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硫酸盐侵蚀是导致地下工程中混凝土结构劣化损伤最广泛和最常见的环境侵蚀,严重影响混凝土结构长期性能,从而危及结构安全性和使用性能。钢纤维混凝土作为一种新型复合材料,具有良好的增强阻裂性能和耐久性,被广泛应用于工程建设,特别是隧道及地下工程中,经常用于围岩破碎或者软弱地段。钢纤维混凝土受硫酸盐侵蚀过程较普通混凝土更为复杂,影响因素更多,一旦失效危害更大。因此,开展钢纤维混凝土硫酸盐侵蚀研究,对其长期性能的维护和提升具有指导意义,对硫酸盐侵蚀环境下在役钢纤维混凝土结构的安全评估和风险评估具有实际意义。
论文采用理论分析与室内试验相结合、宏观实验与微观分析相结合的手段,开展了硫酸盐侵蚀与干湿循环共同作用下钢纤维混凝土损伤劣化机理和长期性能变化规律的研究。本文首先深入分析了硫酸盐侵蚀混凝土的破坏机理和钢纤维混凝土增强阻裂机理。在此基础上,进行了硫酸盐侵蚀钢纤维混凝土物理力学性能变化规律的室内实验研究。最后,为获得硫酸盐侵蚀钢纤维混凝土损伤演变规律、劣化机理和深入研究硫酸盐侵蚀钢纤维混凝土宏观性能变化的内在原因,通过SEM电镜扫描实验进行了微观分析。主要研究内容如下:
(1)通过开展硫酸盐侵蚀与干湿循环共同作用下钢纤维混凝土长期性能实验研究,综合考虑钢纤维掺量和侵蚀溶液浓度对钢纤维混凝土轴心抗压强度和劈裂抗拉强度的长期影响,得到其长期性能变化规律。随侵蚀龄期的增加,钢纤维混凝土轴心抗压和劈裂抗拉强度均呈先增大后减小的变化趋势;硫酸盐溶液浓度越高,试件强度损失越多;在不同浓度侵蚀溶液中,普通混凝土较钢纤维混凝土试件的劈裂抗拉强度和抗压强度损失更大,增加纤维掺量可以有效减少试件在硫酸盐侵蚀下强度损失;试验后期,普通混凝土的劈裂抗拉强度损伤情况比抗压强度更严重。
(2)通过开展硫酸盐侵蚀与干湿循环共同作用下钢纤维混凝土长期性能实验研究,综合考虑钢纤维掺量和侵蚀溶液浓度对钢纤维混凝土质量损失率、应力?应变关系和外观变化及受力破坏状态的长期影响,得到其长期性能变化规律。侵蚀前期,在侵蚀产物和盐结晶的填充作用下,试件密实性加强,延性增大,质量和极限压应变均有所增长,试件的破坏形态则没有明显变化。随着硫酸盐侵蚀的持续进行,在侵蚀产物的膨胀应力和硫酸盐的结晶压力共同作用下,试件性能开始不断地出现损伤劣化,表层水泥砂浆逐渐酥松并脱落,四周棱角出现裂缝并逐渐贯通,试件脆性明显增大,质量和极限压应变随之减小。
(3)通过SEM扫描电镜技术进行微观分析,观察硫酸盐侵蚀下钢纤维混凝土内部裂缝的分布和发展情况、钢纤维与混凝土基体界面粘结变化和主要侵蚀产物生长特性与形态变化,得到了不同溶液浓度下钢纤维混凝土内部微观结构损伤演变过程,并且揭示硫酸盐与干湿循环共同作用下钢纤维混凝土微观损伤劣化机理,解释了微观结构的变化是导致宏观性能劣化的根本原因。
论文采用理论分析与室内试验相结合、宏观实验与微观分析相结合的手段,开展了硫酸盐侵蚀与干湿循环共同作用下钢纤维混凝土损伤劣化机理和长期性能变化规律的研究。本文首先深入分析了硫酸盐侵蚀混凝土的破坏机理和钢纤维混凝土增强阻裂机理。在此基础上,进行了硫酸盐侵蚀钢纤维混凝土物理力学性能变化规律的室内实验研究。最后,为获得硫酸盐侵蚀钢纤维混凝土损伤演变规律、劣化机理和深入研究硫酸盐侵蚀钢纤维混凝土宏观性能变化的内在原因,通过SEM电镜扫描实验进行了微观分析。主要研究内容如下:
(1)通过开展硫酸盐侵蚀与干湿循环共同作用下钢纤维混凝土长期性能实验研究,综合考虑钢纤维掺量和侵蚀溶液浓度对钢纤维混凝土轴心抗压强度和劈裂抗拉强度的长期影响,得到其长期性能变化规律。随侵蚀龄期的增加,钢纤维混凝土轴心抗压和劈裂抗拉强度均呈先增大后减小的变化趋势;硫酸盐溶液浓度越高,试件强度损失越多;在不同浓度侵蚀溶液中,普通混凝土较钢纤维混凝土试件的劈裂抗拉强度和抗压强度损失更大,增加纤维掺量可以有效减少试件在硫酸盐侵蚀下强度损失;试验后期,普通混凝土的劈裂抗拉强度损伤情况比抗压强度更严重。
(2)通过开展硫酸盐侵蚀与干湿循环共同作用下钢纤维混凝土长期性能实验研究,综合考虑钢纤维掺量和侵蚀溶液浓度对钢纤维混凝土质量损失率、应力?应变关系和外观变化及受力破坏状态的长期影响,得到其长期性能变化规律。侵蚀前期,在侵蚀产物和盐结晶的填充作用下,试件密实性加强,延性增大,质量和极限压应变均有所增长,试件的破坏形态则没有明显变化。随着硫酸盐侵蚀的持续进行,在侵蚀产物的膨胀应力和硫酸盐的结晶压力共同作用下,试件性能开始不断地出现损伤劣化,表层水泥砂浆逐渐酥松并脱落,四周棱角出现裂缝并逐渐贯通,试件脆性明显增大,质量和极限压应变随之减小。
(3)通过SEM扫描电镜技术进行微观分析,观察硫酸盐侵蚀下钢纤维混凝土内部裂缝的分布和发展情况、钢纤维与混凝土基体界面粘结变化和主要侵蚀产物生长特性与形态变化,得到了不同溶液浓度下钢纤维混凝土内部微观结构损伤演变过程,并且揭示硫酸盐与干湿循环共同作用下钢纤维混凝土微观损伤劣化机理,解释了微观结构的变化是导致宏观性能劣化的根本原因。