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摘 要

随着我国经济快速发展和战略利益不断延伸，南海岛礁工程、渤海湾通道、港珠澳大桥、兰新高铁、川藏铁路、青藏公路等一大批重大基础工程正在我国海洋和西部严酷环境区域建设或规划中。上述区域在海洋和西部严酷环境作用下混凝土材料在水化硬化阶段就产生了大量的初始损伤；硫酸盐在损伤混凝土中快速传输至内部，发生化学反应(离子交换、结晶膨胀等)，导致体积增加、混凝土开裂。因此，研究不同损伤程度混凝土在海洋和西部严酷环境下的传输行为，对探索长寿命混凝土材料设计制备理论与调控机制具有十分重要的理论意义。

本实验探究了对完整混凝土制作损伤的循环加载方案，得到不同损伤度的混凝土。采用干湿循环制度加速硫酸盐侵蚀实验，系统研究了水灰比、不同损伤度、硫酸盐浓度以及矿物掺合料对混凝土硫酸盐侵蚀的影响，以质量变化率和相对动态弹性模量为测试指标表征侵蚀程度。

混凝土水灰比越大，孔隙率越大，抗硫酸盐侵蚀能力越差。损伤度越大，混凝土内部的裂缝越多，硫酸根离子传输的越快，后期侵蚀破坏速度也就更快。硫酸盐浓度越高，浓度梯度越大，硫酸根离子扩散的越快，侵蚀也越严重。掺加矿渣改善混凝土内部的孔结构，提高耐久性。

最后采MIP等微观测试技术分析了制作损伤的混凝土的孔隙率、研究了孔结构演化变规律以及不同损伤度、不同水灰比混凝土内硫酸根离子的传输过程。

关键词：带损伤混凝土;初始损伤;硫酸盐侵蚀;干湿循环;

A Research on Sulphate Resistance of Damaged Concrete with Wet-dry Cycle

Abstract

With Chinese rapid economic development and continuous extension of strategic interests, a large number of major infrastructure projects, such as the project of South China Sea islands and reefs, Bohai Bay channel, the Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge, Lanzhou-Xinjiang High-speed Railway, the Sichuan-Tibet railway and the Qinghai-Tibet Highway, are being building or planned where there is a harsh environment. In the region above, concrete materials have had a large initial damage during the hydration and hardening stage. And sulfate transfers fast into the interior of the concrete, and has a chemical reaction (ion exchanging, expansion by crystallization, etc.) with the production of cement hydration which leads to expansion and cracks of concrete. Thus, doing a research on transport behavior of sulfate ion in concrete of different degree of injury in the marine and western harsh environment, and studying the way to design long-life concrete preparation theory and regulatory mechanism is very important.

The paper explores the way to make concrete injured from complete one by cyclic loading program to give concrete different degrees of damage. Wet-dry cycle is used to accelerate sulfate attack to study how the water-cement ratio, different damages, sulfate concentration, and mineral admixtures effect on the concrete sulfate attacking, and the rate of quality change and the relative dynamic elastic modulus are used as test indicators for characterizing the degree of erosion.

The higher the concrete water-cement ratio is, the greater the porosity is, and the weaker the sulphate resistance is. The higher the degree of damage, there the more cracks inside the concrete is, the faster sulfate ion transmission the faster the speed of erosion is. Sulfate concentration is higher, the concentration gradient is higher, the diffusion of sulfate ion is faster, and the erosion is more serious. Adding slag, fly ash and other admixtures can improve the internal pore structure of concrete and improve durability.

Finally, MIP and other microscopic testing technology are used to analyze the damage produced concrete porosity, pore structure evolution studied law and becomes a different degree of damage, the transmission process in different water-cement ratio of concrete of sulfate ions.

Keywords: damaged concrete; initial damage; sulfate attack; wet-dry cycle;

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1研究目的及意义 1

1.2 国内外研究现状 3

1.2.1机理 4

1.2.1.3传输方程损伤演化方程 4

1.2.1.4 干湿循环条件下硫酸盐侵蚀研究 5

1.3 目前研究工作存在的问题 5

1.4 本文研究内容、技术路线 6

1.4.1本文研究内容 6

1.4.2 技术路线 6

1.5 创新点 6

第二章 原材料及试验方法 7

2.1原材料 7

2.1.1水泥 7

2.1.2细集料 8

2.1.3粗集料 9

2.1.4矿渣 9

2.1.5外加剂 10

2.1.6水 10

2.2 实验方案设计 11

2.2.1 配合比设计 11

2.2.2 试件尺寸和数量 11

2.2.3成型及养护 11

2.3 试验方法 12

2.3.1干湿循环实验 12

2.3.2 硫酸根离子浓度的测定 14

2.3.3 微观试验 16

2.4 本章小结 17

第三章 带损伤混凝土的制备 18

3.1 初始损伤制作原理 18

3.2 实验过程 18

3.3 损伤度的检测 20

3.4 本章小结 21

第四章 干湿循环下带损伤混凝土的硫酸盐侵蚀研究 22

4.1不同水灰比对混凝土硫酸盐侵蚀的影响 22

4.2不同损伤度对混凝土硫酸盐侵蚀的影响 23

4.3不同硫酸盐浓度对混凝土受侵蚀的影响 28

4.4 矿物掺料对硫酸盐侵蚀的影响 32

4.7 本章小结 35

第五章 结论与展望 36

5.1 结论 36

5.2 展望 36

致谢 37

参考文献 38

第一章 绪论

1.1研究目的及意义

在当今世界，混凝土由于其取材取材方便，易于成型，耐久性良好等特点而成为了使用最为广泛的建筑材料，不仅广泛应用于工业和民用建筑、水工建筑和城市建设，而且还应用于海洋开发用的各种构建物，如图1-1所示。根据我国国土资源部发布的《2013年中国国土资源公报》显示，我国2013年水泥年产量已达24.2亿吨，混凝土年产量已超21.96亿立方米，其中商品混凝土更是达到了11.7亿立方米。AskCIData最新数据显示，2014年中国商品混凝土产量达15.5亿立方米，在世界上混凝土总的用量中占比在60%左右，水泥的使用量也高居世界第一。

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