寒冷地区盐渍溶液环境下天然浮石混凝土耐久性研究

摘要

本文充分利用内蒙古地区丰富的浮石资源和工业废料，研究和开发水泥、浮石、砂子、粉煤灰等混合的新型轻质节能寒区材料—天然浮石混凝土。本文选定内蒙古河套灌区为研究区域，灌区用水主要来自黄河，呈碱性，pH值在7.7～8.2之间，主要含有Na+、Mg2+、Ca2+、Cl-、SO2-4等侵蚀性介质，盐分随着水流在灌区中积累，必然会对水工建筑物造成严重侵蚀。
　　本文依据内蒙古河套灌区盐渍水分的调查资料和灌区水工建筑物所处的自然环境特点（冬季时间长、昼夜温差大等），配制了五组不同配合比的天然浮石混凝土（LC20、LC25、LC30及两组引气天然浮石混凝土），并设计了四种工况组合：冻融（清水）与盐渍溶液-冻融循环、干湿循环（清水）与盐渍溶液-干湿循环、冻融-干湿（清水）与盐渍溶液-冻融-干湿、清水浸泡与盐浸试验。主要进行了以下几项内容的试验和模拟研究：
　　1.通过对不同工况下的质量损失率和超声波波速的测试，可得到：相对动弹模量作为衡量天然浮石混凝土耐久性的评价指标更准确；天然浮石混凝土强度越大，则质量损失率和相对动弹模量的损伤越小，适量引气剂的加入也可以改善混凝土的耐久性。同时为了使研究更加深入，利用电镜照片和能谱成分图分析天然浮石混凝土破坏机理。
　　2.在天然浮石混凝土研究中首次运用核磁共振测试方法，从孔隙度、核磁共振T2谱分布、孔径分布及核磁共振图像分析得到冻融前后的内部孔隙损伤扩展特征：天然浮石混凝土的核磁共振T2谱分布一般为4个峰，冻融循环使得天然浮石混凝土内部小孔隙逐渐向大孔隙扩展破坏，造成孔隙度、T2谱面积增大，并且在盐渍溶液中核磁共振信号较强，亮点区域较大。
　　3.本文运用计算机X射线断层扫描（CT）、环境扫描电镜（ESEM）、超景深三维显微系统综合分析天然浮石混凝土的细观特征，并结合核磁共振成像，从不同角度分析了冻融前后内部孔隙的损伤扩展特征，最终得到一致结论：在盐渍溶液中的天然浮石混凝土内部损伤较严重。
　　4.论文提出利用冻融核磁共振测试天然浮石混凝土孔溶液在冻融过程中的变化规律，得到了冷冻过程和融化过程中各个温度下天然浮石混凝土孔溶液的信号量、结冰量等相关指标，并由此得出天然浮石混凝土孔溶液结冰的一般规律：用冷冻过程中的含冰量来评价由孔溶液结冰引起的静水压比较符合实际情况；天然浮石混凝土发生冻害主要是-15℃以上。
　　5.最后利用损伤力学的理论，结合静水压假说，根据天然浮石混凝土的孔结构、抗拉力学性能和冻融条件，建立了天然浮石混凝土的抗冻耐久性预测模型，对天然浮石混凝土冻害的全过程进行了定量描述。

目录

1引言

1.1 研究背景与意义

1.2 影响混凝土耐久性的因素

1.3 国内外研究现状

1.4 本文的主要研究内容和技术路线

2 试验材料和试验方案设计

2.1 试验工况设计

2.2 盐渍溶液的选取及测试

2.3 试验材料

2.4 天然浮石混凝土配合比设计

2.5 试件的制作与养护

2.6 试验仪器及试验方法

2.7 本章小结

3 清水-冻融和盐渍-冻融循环作用下天然浮石混凝土抗冻耐久性试验

3.1 试验制度与方法

3.2 天然浮石混凝土在清水-冻融循环作用下的试验结果

3.3 天然浮石混凝土在盐渍-冻融循环作用下的试验结果

3.4 天然浮石混凝土在清水-冻融和盐侵-冻融循环作用下的对比试验

3.5 本章小结

4 清水和盐渍溶液下干湿循环作用下天然浮石混凝土耐久性试验

4.1 干湿循环试验制度与方法

4.2 天然浮石混凝土的清水-干湿循环试验结果

4.3 天然浮石混凝土的盐渍-干湿循环试验结果

4.4 天然浮石混凝土在清水和盐侵-干湿循环作用下的对比试验

4.5 本章小结

5 清水和盐渍溶液下冻融-干湿多重因素耦合作用下天然浮石混凝土耐久性试验

5.1 清水和盐渍溶液中冻融-干湿循环试验方法

5.2 清水溶液中冻融-干湿循环试验结果

5.3 盐渍溶液中冻融-干湿循环试验结果

5.4 清水、盐渍溶液中冻融-干湿循环试验对比

5.5 本章小结

6 天然浮石混凝土在清水与盐渍溶液中长期浸泡试验

6.1 天然浮石混凝土长期浸泡的试验方法

6.2 天然浮石混凝土在清水溶液中浸泡的试验结果

6.3 天然浮石混凝土在盐渍溶液中浸泡的试验结果

6.4 各种环境因素作用下天然浮石混凝土耐久性的对比

6.5 本章小结

7 基于核磁共振技术对天然浮石混凝土孔隙结构的研究

7.1核磁共振基本原理

7.2核磁共振在多孔材料中的应用原理

7.3核磁共振测量分析方法

7.4核磁共振成像技术

7.5核磁共振测量仪器

7.6基于NMR技术的天然浮石混凝土孔隙结构测量实验

7.7盐蚀-冻融循环作用下天然浮石混凝土核磁共振特性的试验研究

7.8引气天然浮石混凝土冻融损伤的核磁共振特征分析

7.9冻融天然浮石混凝土孔隙结构的损伤规律

7.10小结

8 天然浮石混凝土细观研究

8.1 试样制备与试验过程

8.2 CT图像分析

8.3 ESEM照片

8.4 超景深三维显微系统的基本特点

8.5 小结

9 天然浮石混凝土孔溶液的结冰规律

9.1 天然浮石混凝土孔结构对抗冻性的影响

9.2 混凝土孔结构结冰规律的研究

9.3 天然浮石混凝土孔溶液结冰量的测试

9.4 未冻水含量结果分析

9.5 T2谱图及孔径分布

9.6 小结

10 天然浮石混凝土抗冻耐久性预测模型

10.1 天然浮石混凝土抗冻耐久性预测模型的建立

10.2 天然浮石混凝土静水压计算过程

10.3 预测天然浮石混凝土抗冻耐久性的疲劳损伤模型

10.4 模型的验证

10.5 小结

11 结论和展望

11.1 结论

11.2 展望

致谢

参考文献

作 者 简 介