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高性能混凝土应力腐蚀与腐蚀疲劳特性研究

作　者: 陈拴发
导　师: 胡长顺；王秉纲
学　校: 长安大学
专　业: 道路与铁道工程
关键词: 高性能混凝土腐蚀腐蚀介质应力腐蚀腐蚀疲劳应力腐蚀因子环境腐蚀因子腐蚀疲劳因子耐久性机理
分类号: TU528
类　型: 博士论文
年　份: 2004年
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内容摘要

荷载（静荷载、动荷载）作用下的混凝土由于长期遭受腐蚀介质的作用，导致混凝土结构性能劣化，耐久性能降低而提前发生破坏。目前应力腐蚀与腐蚀疲劳造成混凝土结构耐久性退化已成为土木工程界面临的主要问题，引起人们普遍关注，成为研究的一个热点问题。本文在系统总结国内外有关受腐蚀混凝土研究工作的基础上，以高性能混凝土（HPC）为研究对象，采用环境介质对水泥混凝土的腐蚀作用——物相测试与分析——HPC的应力腐蚀——HPC的腐蚀疲劳——荷载作用下HPC腐蚀破坏机理这一技术路线对HPC的应力腐蚀、腐蚀疲劳特性展开研究，得出较为系统的成果。研究了受腐蚀混凝土的物理力学性能，分析了环境介质对混凝土的膨胀性腐蚀破坏作用及由于膨胀作用产生的膨胀应力，根据弹性理论初步建立了基于腐蚀介质引起混凝土内部膨胀应力的计算模型，为受腐蚀混凝土本构模型的建立及受腐蚀混凝土力学性能的进一步研究提供理论基础。利用物相分析技术，研究粉煤灰—水泥硬化浆体的组成、形貌以及HPC在荷载作用下的腐蚀产物。通过研究粉煤灰—水泥的水化机理，分析了HPC抵抗环境腐蚀介质的侵蚀性能。利用自行设计的应力腐蚀加载装置开展HPC应力腐蚀研究，建立了以应力腐蚀因子、环境腐蚀因子为指标的荷载作用下环境腐蚀介质对混凝土破坏性能的评价体系。系统研究了配合比设计参数、腐蚀介质种类、应力水平、腐蚀时间、干湿循环等因素对HPC应力腐蚀的影响规律，分析其发生应力腐蚀破坏的机理。根据腐蚀疲劳特性，设计出腐蚀疲劳加载装置及试验方案，研究了HPC在Na₂SO₄腐蚀介质作用下的疲劳特性，分析了基于腐蚀疲劳条件下的HPC耐久性及腐蚀疲劳破坏机理。通过对HPC硬化水泥浆体的组成结构的分析，探讨HPC孔结构及过渡区结构对其应力腐蚀与腐蚀疲劳特性影响，研究HPC受腐蚀、荷载耦合作用下的渗透性能及破坏机理，为混凝土结构的安全性评价提供理论指导。

