腐蚀环境下混凝土力学性能与微观特性研究

作     者：刘晓媛 

作者单位：安徽理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：薛维培

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 081304[工学-建筑技术科学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0813[工学-建筑学] 

主      题：腐蚀环境 全应力应变曲线 循环加卸载 核磁共振 扫描电镜 

摘      要：混凝土材料具有取材容易、资源丰富、施工工艺简易等优点逐渐成为当今世界使用最广泛的建筑材料之一。然而,混凝土材料本质上是一种由砂、石、水泥等拌合物组成的非均匀多孔材料,不可避免会受到众多外界因素诸如二氧化碳、水、硫酸盐、氯盐等介质发生化学腐蚀反应,从而加速混凝土破坏使得其耐久性大大降低。因此,系统全面的了解混凝土受腐蚀作用后各项力学性能变化是确保工程结构耐久性、安全性的关键,掌握混凝土受腐蚀作用后其性能、内部结构的变化规律是确保混凝土结构运行安全、提高混凝土质量、实现混凝土长期服役于建设工程中的理论基础。本文以早龄期受温度作用混凝土为研究对象,探究混凝土受硫酸盐氯盐腐蚀作用下力学性能变化规律,同时结合核磁共振和扫描电镜技术从微观角度佐证宏观现象变化原因,本文的主要研究内容及结果如下:(1)混凝土经60℃、90℃、120℃温度损伤作用1d后其抗压强度较基准组分别下降了 4.16%、8.40%、11.68%,并且这种趋势随早龄期温度的升高越来越明显。温度作用3d后,强度下降趋势更为显著,较基准组分别降低了 5.34%,10.07%和14.50%。当混凝土移入标准养护环境后,在其龄期7d时,受早龄期温度作用后各试件强度与基准组差异有所减小,分别下降了 3.41%,4.92%和5.65%,混凝土强度发展此时迎来转折点。龄期28d时,强度分别为基准组抗压强度的99.0%,98.32%和98.18%,此时早龄期温度对混凝土强度特性带来的影响不再明显。(2)混凝土在受到单一硫酸盐、氯盐及硫酸盐氯盐复合盐腐蚀后,表观形貌开始发生变化,主要表现为上下端面首先出现缺损,并出现由外向里一层一层剥落现象。对经腐蚀作用前后试件质量变化进行测试,随着腐蚀时间的增加,不同腐蚀方案下混凝土质量变化率均经历一个先增大后减小的过程。以方案1为例,在腐蚀30d时,试件质量较未腐蚀前提高了 3.5g,150d后发现其质量下降了 2.77g,且质量低于未腐蚀前质量值,混凝土质量开始发生逆增长,随着腐蚀时间的继续延长,试件质量进一步大幅度降低,较原值下降了 0.44%。(3)通过对不同早龄期温度作用后混凝土试件进行单轴压缩试验。结果表明:混凝土峰值应力、峰值应变以及弹性模量并未随早龄期温度的影响而发生明显改变。受浓度10%、15%、20%硫酸钠溶液腐蚀的试件其7个月的峰值强度较5个月时下降了 7.25%、9.82%和15.67%,受浓度10%、15%、20%的氯化钠溶液腐蚀的试件其7个月的峰值强度较5个月时下降了 6.51%、7.40%和13.96%,受三种浓度硫酸钠氯化钠混合溶液腐蚀7个月的试件其峰值应力分别下降了 3.01%、3.50%和5.57%。当混凝土受腐蚀作用后,随着溶液浓度升高,试件全应力应变曲线均向右移动,峰值应力及弹性模量不断减小,峰值应变不断增大,延性增强。随腐蚀时间的延长,试样上述力学指标变化趋势与浓度因素造成的影响相同。(4)循环加卸载作用下混凝土峰值应力均小于全应力应变曲线试验下峰值应力,如试块经过5个月浓度为10%、15%和20%硫酸盐腐蚀后其循环加卸载峰值应力分别较全应力应变曲线试验下峰值应力降低了 5.60%、7.68%和17.59%。表明循环加卸载作用再次削弱了混凝土的承载能力,对受腐蚀损伤越严重的试件循环加卸载作用所带来的影响越明显。(5)核磁共振与扫描电镜试验结果可以很好的表征混凝土受腐蚀作用后其内部孔隙大小、数量以及生成物的变化情况,从微观角度揭示了混凝土质量损失率、强度以及弹性模量等宏观力学性能变化机理。图44表22参74