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干湿循环对混凝土物理力学性能影响研究

干湿循环对混凝土物理力学性能影响研究

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作者：邵化建西北农林科技大学

学位级别：硕士

水工混凝土结构在服役过程中可能处于变化的水环境中,而混凝土的耐久性与其内部水分密切相关。混凝土干湿循环过程中往往伴随有害化学物质的侵入与积累、水分的吸入与逸出等物理力学作用,加速了混凝土物理性能的劣化,降低混凝土的使用... 详细信息

水工混凝土结构在服役过程中可能处于变化的水环境中,而混凝土的耐久性与其内部水分密切相关。混凝土干湿循环过程中往往伴随有害化学物质的侵入与积累、水分的吸入与逸出等物理力学作用,加速了混凝土物理性能的劣化,降低混凝土的使用寿命。本研究主要基于物理试验,研究了干湿循环作用下不同强度等级、不同温差、不同研究尺度混凝土的强度变化规律,并运用超声波检测技术和压汞法探究其内部孔结构变化规律,解释强度变化的机理;基于试验数据,采用Gauss2D函数拟合得到了不同强度等级混凝土的相对强度预测模型,为混凝土在干湿循环环境下的安全度评价提供参考。论文主要工作和结论如下:(1)采用加热快速干燥和自由吸水技术实现干湿循环变化,分别在干燥温度为60℃和40℃时对不同强度等级的混凝土和砂浆进行干湿循环试验,测定不同循环次数后的抗压强度和劈裂抗拉强度,得到干湿循环作用下混凝土和砂浆的力学性能演变规律。随着干湿循环次数的增加,不同强度等级混凝土和砂浆的相对强度均呈现出先增大后减小的变化趋势,而且劈裂抗拉强度的劣化比抗压强度的更显著。在干湿循环次数相同的情况下,强度等级越高,其相对强度越大;干燥时温差越大,其相对强度越小且劣化越早;相同水胶比的混凝土和砂浆,砂浆的相对强度更大且劣化更晚。(2)采用超声波无损检测技术测定混凝土和砂浆干湿循环过程中的超声波速和超声波振幅等物理量。结果表明,干湿循环作用后,混凝土和砂浆超声波速变化显著,随着干湿循环次数的增加,超声波波速总体上呈现出先增大后减小的变化趋势;水胶比越小,或温差越小,或砂浆含量越高,超声波速的增幅越大,降幅越小。超声波振幅则呈现出不断增大的变化趋势,且强度等级、温差和研究尺度对超声波振幅的影响不显著。(3)运用压汞法得到干湿循环过程中混凝土和砂浆的孔结构和孔径分布,发现干湿交替环境下的混凝土和砂浆内部孔结构和孔径分布发生明显变化。随着干湿循环次数的增加,孔隙率、孔隙总体积、平均孔径、中值孔径均表现出先减小后增大的变化趋势;受干湿交替环境的影响,混凝土的孔径分布曲线发生显著变化,最可几孔径首先向小孔径方向移动,然后往大孔径方向漂移,最终表现为孔径粗化特征。(4)对比分析了干湿循环作用后的混凝土和砂浆在不同水胶比、不同温差条件下强度变化的差异,结果表明,混凝土和砂浆的损伤主要是由干湿循环造成的。水胶比和温差等因素对其损伤也有一定影响,且水胶比和温差越小,造成的损伤就越小。在干湿循环过程中,粗骨料的加入使得混凝土的损伤更大,而且在一定的粗骨料含量范围内,粗骨料含量越小混凝土损伤越大。(5)基于试验建立的数值模型在一定程度上揭示了干湿过程中混凝土的湿热变化规律,干湿循环作用混凝土的应力主要集中在混凝土的骨料以及骨料周围的界面层区域。

关键词：混凝土干湿循环劣化规律相对强度预测湿热耦合

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