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混凝土与岩石界面充分粘结是确保喷射混凝土支护效果的重要前提。然而,在寒区工程防护体系中,岩石-混凝土二元体界面作为传统薄弱面,混凝土与岩石表面的粘结状况易受寒区冻融环境影响而产生界面损伤及脱黏,进而引起支护失效,影响工程防护安全性。而科学认知冻融对岩石-混凝土界面损伤及脱黏微观机制,为深入开展对寒区岩体工程防护难题具有较好指导意义及参考价值。本文以砂岩-混凝土二元体组合试样为对象,开展冻融条件下砂岩-混凝土界面过渡区(ITZ)微观结构、微观力学及脱粘演化试验研究,主要研究内容包括:①通过扫描电镜显微镜试验,对砂岩-混凝土二元体ITZ的微观结构、粘结状态和水化产物进行分析;②通过扫描电镜和体视显微镜测试微观测试手段,分别开展-5℃～5℃、-10℃～10℃、-15℃～15℃、-20℃～20℃冻融循环试验,分析砂岩-混凝土二元体ITZ在不同温度区间、循环次数下ITZ启裂、扩展、脱粘的全过程;③通过在冻融循环条件下的纳米压痕试验,分析了冻融参数对砂岩、混凝土及ITZ微观力学及宽度的影响规律。主要研究成果包括:(1)砂岩-混凝土 ITZ的主要水化产物是C-S-H凝胶、AFt晶体和CH晶体,其中C-S-H凝胶是二元体ITZ粘结强度的主要来源,随着冻融循环次数的增加,ITZ内的水化产物会逐渐产生断裂,减少和消失。(2)随着冻融次数增加,砂岩-混凝土二元体ITZ脱粘过程可以分为4个阶段:①冻融诱发微细裂纹起裂;②裂纹不断经受冻胀力的循环加载,裂纹逐渐扩展;③部分区域出现裂纹的贯通;④砂岩和混凝土分离,即二元体整体发生脱粘。(3)冻融循环次数对砂岩-混凝土的微观力学性能有显著影响。其主要结论包括:①样品的硬度值和弹性模量值变化曲线从砂岩界面到混凝土呈现出“U”型分布;②不同的冻融次数对ITZ的宽度有一定的影响;④在不同冻融次数条件下,混凝土水泥基体和ITZ的硬度值和弹性模量值呈现递减趋势,随着冻融次数的增大,相差相同冻融次数的硬度值和弹性模量值减少呈递增趋势。(4)依据材料学理论和断裂力理论对砂岩-混凝土 ITZ脱粘进行分析,进而提出微观脱粘演化机理和冻融诱发ITZ微观力学演化模型。