混凝土侵蚀损伤演化的实验方法研究

论文摘要

提高工程结构的寿命是最有效的节能减排手段。因此,沿海混凝土建筑物的设计首先需要考虑的问题是:如何提高海洋环境下结构物的耐久性,从而保证混凝土结构的使用寿命。探寻科学、可靠的检测手段,检测海水侵蚀环境中混凝土结构强度与刚度的衰减规律已成为了众多学者及工程技术人员热点研究的问题。对于素混凝土硫酸盐侵蚀是导致混凝土耐久性降低的主要原因。本文研究了硫酸盐侵蚀条件下混凝土损伤演化规律及其检测方法。首先,本文通过文献调研总结了国内外关于海水侵蚀对混凝土结构的危害以及侵蚀机理的研究进展情况,分析了已有的关于无损检测技术用于硫酸盐侵蚀混凝土的优点与不足,为本文探索新的实验技术检测混凝土中的侵蚀损伤演化建立了基础。其次,通过加速对比实验研究了混凝土材料在硫酸盐侵蚀下损伤演化规律。分别测试了混凝土试件在不同浓度的溶液中侵蚀,且考虑了干湿循环条件下,混凝土材料的膨胀率变化、超声波波幅沿试件长度波幅衰减演化、以及试件电导率随侵蚀时间的变化规律。通过对实验检测数据的数值模拟,建立了衰减系数、电导率与侵蚀损伤之间的定量数值关系,为混凝土损伤的定量化分析提供了新的实验方法。第三,本文采用超声波技术,通过对混凝土试样沿长度方向的各测点进行超声测量,得到膨胀波首波波幅随接收端到发射端距离增大而衰减的规律。从而拟合出膨胀波波幅衰减系数。在假定混凝土本构关系分别近似服从Maxwell、Voigt和标准线性固体模型的基础上,从理论上推导了膨胀波在粘弹性材料中传播的控制方程。从而得到混凝土松弛时间。对于膨胀波和畸变波的传播规律,本文研究了损伤与Poisson比有关以及损伤与Poisson比无关两种情况,通过对比发现材料的Poisson比是粘弹性波衰减的非敏感参数,对于本文混凝土材料损伤对Poisson比的影响可以忽略不计。最后,在总结全文研究的工作基础上提出了需要进一步研究的问题。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 选题背景与依据
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本章小结
• 2 实验方案确定及混凝土试件制备
• 2.1 实验方案及试样数量的确定
• 2.1.1 目的和主要仪器设备
• 2.1.2 实验方案
• 2.1.3 试件数量确定
• 2.2 混凝土杆件和方块试件制作
• 2.2.1 试验材料
• 2.2.2 混凝土配合比的确定
• 2.2.3 混凝土试件的制作
• 3 混凝土松弛时间的超声波方法测定
• 3.1 引言
• 3.2 超声波测试混凝土衰减系数
• 3.2.1 混凝土的衰减系数及松弛时间测试方法
• 3.2.2 测试试样衰减系数
• 3.2.3 衰减系数的拟合
• 3.3 松弛时间计算
• 3.3.1 膨胀波在粘弹性体中传播的衰减规律
• 3.4 本章小结论
• 4含缺陷粘弹性材料中膨胀波和畸变波传播的衰减规律
• 4.1 引言
• 4.2 膨胀波和畸变波在含损伤粘弹性材料中传播的衰减规律
• 4.2.1 材料泊松比是常数时波的衰减规律
• 4.2.2 材料泊松比随损伤变化时波的衰减规律
• 4.3 结论
• 5 实验数据处理及分析
• 5.1 引言
• 5.2 实验用混凝土试件及仪器设备
• 5.2.1 实验用溶液制备
• 5.2.2 实验用仪器设备
• 5.2.3 实验用试件
• 5.3 混凝土膨胀率研究
• 5.4 超声波实验
• 5.5 电导率实验
• 5.6 试件裂纹发展情况
• 5.7 本章小结
• 6全文总结
• 6.1 全文总结
• 6.2 主要创新点
• 6.3 展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文
• 致谢
• 附录I 膨胀率测试数据
• 附录II 波幅衰减系数
• 附录III 电导率值