三因素劣化作用后水工混凝土强度与断裂性能试验研究

作     者：谷志强 

作者单位：郑州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：朱海堂

授予年度：2015年

学科分类：08[工学] 0815[工学-水利工程] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 081503[工学-水工结构工程] 

主      题：水工混凝土 碳化 硫酸盐侵蚀 冻融循环 复合劣化作用 抗压强度 劈裂抗拉强度 断裂性能 

摘      要：混凝土的耐久性问题一直是国内外学者研究的热点。水工大体积混凝土在浇筑和施工过程中极易出现裂缝,且所处环境比一般混凝土更加恶劣,在正常使用状态下,除了受到大气中二氧化碳的碳化作用外,环境水还会通过裂缝进入混凝土内部,引起混凝土内部的化学腐蚀,在严寒地区还会受到冻融循环作用。在复杂劣化作用的共同影响下,水工混凝土极易导致结构开裂的加剧甚至引起工程的失事。因此,研究水工混凝土在碳化、硫酸盐干湿循环、冻融循环三重因素共同作用下的强度和断裂性能具有重要意义。基于此,本文对水工混凝土在碳化(7天、14天、28天)、硫酸盐干湿循环(15次、30次、60次)和冻融循环(25次、50次、75次)三重劣化因素共同作用下的抗压强度、劈拉强度和断裂性能等力学性能指标进行了试验研究,分析了三因素耦合作用下水工混凝土的力学性能劣化规律,研究了劣化作用的内在影响机理。主要结论如下:1.在碳化—硫酸盐干湿循环—冻融循环三种劣化因素共同作用下,水工混凝土抗压强度总体变化幅度不大;碳化初期可提高抗压强度,但碳化时间过长时强度有所降低;冻融时间越长,强度降低越明显。三因素耦合作用下的试件劈拉强度变化趋势与抗压强度基本相同,但劣化作用对混凝土劈拉强度的影响较抗压强度更大。劈拉强度随着干湿循环次数的增加呈现先增大后减小的趋势,而冻融循环对混凝土劈拉强度损伤最大。2.冻融前后水工混凝土试件的质量损失率非常小,相对动弹性模量变化规律与质量损失率之间无显著的对应关系。复合劣化作用使水工混凝土中的部分粗骨料与混凝土砂浆剥离,减弱了混凝土各组分材料之间的粘结力,降低了其承受荷载和抵抗裂缝扩展的能力。3.复合劣化作用对混凝土断裂性能的损伤远大于其对抗压强度和劈拉强度的损伤。在三种劣化因素中,冻融对试件的断裂性能影响最大,宏观裂缝的产生加速了混凝土试件内部微裂缝的扩展,导致试件在劣化过程中出现恶性循环,最终导致其起裂韧度和失稳韧度的降低。劣化作用降低了混凝土的脆硬性,提高了试件的韧度,使试件在达到失稳荷载后仍能保持一段时间的稳定扩展。