冻-腐耦合作用下混凝土力学性能及微观机理研究

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盐冻环境下的混凝土桥梁既发生冻融破坏又发生腐蚀损伤,该环境下混凝土材料的力学性能及损伤机理是研究该类问题的基础。本文以混凝土、水泥砂浆、水泥净浆为研究对象,在冻融、腐蚀、冻融-腐蚀耦合环境的基础上,通过单轴压缩试验、蔡司显微镜观测试验、比表面积及孔径分析试验,系统的分析盐冻环境下混凝土桥梁材料的物理力学及微观损伤规律,结果表明:(1)冻融作用与冻融-腐蚀耦合作用下水泥净浆、水泥砂浆、混凝土各个方面的损伤均具有类似性,但冻融-腐蚀耦合下三种材料物理损伤明显,腐蚀作用下三种材料变化不显著。(2)冻融、冻融-腐蚀耦合作用下水泥净浆表面浆体大面积脱落、水泥砂浆表面浆体局部脱落,变化不显著、混凝土粗骨料完全裸露,质量均减少;但冻融作用下结构完整度较好且质量下降一般,冻融-腐蚀耦合作用下结构完整度较差且质量下降速率较快,腐蚀作用下三者变化不显著,但质量均小幅度增加。(3)冻融、冻融-腐蚀耦合环境下三种材料抗压强度随着作用次数的增加逐渐降低,且冻融-腐蚀耦合环境下抗压强度降幅最大,腐蚀环境下三种材料的抗压强度先升高后降低,且变化幅度较小。(4)冻融、冻融-腐蚀耦合环境下三种材料孔体积与强度有密切相关性,表现为孔体积整体的增加,抗压强度整体降低,腐蚀环境下三种材料孔体积与其强度相关性一般。(5)冻融、冻融-腐蚀耦合环境下水泥净浆10~50nm孔隙的降低,>100nm孔隙数量增加对其强度降低的贡献率最大,水泥砂浆50~100nm孔隙的降低,>100nm孔隙数量增加对其强度降低的贡献率最大。(6)冻融下混凝土10~50nm孔隙的降低及50~100nm孔隙数量的增加是其强度降低的主要原因,冻融-腐蚀耦合下混凝土>50nm孔隙数量的增加其强度降低的主要原因,冻融导致混凝土内部小孔减少,大孔增多明显,冻融-腐蚀作用主要导致中孔及大孔增加,小孔变化不显著。(7)冻融作用与冻融-腐蚀耦合作用三种材料的损伤均具有类似性,但冻融-腐蚀耦合下三种材料物理损伤明显,说明腐蚀作用具有催化效果;且冻融-腐蚀耦合作用下水泥净浆物理、质量损失,强度下降最明显,混凝土次之,水泥砂浆最不显著,说明一定程度上细骨料与胶凝材料的粘结增强材料强度的同时,提高材料的稳定性,粗骨料与胶凝材料的连接使其强度最好,但破坏其均匀性,导致其稳定性下降。
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