【摘要】：我國沿海港口、跨海大橋及其它大型混凝土結(jié)構(gòu)工程由于其長期處在惡劣的海洋侵蝕環(huán)境中,使用壽命嚴(yán)重縮減。在眾多侵蝕危害中,硫酸鹽對混凝土的侵蝕作用已成為結(jié)構(gòu)耐久性影響主要的環(huán)境侵蝕之一,因硫酸鹽侵蝕而造成破壞的工程實(shí)例已屢見不鮮。一些重要服役中的民用或軍用防護(hù)混凝土構(gòu)件不僅受到硫酸鹽侵蝕作用,還要承受各種動力荷載作用,在受到車輛和船舶撞擊、爆炸沖擊波、地震波等作用下,海工混凝土結(jié)構(gòu)會表現(xiàn)出與靜力荷載作用下不同且更為復(fù)雜的動力行為。本文借助于分離式霍普金森壓桿(SHPB)試驗(yàn)系統(tǒng)、X射線衍射儀及SEM掃描電鏡等試驗(yàn)方法與手段,依據(jù)斷裂力學(xué)、損傷力學(xué)等理論,對高應(yīng)變率下受硫酸鹽侵蝕混凝土的基本物理力學(xué)性能、微細(xì)觀破裂機(jī)制以及損傷演化規(guī)律進(jìn)行了系統(tǒng)研究。主要工作和研究成果如下:(1)測定了受硫酸鹽侵蝕混凝土試樣中SO_4~(2-)含量的分布特征,得到了距試樣表面不同深度處SO_4~(2-)含量隨硫酸鹽侵蝕作用時(shí)間及侵蝕溶液濃度的變化規(guī)律。(2)綜合運(yùn)用多孔介質(zhì)滲流理論及擴(kuò)散理論建立考慮化學(xué)反應(yīng)作用效應(yīng)的混凝土SO_4~(2-)耦合傳輸模型及控制方程,并運(yùn)用數(shù)值方法對方程進(jìn)行了求解,將理論模型求解結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果對比,兩者具有較好的印證性。同時(shí),預(yù)測了某海域海水中所含硫酸鹽濃度條件下受侵蝕混凝土中SO_4~(2-)含量分布隨侵蝕時(shí)間的變化規(guī)律,揭示了混凝土中SO_4~(2-)的傳輸機(jī)理。(3)利用分離式霍普金森壓桿(SHPB)試驗(yàn)系統(tǒng),測定了受硫酸鹽侵蝕混凝土沖擊壓縮條件下的力學(xué)性能,得到了高應(yīng)變率下受硫酸鹽侵蝕混凝土基本力學(xué)性能(應(yīng)力-應(yīng)變曲線、抗壓強(qiáng)度、彈性模量、峰值應(yīng)變)、宏觀破壞特征等隨侵蝕溶液濃度、侵蝕作用時(shí)間及加載應(yīng)變率的變化規(guī)律。結(jié)果表明:隨著侵蝕溶液濃度及侵蝕作用時(shí)間的增加,混凝土的抗壓強(qiáng)度、彈性模量下降明顯,而峰值應(yīng)變加大,宏觀破壞程度加劇;隨著加載應(yīng)變率的增加,混凝土的抗壓強(qiáng)度、彈性模量有所提高,但其宏觀破壞程度明顯增加。(4)借助于X射線衍射儀,測定了侵蝕溶液濃度及侵蝕作用時(shí)間對混凝土中水化產(chǎn)物及侵蝕產(chǎn)物含量的影響;利用掃描電鏡(SEM)測定了高應(yīng)變率下受硫酸鹽侵蝕混凝土的微觀形貌特征,包括:裂隙的發(fā)育與擴(kuò)展?fàn)顩r、微觀破裂模式、水泥與骨料交接面處破壞形態(tài)及侵蝕產(chǎn)物分布特征等隨應(yīng)變率、侵蝕溶液濃度以及侵蝕作用時(shí)間的變化規(guī)律。與試樣宏觀破壞特征比較,有效地揭示了受硫酸鹽侵蝕混凝土在高應(yīng)變率作用下破裂的微細(xì)觀機(jī)制。(5)借助于損傷力學(xué)理論,研究高應(yīng)變率下混凝土損傷程度隨硫酸鹽侵蝕作用時(shí)間的演化規(guī)律。并基于Weibull分布的統(tǒng)計(jì)損傷模型,建立了同時(shí)考慮硫酸鹽侵蝕和高應(yīng)變率載荷耦合作用的混凝土損傷演化方程及本構(gòu)模型,該本構(gòu)模型與試驗(yàn)結(jié)果有較好的印證性。本文研究成果可為海工混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性研究提供重要參考。
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：P75;TU37
【圖文】：

博士學(xué)位論文利用掃描電鏡（SEM）測定高應(yīng)變率下受硫酸鹽侵蝕混凝土的微觀形貌特征，包括：裂隙的發(fā)育與擴(kuò)展?fàn)顩r、微觀斷裂模式、水泥與骨料交接面處破壞形態(tài)及侵蝕產(chǎn)物分布情況等隨應(yīng)變率、侵蝕溶液濃度以及侵蝕作用時(shí)間的變化規(guī)律。將高應(yīng)變率下受硫酸鹽侵蝕混凝土試樣的微細(xì)觀結(jié)構(gòu)特征與宏觀力學(xué)性能進(jìn)行對比分析，從微細(xì)觀角度解釋宏觀破裂機(jī)理。（6）結(jié)合高應(yīng)變率下受硫酸鹽侵蝕混凝土試樣的動態(tài)力學(xué)參數(shù)，借助于損傷力學(xué)理論，研究高應(yīng)變率下混凝土試樣損傷程度隨硫酸鹽侵蝕作用時(shí)間的演化規(guī)律。結(jié)合基于 Weibull 分布的統(tǒng)計(jì)損傷模型，建立同時(shí)考慮硫酸鹽侵蝕和高應(yīng)變率載荷耦合作用的混凝土損傷演化方程及本構(gòu)模型，并利用試驗(yàn)數(shù)據(jù)對本構(gòu)方程進(jìn)行驗(yàn)證。技術(shù)路線圖如下：

l Program）備與養(yǎng)護(hù)混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范》（JTJ275-2000）應(yīng)小于 C45 級，本文混凝土試樣強(qiáng)度按 C6m，試樣配合比如表 2-1 所示。其中，本實(shí)驗(yàn) 42.5 級普通硅酸鹽水泥，細(xì)骨料采用河砂，粗為 5-8mm，本文中所有實(shí)驗(yàn)均采用自來水，表 2-1 混凝土試樣配合比設(shè)計(jì)參數(shù)Table 2-1 Mix ratio parameters of concrete specimen水/kg m-3水泥/kg m-3標(biāo)準(zhǔn)砂/kg m-3145 453 740 作方法如下：合比將水泥、粗骨料（石子）、細(xì)骨料（砂子，之后將水倒入攪拌機(jī)中攪拌 2min，再倒入減

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7 安明U

本文編號：2717026