多因素耦合作用下再生混凝土抗侵蚀性能与机理研究.doc

多因素耦合作用下再生混凝土抗侵蚀性能与机理研究再生混凝土是将废弃混凝土经过破碎、筛分后,部分或全部代替砂石等天然骨料配制而成的新混凝土。再生混凝土已成为当前土木工程界的研究热点,研究再生混凝土的耐久性问题对于其广泛应用于混凝土结构工程有重大的理论与实践意义。混凝土中采用再生骨料引起的混凝土微结构的变化,包括再生混凝土中存在的多个界面过渡区将对微结构损伤、侵蚀介质的传输过程、荷载作用下裂缝的引发与扩展过程、再生混凝土的吸湿与干燥过程有较大影响。因此,多因素耦合作用下再生混凝土的损伤演变与性能退化是再生混凝土耐久性研究的核心问题,这一工作的开展对实现再生混凝土结构可预期寿命设计有重要的理论价值和实践意义。本文主要研究内容和成果如下:(1)多因素作用下再生混凝土耐久性试验参数本文选择的侵蚀制度主要包括盐溶液中长期浸泡、干湿循环-盐溶液双因素以及干湿循环-荷载-盐溶液三因素;盐溶液分别为5%硫酸钠溶液和3.5%氯化钠溶液;采用合适的加载装置对再生混凝土试件施加荷载,荷载率为0.3和0.5。以此研究再生混凝土在单因素、双因素以及三因素作用下性能退化机理以及氯离子传输机理。(2)多因素作用下再生混凝土性能退化机理本文研究了在干湿循环-硫酸钠溶液以及干湿循环-荷载-硫酸钠溶液作用下,再生混凝土中硫酸根离子传输以及再生混凝土损伤劣化全过程。结果表明,随着再生粗骨料取代率的增加,再生混凝土中水溶(自由)硫酸根离子浓度先减小后增大,但硫酸根离子反应系数呈现增加趋势,再生混凝土反应硫酸根与酸溶(总)硫酸根离子含量的关系具有较好的线性关系。再生粗骨料取代率不改变再生混凝土的损伤劣化过程,仍然包括初始下降段、增加段以及加速下降段,但对于损伤初速度以及加速度有较为明显的影响。荷载的施加会使再生混凝土中产生的微裂纹扩展,加速硫酸盐侵蚀过程,荷载率越高损伤劣化速度越快。降低水灰比和掺入矿物掺和料可以有效的改善再生混凝土抗硫酸盐侵蚀性能。(3)多因素作用下再生混凝土中氯离子传输机理本文研究了在干湿循环-氯化钠溶液以及干湿循环-荷载-氯化钠溶液作用下,再生混凝土中氯离子浓度分布、氯离子表观扩散系数以及氯离子结合能力。结果表明,再生混凝土中氯离子浓度和表观扩散系数随着再生粗骨料取代率的增加,先减小后增大。氯离子表观扩散系数同再生粗骨料取代率的关系符合二次多项式的关系。随着再生粗骨料取代率的增加,氯离子结合能力增大。荷载的施加使再生混凝土中氯离子浓度和表观扩散系数明显增大,氯离子表观扩散系数同荷载率的关系符合二次函数的关系。但荷载率对于再生混凝土氯离子结合能力的影响没有明显规律。(4)多因素作用下再生混凝土中氯离子传输模型与硫酸盐侵蚀损伤模型本文利用X-CT研究了单颗骨料模型再生混凝土中氯离子的传输路径,结果表明,再生混凝土中氯离子传输路径取决于新砂浆密实度与附着砂浆密实度的相对关系。基于Fick第二定律建立了再生混凝土在多因素作用下的氯离子传输模型,该模型主要考虑再生粗骨料取代率、水灰比、荷载率、氯离子结合能力以及时间依赖性等因素对氯离子扩散系数和表面氯离子浓度的影响。采用数学模型描述再生混凝土在多因素作用下硫酸盐侵蚀损伤全过程,根据损伤力学基本原理,以相对动弹性模量为损伤变量,建立再生混凝土相对动弹性模量的双段损伤模型,第一段为线性关系,第二段为抛物线关系,并明确了损伤模型中回归参数的物理含义。