扩散系数从而能显著提高混凝土抗氯离子侵蚀能力;干湿交替作用相比长期浸泡能显著加剧混凝土的氯离子扩散过程;随着荷载率的提高,混凝土内氯离子含量增加,混凝土中加入30%的粉煤灰或加入50%的矿粉能显著改善混凝土的抗氯离子侵入能力。
本文还对荷载-干湿交替作用下混凝土硫酸盐侵蚀和氯盐侵蚀的机理进行了阐述。荷载-干湿交替耦合作用下氯离子的传输机制有扩散机制和对流机制,并建立了有荷载影响系数的氯离子扩散模型。硫酸盐侵蚀机理为钙矾石和石膏腐蚀为主的化学侵蚀和荷载-干湿交替作用对化学侵蚀的加速机理。