多种劣化因素作用下水泥混凝土耐久性研究

论文摘要

路用水泥混凝土基础设施一般处于野外自然环境中,大多为板状薄壁结构,与环境的接触面大,在使用过程中经受干湿循环、冻融、碳化、氯盐侵蚀等多种劣化因素的作用,其强度、整体完整性逐渐下降,从而导致混凝土设施丧失使用功能。加之道路水泥混凝土跨区域特点,劣化因素的种类受沿线地域条件影响,不同路段的混凝土设施耐久性差异显著,整体构筑物的耐久性问题更加突出。路用混凝土基础设施的损坏与混凝土在各种劣化因素作用下的内部孔隙构造变化有直接关系,同时,混凝土设施的损坏是由不同劣化因素综合作用引起的,用一种劣化因素的影响不能准确评价混凝土设施的真实耐久性。本文以道路基础设施经常承受的干湿循环、氯盐侵蚀、碳化和冻融循环四种劣化因素为对象,在室内设计和组建模拟自然环境条件的实验方法,进行模拟自然环境条件的混凝土耐久性试验;测试单劣化因素作用以及多种劣化因素综合作用后,水泥混凝土的立方体抗压强度、动弹模量、非稳态氯离子迁移系数三个宏观性能指标,采用压汞法测得与宏观耐久性指标同时期的微观孔结构数据。首先,分析我国7大自然区划气候特征,选取具有代表性的四种环境因素:干湿循环,冻融循环,氯盐侵蚀以及碳化;分析四种环境因素对水泥混凝土的作用机理,考虑试验可行性,拟定环境因素最不利组合,调试温度、湿度等试验条件,给出四因素综合作用下水泥混凝土耐久性试验流程;给出多种劣化因素作用下水泥混凝土宏、微观检测指标。第二,通过柱状图比较,分析了不同劣化因素对水泥混凝土耐久性的影响。得到不同劣化因素作用对力学性能与孔结构特征参数、孔径分布、墨水瓶孔含量的影响情况。第三,以劣化因子Ci为指标,引入劣化叠加效应系数k,建立了单因素作用与多因素作用对水泥混凝土劣化程度的叠加关系模型;引入配合比特征参数K,区分了不同配合比水泥混凝土对同样四种劣化因素综合作用的耐受性差异,定量地说明了引气混凝土对外界环境因素的耐受性较强。第四,依所考量的宏观性能指标,对微观孔结构表征指标进行了相似剔除,对孔径分布参数进行优选,对孔级配参数进行整合,保留与宏观性能指标联系紧密的微观孔结构表征指标,建立了各宏观指标相对变化率与微观孔结构表征参数相对变化率之间的数量关系。最后,采用AHP法,经层次排序计算,判断矩阵的一致性检验,建立了多种劣化因素作用下,不同配合比水泥混凝土综合耐久性指标与微观孔结构表征参数变化率之间的定量关系模型;基于该模型,参考路面损坏状况评价标准,提出了基于微观孔结构劣化机理的水泥混凝土路面损坏状况评价流程图,给出计算算例。本研究将为交通运输等领域的混凝土基础设施建设提供指导,在混凝土设施的耐久性评估、养护维修决策等方面具有重要的理论价值。研究成果在我国水泥混凝土设施耐久性评价和养护维修决策方面具有理论指导作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.1.1 水泥混凝土在道路工程中的应用现状
• 1.1.2 研究的意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 水泥混凝土耐久性研究现状
• 1.2.2 水泥混凝土损伤叠加关系研究现状
• 1.2.3 水泥混凝土宏微观关系研究现状
• 1.2.4 耐久性试验方法及表征指标研究现状
• 1.2.5 国内外研究现状总结
• 1.3 主要研究内容
• 1.4 技术路线
• 第2章 多种劣化因素作用试验方法研究
• 2.1 影响水泥混凝土耐久性因素选择
• 2.1.1 干湿循环作用
• 2.1.2 冻融循环作用
• 2.1.3 氯盐侵蚀作用
• 2.1.4 碳化作用
• 2.1.5 耐久性因素的选择
• 2.2 多种劣化因素作用试验方法
• 2.2.1 多种劣化因素作用顺序
• 2.2.2 多种劣化因素作用控制条件
• 2.2.3 多因素作用试验检测指标
• 2.3 多种劣化因素作用试验流程
• 2.4 多种劣化因素作用试件编号
• 2.5 本章小结
• 第3章 基础理论研究
• 3.1 试验原材料及配合比
• 3.1.1 原材料
• 3.1.2 配合比
• 3.2 指标计算方法
• 3.2.1 墨水瓶孔简化模型
• 3.2.2 相对变化率指标
• 3.2.3 加权孔级配指标
• 3.3 数据分析方法
• 3.3.1 劣化叠加理论
• 3.3.2 灰色关联理论
• 3.3.3 层次分析法基本原理
• 3.4 本章小结
• 第4章 不同因素对混凝土耐久性影响研究
• 4.1 不同因素对混凝土力学性能影响
• 4.1.1 不同因素对混凝土抗压强度影响
• 4.1.2 不同因素对混凝土动弹模量影响
• 4.2 不同因素对混凝土微观孔结构的影响
• 4.2.1 不同因素对混凝土孔结构特征参数影响
• 4.2.2 不同因素对混凝土孔径分布影响
• 4.2.3 不同因素对混凝土墨水瓶孔含量影响
• 4.3 本章小结
• 第5章 多因素作用下混凝土劣化叠加研究
• 5.1 多因素作用下混凝土抗压强度叠加规律
• 5.1.1 抗压劣化程度分析
• 5.1.2 抗压强度劣化叠加规律
• 5.2 多因素作用下混凝土抗渗叠加规律
• 5.2.1 抗渗劣化程度分析
• 5.2.2 抗渗性劣化叠加规律
• 5.3 多因素作用下混凝土内部损伤叠加规律
• 5.3.1 内部损伤程度分析
• 5.3.2 内部损伤劣化叠加规律
• 5.4 本章小结
• 第6章 多因素作用下混凝土宏观与微观关系研究
• 6.1 指标剔除
• 6.2 宏微观指标灰色关联分析
• 6.3 微观指标的优选与整合
• 6.3.1 孔径分布参数优选
• 6.3.2 孔级配参数整合
• 6.4 多种劣化因素作用下宏微观定量关系
• 6.4.1 抗压强度与微观孔结构定量关系
• 6.4.2 抗渗性与微观孔结构定量关系
• 6.4.3 内部损伤与微观孔结构定量关系
• 6.5 本章小结
• 第7章 混凝土综合耐久性评价指标研究
• 7.1 综合耐久性评价指标体系
• 7.2 综合耐久性评价指标建模
• 7.2.1 宏观性能对综合耐久性重要度
• 7.2.2 层次排序与一致性检验
• 7.2.3 评价指标建模
• 7.3 路面水泥混凝土材料损坏状况评价
• 7.3.1 评价标准
• 7.3.2 评价流程
• 7.4 算例分析
• 7.5 本章小结
• 结论及展望
• 参考文献
• 附录
• 攻读博士期间所发表的学术论文及主要科研工作
• 致谢