全文目录

第一章绪论  10-30
  1.1 课题的提出和工程背景  10-14
  1.2 国内外研究现状  14-18
    1.2.1 国外混凝土腐蚀研究现状  14-16
    1.2.2 国内混凝土腐蚀研究现状  16-18
  1.3 高性能混凝土的提出与发展  18-21
  1.4 高性能混凝土的应力腐蚀与腐蚀疲劳  21-24
  1.5 本文主要工作  24-25
  参考文献  25-30
第二章水泥混凝土的腐蚀作用  30-50
  2.1 环境腐蚀介质在混凝土中的扩散  31-36
    2.1.1 介质在混凝土中的扩散过程  31-32
    2.1.2 混凝土的渗透性  32-33
    2.1.3 腐蚀介质在混凝土中的扩散  33-36
  2.2 环境化学侵蚀对混凝土的破坏  36-41
    2.2.1 物理膨胀侵蚀  36-37
    2.2.2 化学膨胀侵蚀  37-41
  2.3 受腐蚀混凝土的体积膨胀机理  41-43
    2.3.1 侵蚀介质在混凝土中浓度的确定  42
    2.3.2 混凝土膨胀率的度量  42-43
  2.4 受腐蚀混凝土膨胀内应力的计算  43-46
  2.5 小结  46-47
  参考文献  47-50
第三章水泥混凝土物相测试技术与分析  50-65
  3.1 水泥混凝土现代主要测试技术  50-51
  3.2 试验方法的基本原理  51-53
    3.2.1 热重分析法  51-52
    3.2.2 X-射线衍射分析  52
    3.2.3 扫描电子显微镜分析(SEM)  52-53
  3.3 试样制备  53
    3.3.1 实验方案  53
    3.3.2 热重及X-射线衍射样品制备  53
    3.3.3 SEM样品制备  53
  3.4 粉煤灰-水泥硬化浆体性能测试与分析  53-63
    3.4.1 热重分析  53-56
    3.4.2 水化产物的SEM观察  56-59
    3.4.3 X-射线衍射分析  59-61
    3.4.4 高性能混凝土水化浆体分析  61-63
  3.5 小结  63-64
  参考文献  64-65
第四章高性能混凝土应力腐蚀特性研究  65-100
  4.1 试验用原材料、腐蚀介质及混凝土配合比设计  66-71
    4.1.1 原材料  66-69
    4.1.2 腐蚀介质的种类及其浓度  69-70
    4.1.3 高性能混凝土配合比设计  70-71
  4.2 应力腐蚀试验方案设计及试验方法  71-74
    4.2.1 试验方案设计  71-72
    4.2.2 应力腐蚀试验方法  72-74
  4.3 应力腐蚀研究结果及分析  74-83
    4.3.1 弯拉试验  74-77
    4.3.2 抗压强度  77-79
    4.3.3 质量损失  79-80
    4.3.4 应力腐蚀评价指标的建立  80-83
  4.4 应力腐蚀破坏影响因素研究  83-94
    4.4.1 应力水平对应力腐蚀结果的影响  84-86
    4.4.2 龄期对应力腐蚀结果的影响  86-87
    4.4.3 腐蚀介质对应力腐蚀结果的影响  87-92
    4.4.4 干湿循环对应力腐蚀结果的影响  92-94
  4.5 混凝土应力腐蚀机理初步探讨  94-98
  4.6 小结  98-99
  参考文献  99-100
第五章混凝土腐蚀疲劳特性研究  100-123
  5.1 试验用原材料、环境介质及高性能混凝土配合比  100-103
    5.1.1 试验用原材料  100-102
    5.1.2 高性能混凝土配合比  102-103
  5.2 腐蚀疲劳试验方法  103-105
  5.3 高性能混凝土腐蚀疲劳试验结果及影响因素分析  105-117
    5.3.1 高性能混凝土的工作性及力学性质  105-107
    5.3.2 高性能混凝土的腐蚀疲劳试验结果及评价指标  107-110
    5.3.3 影响高性能混凝土腐蚀疲劳特性的因素  110-117
  5.4 同腐蚀介质下的应力腐蚀与腐蚀疲劳  117-119
  5.5 基于腐蚀疲劳条件下的高性能混凝土耐久性分析  119-121
    5.5.1 结构材料的疲劳特性  119-120
    5.5.2 腐蚀环境下高性能混凝土的疲劳性能  120-121
  5.6 小结  121-122
  参考文献  122-123
第六章荷载作用下高性能混凝土的腐蚀作用机理  123-148
  6.1 高性能混凝土的硬化水泥浆体组成特征  123-130
    6.1.1 水胶比对高性能混凝土水泥硬化浆体组成的影响  124-126
    6.1.2 水泥-粉煤灰体系水化机理  126-128
    6.1.3 粉煤灰对高性能混凝土的抗化学侵蚀特性的作用  128-130
  6.2 高性能混凝土的孔结构及过渡区结构  130-139
    6.2.1 混凝土的结构模型  130-132
    6.2.2 高性能混凝土的孔结构  132-135
    6.2.3 高性能混凝土的过渡区结构  135-139
  6.3 荷载作用下的高性能混凝土渗透性及腐蚀机理  139-144
    6.3.1 高性能混凝土渗透性及其评价  139-143
    6.3.2 荷载作用下的高性能混凝土腐蚀作用机理  143-144
  6.4 小结  144-145
  参考文献  145-148
第七章结论与展望  148-152
  7.1 主要结论  148-150
  7.2 创新点  150-151
  7.3 展望  151-152
攻读博士学位期间发表的论文  152-153
致谢  153-154

高性能混凝土应力腐蚀与腐蚀疲劳特性研究

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