论文总字数：28719字

摘 要

混凝土是目前使用最为广泛的土木工程材料，在基础设施、民用工程、国防工程等重大工程领域大量使用，是其它材料无法替代的。然而，混凝土材料本身就是带有微观裂缝的复合材料，且在服役的过程中受到动静荷载、温度应力、离子侵蚀等各种外界环境的影响，内部的微裂缝进一步的扩展、连通、长大。当混凝土材料出现缺陷、宏观裂缝后，外界水分与有害离子在其内部的传输将加速，因此研究损伤混凝土的传输特性对评价其耐久性、预测寿命具有重大的应用价值。

本课题重点研究混凝土材料受到冻融和荷载损伤后的水分与氯离子传输性能。首先设计、制备3种不同配合比的混凝土试件，分别对其进行不同程度的冻融和荷载损伤，然后以毛细吸水率、氯离子渗透表征损伤混凝土的水分与氯离子传输特性。结果表明：冻融循环次数越大，混凝土的损伤程度越大，在一定冻融循环次数前，损伤程度增加得比较缓慢，超过这个次数后，损伤增加迅速，而这个冻融循环次数阈值对于不同混凝土有所差异。未损伤时，C30混凝土的吸水率是C50单掺粉煤灰混凝土和C50双掺粉煤灰和矿渣混凝土的3~4倍，C50双掺粉煤灰和矿渣混凝土的吸水率和C50单掺粉煤灰混凝土的相近，C30混凝土的氯离子渗透性是C50单掺粉煤灰的3~4倍；C50单掺粉煤灰混凝土的氯离子渗透性是C50双掺粉煤灰和矿渣的4倍左右。在冻融或荷载损伤下，损伤程度越大，吸水率越大，氯离子渗透性也越大，符合典型的指数关系y=a*e^bx；当损伤程度在0%~20%时，吸水率增加较缓慢，当损伤程度超过20%后，吸水率增加迅速；当损伤程度在0%~15%时，氯离子渗透性增加较缓慢，损伤程度超过15%后，氯离子渗透性增加迅速；当两种损伤程度接近时，冻融损伤混凝土的吸水率、氯离子渗透性分别是荷载损伤混凝土1.5倍、1.2倍。

关键词：损伤混凝土；冻融；荷载；水分传输；氯离子传输

The Research of Concrete Transmission Performance

Abstract: Concrete is one of the most widely used in civil engineering materials. It can’t be replaced by other materials for its large numbers of use in infrastructure, civil engineering, national defense and other major engineering field. However, concrete material itself is a composite material with micro cracks, and it can be influenced by various external conditions, such as dynamic and static load, temperature stress, ion erosion, etc.  The internal micro cracks extend, connect and grow up. After the defects and macroscopic cracks come to concrete material, the internal transmission of moisture and harmful ions outside will speed up. So there is a very important effect for evaluating the durability and predict life of damage concrete, that is to research the transmission properties of damage concrete.

This topic research the transmission performance of moisture and chloride ion of concrete material after freeze-thaw and loading damage. This topic firstly design and produce 3 different kinds of concrete, and damage them through freeze thawing or loading by different degree. And then it use Capillary water absorption and chloride ion penetration to characterize the transmission property of damage concrete. The results show that the damage degree increase with the growth of frost-thaw cycle times, which the damage degree increase slowly when frost-thaw cycle times is not enough. When not damaged, the water absorption of C30 concrete is 3 to 4 times of C50 single-doped and C50 double-doped concrete, the water absorption of C50 single-doped and C50 double-doped concrete is near, the chloride ion permeability of C30 concrete is 3 to 4 times of C50 single-doped concrete, and the chloride ion permeability of C50 single-doped concrete is 4 times of C50 double-doped concrete. After freeze-thaw or loading damage, both water absorption and chloride ion permeability increase with the growth of damage degree, which water absorption increase slowly before 20% damage degree and chloride ion permeability increase slowly before 15% damage degree. While the two kinds of damage degree is near, the water absorption of freeze-thaw damage is 1.5 times of loading damage and the chloride ion permeability of freeze-thaw damage is 1.2 times of loading damage.

Key words: Damage Concrete; Freeze Thawing; Loading; Water Transport; Chlorine ion transport

