ASR與環(huán)境和力學因素協(xié)同作用下混凝土的損傷失效過程與機理.pdf

1、混凝土耐久性的本質是其與環(huán)境之間的作用,通常是雙重或多重因素的作用。ASR是個特殊的耐久性問題,它更多地反映了材料本身與環(huán)境因素的協(xié)同作用。對ASR與環(huán)境因素協(xié)同作用下混凝土耐久性的深入探討,揭示其損傷的規(guī)律性、特點和作用機理,既可深入理解ASR耐久性問題,對其它耐久性問題的研究也有重要參考價值。 本文采用宏觀和微觀層次相結合的方法,探討了ASR與凍融循環(huán)、氯化鈉溶液以及彎曲荷載協(xié)同作用下混凝土的損傷失效過程與機理。在宏觀層次上

2、,建立了多重因素下混凝土損傷的測試系統(tǒng),通過在協(xié)同作用下混凝土的膨脹性能變化和相對動態(tài)彈性模量的變化,對損傷隨時間的變化進行動態(tài)跟蹤；在細觀和微觀層次上,通過光學顯微鏡(OM)、激光共聚焦顯微鏡(LSCM)、帶能譜的電子顯微鏡(SEM-EDXA)和環(huán)境掃描顯微鏡(ESEM-EDXA)對微觀損傷過程進行跟蹤測試,探討各環(huán)境協(xié)同作用下混凝土損傷的特點和規(guī)律：采用壓汞法對各協(xié)同作用下混凝土的孔結構演變規(guī)律進行研究；采用ESEM-EDXA對不同

3、環(huán)境中形成的凝膠的組成和膨脹性能進行了直接觀察和分析。本文還提出了模擬多重因素作用下?lián)p傷失效過程的一般方法。 研究結果表明,當ASR與氯化鈉協(xié)同作用時,混凝土損傷加??；即使是在低堿的高濕度環(huán)境下,含有活性集料的混凝土仍然發(fā)生ASR作用,只不過低堿環(huán)境中形成的是膨脹能力很小的高鈣硅比(C/S)凝膠。而在高堿的環(huán)境中,形成膨脹性大的低C/S凝膠。ASR凝膠在某一濕度之上會突然發(fā)生膨脹。當氯化鈉協(xié)同作用時,形成的凝膠C/S很低,即使是

4、在低堿的情況下,氯鹽的存在也降低了凝膠中的C/S,從而導致膨脹增加。此過程中,孔隙進一步填充細化,孔隙率減小,在反應程度較高的情況下,凝膠膨脹產生新的裂縫,加劇損傷。 在ASR共存的情況下,氯離子擴散到混凝土中的速度顯著變慢,混凝土對氯離子的結合能力也大大降低,進入混凝土中的氯離子基本上是自由氯離子,混凝土對氯離子呈現(xiàn)出線性結合。ASR凝膠在孔隙中的存在,降低了孔徑,減緩了氯離子擴散速率,降低了氯離子結合能力。 ASR與

5、凍融循環(huán)協(xié)同作用時,不管是先凍融循環(huán)后ASR,還是先ASR后凍融循環(huán),損傷均加劇。先ASR后凍融循環(huán),混凝土不再產生剝落,而先凍融循環(huán)再損傷的混凝土則仍然會產生剝落現(xiàn)象。凍融循環(huán)的過程中,伴隨有物質的遷移和混凝土結構的變化,混凝土中K+、Na+、Ca2+等元素在界面區(qū)富集,在細小孔隙中則有堿等物質的富集。這些堿和鈣離子等的富集對二次ASR作用的環(huán)境產生很大的影響,誘發(fā)和加劇ASR作用。凍融循環(huán)使混凝土孔隙率增加,最可幾孔徑變大,孔隙形狀

6、變得復雜,對后期的ASR損傷產生影響。先ASR后凍融循環(huán),ASR形成的凝膠填充混凝土的孔隙,降低了孔隙率,減小了最可幾孔徑,孔隙扭曲度增加,使混凝土在受到二次凍融循環(huán)作用時,滲透壓增加,損傷加?。籄SR所形成的凝膠附著在孔隙上,促進凍結時冰晶體生長。早期ASR或凍融循環(huán)還會對混凝土產生微損傷。這些也會加劇二次損傷作用。 荷載和ASR協(xié)同作用對混凝土的損傷有顯著的交互作用?；炷灵_裂并產生較大的變形而不斷裂,受拉區(qū)出現(xiàn)多縫開裂。荷

7、載對受壓區(qū)的影響較受拉區(qū)更大一些。受壓區(qū)的交互作用與壓力加劇了ASR作用有關,也與ASR凝膠在荷載作用下產生遷移有關；受拉區(qū)的交互作用與荷載作用下混凝土開裂加劇ASR有關。采用粘性界面模型和粘彈性本構定律,可以用有限元法對ASR和荷載作用下的膨脹和損傷過程進行模擬,并可拓展到其它損傷過程。 本文的研究揭示了在雙重或多重因素作用下,單一因素的作用結果會因物質遷移等改變材料所處環(huán)境,影響混凝土及內部孔溶液的組成和孔隙結構,從而對二次