交變荷載與硫酸鹽腐蝕作用下水泥混凝土疲勞損傷機(jī)制.pdf

1、硫酸鹽對(duì)混凝土的腐蝕作用是影響混凝土耐久性能的重要因素之一，但是目前對(duì)于水泥混凝土硫酸鹽腐蝕的研究，通常僅限于試件置于硫酸鹽溶液中的單一因素作用對(duì)混凝土的腐蝕，探討的也是單一因素作用下混凝土的損傷機(jī)理，雖有學(xué)者研究了硫酸鹽腐蝕與恒定荷載共同作用下混凝土的損傷，難以反映承受頻繁交通荷載重復(fù)作用的公路、橋梁、機(jī)場(chǎng)道面等道路工程結(jié)構(gòu)損傷的真實(shí)情況，鑒于此，本文通過定性分析與定量分析相結(jié)合、試驗(yàn)研究與理論建模相對(duì)照，對(duì)交變荷載與硫酸鹽腐蝕共同作

2、用下混凝土損傷機(jī)制進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。
　　利用自行設(shè)計(jì)的機(jī)械式混凝土應(yīng)力-腐蝕疲勞加載試驗(yàn)裝置,選擇合理的腐蝕環(huán)境與加載方法，模擬水泥混凝土真實(shí)的工程環(huán)境,采用干濕質(zhì)量測(cè)試、相對(duì)動(dòng)彈性模量、抗彎拉強(qiáng)度等宏觀測(cè)試方法，研究硫酸鹽溶液濃度（環(huán)境因素）、交變荷載的應(yīng)力水平（力學(xué)因素）、配合比設(shè)計(jì)參數(shù)（水泥混凝土自身因素）等對(duì)水泥混凝土疲勞損傷性能的影響，提出了交變荷載與硫酸鹽腐蝕作用下水泥混凝土疲勞損傷評(píng)價(jià)指標(biāo)。在試驗(yàn)分析的基礎(chǔ)上引入疊

3、加效應(yīng)系數(shù)K，提出交變應(yīng)力與硫酸鹽腐蝕對(duì)水泥混凝土破壞的交互作用的形式。采用化學(xué)分析方法（化學(xué)滴定法），闡明交變荷載作用下硫酸鈉在混凝土孔隙中的遷移及晶化規(guī)律；結(jié)合SEM細(xì)觀結(jié)構(gòu)分析技術(shù)，分析了交變荷載作用下混凝土硫酸鹽腐蝕導(dǎo)致其孔隙與界面結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律，提出了硫酸鹽溶液在侵入混凝土內(nèi)部的動(dòng)力機(jī)制。
　　依據(jù)擴(kuò)散的基本理論，通過對(duì)混凝土單元化與裂紋均一化，表征微裂縫對(duì)硫酸鹽在混凝土中傳輸過程的影響；基于邊界移動(dòng)的擴(kuò)散-反應(yīng)問題，建

4、立了交變荷載作用下水泥混凝土中硫酸鹽傳輸模型，并通過有限差分方法，給出模型數(shù)值解，結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果，驗(yàn)證了理論模型的合理性。根據(jù)硫酸鹽的濃度分布及擴(kuò)散反應(yīng)方程提出混凝土模型中反應(yīng)生成物的分布情況，分析晶體生長(zhǎng)特征、結(jié)晶膨脹及其產(chǎn)生的膨脹應(yīng)變。采用損傷力學(xué)基本理論，結(jié)合混凝土的疲勞性能選擇出合理的耗散勢(shì)函數(shù)，并通過分析混凝土疲勞損傷的發(fā)展規(guī)律，建立交變荷載與硫酸鹽共同作用下混凝土本構(gòu)關(guān)系。用推導(dǎo)出的應(yīng)力-應(yīng)變本構(gòu)模型，提出交變荷載作用下混