目 录

第一章 绪论 1

1.1 研究背景与意义 1

1.2 研究现状 1

1.2.1冻融损伤混凝土的传输性能的研究现状 1

1.2.2荷载损伤混凝土的传输性能的研究现状 2

1.2.3其他作用下混凝土传输性能的研究现状 3

1.2.4存在的问题 4

1.3本实验的研究工作 4

1.3.1研究内容 4

1.3.2关键问题 5

第二章 原材料、性能测试与使用设备 6

2.1原材料选用与性能测试 6

2.1.1水泥 6

2.1.2粉煤灰 6

2.1.3矿渣 7

2.1.4砂 8

2.1.5石子 9

2.1.6外加剂 10

2.1.7水 10

2.2仪器与设备 10

第三章 配合比设计、基本性能测试与试件制备 12

3.1配合比 12

3.2混凝土基本性能测试 12

3.2.1坍落度与坍落度损失 12

3.2.2含气量 12

3.2.3表观密度 13

3.2.4 力学性能 13

3.3试件制备 13

3.3.1 混凝土成型与养护 13

3.3.2 力学性能试件的制备 13

3.3.3 冻融损伤试件的制备 13

3.3.4 荷载损伤试件的制备 14

第四章 冻融损伤混凝土的传输性能研究 15

4.1冻融损伤试验 15

4.1.1冻融损伤的试验方法 15

4.1.2冻融损伤程度的表征 15

4.1.3冻融循环次数对损伤程度的影响 16

4.2冻融损伤混凝土的水分传输性能研究 17

4.2.1毛细吸水试验原理 17

4.2.2毛细吸水试验方法 18

4.2.3冻融损伤对混凝土水分传输性能的影响 19

4.3冻融损伤混凝土氯离子传输性能研究 21

4.3.1氯离子渗透试验原理 21

4.3.2氯离子渗透试验方法 21

4.3.3冻融损伤对混凝土氯离子传输性能的影响 21

第五章 荷载损伤混凝土的传输性能研究 24

5.1荷载损伤试验 24

5.1.1荷载损伤的试验方法 24

5.1.2荷载损伤的程度 24

5.2荷载损伤试件的毛细吸水测试 25

5.2.1荷载损伤程度对混凝土水分传输性能的影响 25

5.2.2损伤类型对混凝土水分传输性能的影响 26

5.3荷载损伤试件的氯离子渗透测试 27

5.3.1荷载损伤程度对氯离子传输性能的影响 27

5.3.2损伤类型对混凝土氯离子传输性能的影响 27

第六章 结论 29

致 谢 30

参考文献： 31

损伤混凝土的传输性能研究

第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

混凝土材料是现今用量最大、使用最广泛的且最为重要的土木工程材料，由于其具有高强度、低价格、易取材、易成型等优点而被广泛应用于军事、核工业、民用、交通、水利工程等各个领域。相关数据显示，混凝土的全球年消耗量达到330亿吨^[1]，其人均耗用量仅次于水，人类社会的发展和建设已经离不开混凝土材料。

在传统观念中，混凝土材料是一种耐久性优良的土木工程材料，因而早期对其耐久性的关注度较低。但是近年来，随着大量的混凝土结构在未达到设计使用寿命前就出现了耐久性问题情况的出现，因混凝土结构的过早失效导致的工程事故时常发生，造成了大量的人员伤亡和经济损失。据相关数据表明，即使在发达国家，建筑工业有40%的资源投入需用于现有结构的维修与维护，仅有60%用于新设施的建设^[1]；对于工业相对落后的发展中国家而言，混凝土结构维修与维护花费的代价可想而知。而且，我国提出了西部大开发战略和向海洋进军计划，越来越多的混凝土结构被用在严酷的环境中，如西部高盐、高温差、低湿度、冰冻等耦合环境，海洋高盐、高温、高湿、潮汛、浪溅等耦合环境。混凝土结构在服役的过程中不可避免地与周围的环境发生相互作用，会遭受碳化、收缩开裂、冻融、钢筋锈蚀、硫酸盐侵蚀、碱骨料反应等劣化破坏^[2,3]，缩短了其服役寿命。因此,研究和保证混凝土结构的耐久性具有十分重大的意义。在经济上，延长桥梁道路的使用寿命，不仅可以大大节约修建和维护经费，而且还能构建发达的交通网络，便于运输，带动各个区域商业和农业的经济发展。在国家安定上，高质量高水准的国防结构与设备，能有效保证我国边境的安全；并且构建高质量的交通运输通道和国防军事设施，能良好地安定民心。

但是,目前科研人员对于混凝土耐久性的研究多是针对完整混凝土。然而，混凝土材料本身就是带有微观裂缝的复合材料，且在服役的过程中会受到动静荷载、温度应力、离子侵蚀等各种外界环境的影响，内部的微裂缝进一步的扩展、连通、长大。当混凝土材料出现缺陷、宏观裂缝后，外界水分与有害离子在其内部的传输速率将进一步提高，混凝土结构的使用寿命将迅速衰减。因此研究损伤混凝土的传输特性对评价其耐久性、预测寿命具有重大的应用价值。

1.2 研究现状

迄今为止，学者们对于受损混凝土传输性能的研究已经有了一些研究成果，研究范围也有较大的扩展。目前，已有的研究成果中涉及到冻融、荷载、干湿循环、碳化、盐碱溶液等对混凝土传输性能的影响规律。

1.2.1冻融损伤混凝土的传输性能的研究现状

1945年，Power^[4]指出混凝土冻融循环劣化主要源于孔隙内静水压力、渗透压力和温度应力等变化。静水压力随着孔隙水渗流路程的增大而增大；不过渗流路程存在一个临界值，当渗流路程超过这个临界值的时候，静水压力会超过混凝土材料的抗拉强度，导致混凝土裂纹产生。

1975年，Fagerlund^[5]提出临界饱和度理论，他认为混凝土的饱和度存在一个临界值，当饱和度低于临界值时，混凝土不会产生冻害，一旦超过临界值就会造成循序破坏。

1998年，黄士元、蒋家奋、杨南如等通过研究指出，在冻融破坏中，强度较低、水灰比较大和水化程度较低的混凝土，静水压力起主要作用；而强度较高、含盐量高和水灰比小的混凝土，渗透压力起主要作用 ^[6]。

迄今为止，科研工作者对冻融损伤混凝土的传输性能和其劣化进行了大量研究。这些文献^[7-12]主要是用氯离子扩散系数和混凝土吸水率作为指标来研究冻融损伤后混凝土的耐久性和传输性能。并得出随着冻融循环次数的增多，混凝土的氯离子扩散系数和吸水系数增大，但并不是完整的线性关系。

1.2.2荷载损伤混凝土的传输性能的研究现状

王中平^[13]等指出，混凝土受到瞬时荷载时，会产生瞬时应变，内部随之出现初始孔隙，且部分裂纹闭合；卸载后，部分孔隙和裂纹恢复，渗透性也随之改变；当混凝土受到长期荷载作用时，混凝土渗透性会受到两个重要因素影响，它们分别是徐变损伤和裂缝自修复；由于这两个相对立的因素交互作用，使得混凝土渗透性受到荷载的影响更加复杂化。

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