硫酸盐侵蚀条件下水泥砂浆动态力学性能演化的研究

论文摘要

硫酸盐对混凝土材料的侵蚀大体可以分为两个阶段。第一个阶段是硫酸根离子通过毛细孔渗入到材料内部,与水泥水化产物反应生成难溶的膨胀性结晶产物,即延生钙矾石。第二个阶段是由于钙矾石晶体在材料内生长引起的材料微损伤进展。在第一个阶段,由钙矾石在混凝土微空洞内的成核生长导致了材料密度的增长,这会引起材料的弹性模量增加。在第二个阶段,微损伤的进展会引起材料的弹性模量、强度和耐久性的下降。众所周知,混凝土的微损伤发生在水泥砂浆或者水泥砂浆与粗骨料的接触界面处。因此,水泥砂浆是混凝土组分中相对薄弱的部分。本文将主要研究在硫酸盐侵蚀条件下水泥砂浆动态力学行为随着侵蚀时间的变化规律。为了避免其它组分对实验结果的影响,本文采用基准水泥配置水泥砂浆试件,本文的工作有五章组成。第一章对相关研究做了综述,包括三部分:海水侵蚀混凝土的研究;混凝土材料在冲击载荷下力学行为的研究;本文即将开展的工作。第二章利用超声波检测仪对硫酸盐侵蚀下的水泥砂浆试件进行了测试。配制了硫酸根离子浓度为0%、3%、5%和8%的硫酸钠溶液,在每组溶液中浸泡水灰比为0.45、0.55和0.65的水泥砂浆试样。测试超声波在水泥砂浆试样中的传播速度、试样质量随着侵蚀时间的变化情况,根据测试结果,进一步得到水泥砂浆试样的动态弹性模量的演化规律。第三章根据能量守恒原理对试样横向惯性效应对水泥砂浆的松弛时间和延迟时间的影响进行了理论分析。在分析过程中,用标准线性固体模型对水泥砂浆的本构关系进行理论推导,指出了横向惯性作用对松弛时间和延迟时间的影响是不同的。第四章利用SHPB技术对硫酸盐侵蚀下的水泥砂浆试样进行了试验研究,侵蚀溶液的浓度为8%,水泥砂浆试件的水灰比为0.55。利用傅立叶分析修正了大直径压杆的横向惯性效应,通过基于路径线上的拉格朗日1sV+nε方法得到了硫酸盐侵蚀下的水泥砂浆材料的一维动态应力-应变关系曲线。比较超声检测和SHPB测试结果,在硫酸盐侵蚀下水泥砂浆的动态弹性模量的演化趋势基本一致。第五章对本文的工作做了总结,说明了本文的创新点和新成果,最后对需要继续进行的工作做了展望。本文关于硫酸盐对水泥砂浆材料的侵蚀结果可以为海水环境中混凝土的结构设计提供参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 硫酸盐侵蚀混凝土研究综述
• 1.1 引言
• 1.2 海水侵蚀混凝土
• 1.3 混凝土动态力学性能研究成果
• 1.4 本文工作的基本思路和主要方法
• 2 硫酸盐侵蚀条件下水泥砂浆动弹性模量演化的超声波实验研究
• 2.1 引言
• 2.2 超声波试验
• 2.3 本章小结
• 3 横向惯性作用对在谐波中的水泥砂浆的松弛时间和延迟时间的影响
• 3.1 引言
• 3.2 在考虑横向惯性作用时的一维波运动方程
• 3.3 横向惯性作用对松弛时间的影响
• 3.4 横向惯性作用对延迟时间的影响
• 3.5 本章小结
• 4 硫酸盐侵蚀条件下水泥砂浆动态力学性能的SHPB 实验研究
• 4.1 引言
• 4.2 分离式霍普金森压杆试验技术
• 4.3 试验准备
• 4.4 试验结果
• 4.5 本章小结
• 5 全文总结
• 5.1 本文总结
• 5.2 主要新结果
• 5.3 需要进一步研究的工作
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