杂散电流环境下UHPC损伤特性研究

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UHPC凭借其强度高,耐久性优异等特点,使得其在工程实践中的运用得到了极大的推广,随着我国城市轨道交通行业的发展,UHPC在地铁工程中也得到了一定的应用,但地铁工程普遍存在杂散电流腐蚀的现象,并且地铁工程的主体结构一般都位于距离地面较深、地下水丰富、透水性强的地层中,而多数地下水又富含氯离子等侵蚀性介质,会对建筑造成危害,目前对于UHPC的研究暂未考虑杂散电流腐蚀这一因素,因此,在杂散电流作用下,研究UHPC劣化特征和力学特性的损失是十分有必要的。本文以环境中氯离子浓度、基体中钢纤维掺量和材料组分为变量,采用超声波速、劈裂抗拉强度、损伤深度以及孔隙率为评价指标,研究了杂散电流环境下UHPC的损伤特征,本文的主要工作及取得的主要结论如下:(1)采用电迁移锈蚀法完成了UHPC试块在不同环境下的锈蚀试验,锈蚀结果表明:随着通电时间的增加,锈蚀产物逐渐增多,阴极导电溶液逐渐浑浊,试块表面裂缝逐渐增多。(2)通过对同一钢纤维掺量不同环境中UHPC试块锈蚀损伤评价指标变化规律的分析,发现氯盐的存在会加速UHPC试块的锈蚀。在相同的通电时间内,无氯离子溶液中试块的锈蚀程度低于有氯离子溶液中试块的锈蚀程度;随着氯离子浓度的增加,UHPC试块的电阻率降低,增大了试块的导电率,使得试块的锈蚀程度加深,损伤深度和孔隙率增大,超声波速损失率和劈裂抗拉强度损失率也增大,即环境中氯盐浓度越高,UHPC试块锈蚀损伤程度更大。(3)通过对同一氯盐环境下不同钢纤维掺量UHPC试块锈蚀损伤评价指标变化规律的分析,发现钢纤维掺量为2.5%时UHPC试块的锈蚀损伤程度低于钢纤维掺量为2%时试块的锈蚀损伤程度。从劈裂抗拉强度损失程度和损伤深度来看,钢纤维掺量为2%时,试块损伤最严重,原因是钢纤维掺量较低时,以钢纤维掺量为1.5%为例,试块自身强度不高,内部可锈蚀的钢纤维数量也较少,故试块的强度损失较慢,对试块的损伤较轻;当钢纤维掺量较高时,以钢纤维掺量为2.5%为例,试块自身强度较高,其内部可锈蚀的钢纤维数量更多,锈蚀深度更浅,未锈蚀部分的钢纤维依然发挥较好的作用,故同等通电时间下试块的强度依然很高,试块的损伤较小。(4)在氯盐浓度为3%、钢纤维掺量为2%的最不利环境下,随着通电时间的增加,UHPC试块的劣化逐渐加深。通电3d时,试块的劈裂抗拉强度最大损失了23.32%,试块的损伤深度为4.6mm;通电7d时,试块的劈裂抗拉强度最大损失了34.94%,试块的损伤深度为12.8mm;通电14d时,试块的劈裂抗拉强度最大损失了54.05%,试块的损伤深度为16.9mm。(5)针对本文所考虑的磷渣粉、粉煤灰、碎石、端钩形钢纤维等四种材料组分,分析了各组分对UHPC劣化性能的影响,结果表明:对于胶凝材料而言,粉煤灰对UHPC试块的损伤劣化有一定的改善作用,磷渣粉对UHPC劣化性能的改善不明显;碎石的加入使得UHPC劣化加剧;此外,钢纤维的类型对UHPC劣化也有一定的影响,端钩形钢纤维UHPC在杂散电流环境下劣化更严重,建议使用平直型钢纤维。
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