【摘 要】
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随着社会经济的飞速发展,环境污染问题日趋严重,导致全球腐蚀性环境影响的区域不断扩大。在腐蚀区隧道衬砌支护的服役过程中,其耐久性问题逐渐显露,混凝土-岩石结构在遭受不同程度的腐蚀性水破坏后将引发严重的工程问题,因此开展腐蚀性水作用下混凝土-岩石界面劈裂损伤劣化机理研究具有现实意义。本文采用p H=1的H2SO4溶液及p H=13的Na OH溶液模拟室内长期加速腐蚀试验。通过对二元体试件的质量损失率、
【基金项目】
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国家自然科学基金（42077274）； 中国博士后科学基金资助项目（2020M673525）； 中铁二十局集团有限公司2020年度科技研发项目（YF2000SD01A）；
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随着社会经济的飞速发展,环境污染问题日趋严重,导致全球腐蚀性环境影响的区域不断扩大。在腐蚀区隧道衬砌支护的服役过程中,其耐久性问题逐渐显露,混凝土-岩石结构在遭受不同程度的腐蚀性水破坏后将引发严重的工程问题,因此开展腐蚀性水作用下混凝土-岩石界面劈裂损伤劣化机理研究具有现实意义。本文采用p H=1的H2SO4溶液及p H=13的Na OH溶液模拟室内长期加速腐蚀试验。通过对二元体试件的质量损失率、孔隙率以及不同腐蚀阶段溶液的p H值进行监测,探究其物理化学性质变化规律,采用劈裂抗拉试验对腐蚀后二元体的力学性能进行分析,结合扫描电镜探究其腐蚀作用机理,同时借助声发射试验手段研究腐蚀作用对二元体界面损伤的细观演化过程。本文主要研究内容及成果为:（1）腐蚀作用引起二元体试件物理化学性质改变,在不同p H值溶液浸泡的不同阶段,其质量损失率、孔隙率、溶液的p H值均出现显著的阶段性特征。在酸性环境下二元体的质量损失率呈现逐渐增长趋势,在碱性或中性环境下则表现为先增长后减小的趋势;孔隙率在不同p H值溶液浸泡后均逐渐增大,但在碱性或中性环境下的孔隙发展却较为缓慢;此外,溶液的p H值也有较大变化,p H=1、13的腐蚀溶液在整个浸蚀阶段结束,分别由强酸变为中强酸,强碱变为中强碱,p H=7的蒸馏水最终呈现弱碱性。（2）对劈裂试验结果的分析表明,受腐蚀二元体的应力-应变曲线可分为弹性、塑性变形和破坏三个阶段。在不同p H值腐蚀溶液中,随着浸泡时间的延长,试件弹性变形阶段缩短,峰值应力、弹性模量逐渐减小,峰值应变逐渐增大,二元体柔性材料的特征越来越明显,在相同试验条件下,酸性溶液相比较碱性溶液和蒸馏水对二元体的腐蚀效应显得更强。通过二元体宏观破坏模式和微观结构特征,分析了不同p H值溶液腐蚀不同阶段二元体的离子迁移模式和腐蚀作用机理,建立了基于渗透深度与粘结强度之间关系的二元体界面腐蚀扩散模型。（3）分析了二元体试件在腐蚀性环境下微细观结构的变化规律和损伤特征,从应力-应变曲线、振铃计数及累计能量对应关系发现,声发射信号能较好反应界面微裂纹扩展及孕育过程,在相同p H值条件下,随着腐蚀时间的延长,振铃计数与累计能量的峰值呈现递减趋势,在相同试验条件下,声发射参数峰值在酸性溶液中递减幅度最大。此外,声发射b值在裂隙扩展尺度分析表明,二元体界面破坏模式随着腐蚀加剧,由连续小裂隙破坏向内部大裂隙破坏的形式扩展。（4）基于损伤力学原理,引入以累计振铃计数为损伤值的损伤变量,结果表明:腐蚀引起二元体界面内部微缺陷不断增长,在相同p H条件下,随着腐蚀时间的延长,初始损伤不断增加,损伤度骤变的拐点不断提前,建立的损伤模型能较好表征混凝土-岩石二元体腐蚀-荷载-损伤之间的关系。
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