盐侵蚀与冻融循环耦合作用下活性粉末混凝土的耐久性及其破坏机理研究

Reinforced concrete structures in harsh service environments like cold regions, marine environment, saline environment, deicing salt environment are badly damaged under the coupled various factors. Therefore, efficient structure protection has become a scientific problem must to be solved. Reactive Powder Concrete is a cement-based composite material, which possesses high durability, high strength, high toughness and high temperature adaptability etc. And it is suitable for the main structural material and protective material in the harsh service environments. In this project, the coupling of chloride and freeze-thaw cycles test, and the coupling of sulfate dry-wet cycles and freeze-thaw cycles test are carried to ascertain the physical and mechanical performance index of Reactive Powder Concrete. The influence of mix proportion parameters and curing temperature and coupling effect to the durability are studied, while the physical and mechanical performance of evolution equation are provided. Then the durability evaluation index and methods are suggested. Furthermore, elaborate the mechanism of recession and damage through the microcosmic-test combined with theory analysis. Build the multiparameter damage degree on the basis of the durability evaluation index according to damage fatigue theory of composite materials,provide the durability failure criterion index,and establish the life prediction model of Reactive Powder Concrete which aims to provide a theoretical basis for the use of Reactive Powder Concrete as protection structural material in the complex and harsh environments.

寒冷地区海洋环境、盐碱环境及除冰盐环境下，钢筋混凝土结构的服役条件极其恶劣，在多环境因素耦合作用下破坏十分严重。为此，这些结构物的防护问题已成为亟待解决的科学问题。活性粉末混凝土作为新型复合材料，具有高耐久性、超高强度、高韧性及高体积稳定性等特点，特别适合用做上述服役环境下的主体结构材料与防护材料。本项目通过氯盐侵蚀与冻融循环、硫酸盐干湿交替与冻融循环耦合作用试验，确定活性粉末混凝土物理力学性能指标的变化规律，提出配合比参数、养护温度和耦合机制对耐久性的影响规律，给出性能指标演化方程，提出耐久性评价指标与方法；结合微观分析试验与理论分析，阐述耐久性能衰退与破坏机理；结合复合材料损伤疲劳理论，构建基于耐久性评价指标的多参数损伤度表达式，给出耐久性失效判据,建立复杂服役环境下的活性粉末混凝土寿命预测模型。本项目为复杂服役环境下，采用活性粉末混凝土进行结构设计和防护设计提供理论基础。

寒冷地区海洋环境、盐碱环境及除冰盐环境下，钢筋混凝土结构的服役条件极其恶劣，在多环境因素耦合作用下破坏十分严重。为此，这些结构物的防护问题已成为亟待解决的科学问题。活性粉末混凝土作为新型复合材料，具有高耐久性、超高强度、高韧性及高体积稳定性等特点，特别适合用做上述服役环境下的主体结构材料与防护材料。本项目通过试验研究与理论分析相结合，分析了不同耦合机制下活性粉末混凝土耐久性能变化规律，建立了氯盐侵蚀和冻融耦合作用下的氯离子传输模型，结合微观试验与理论分析，研究了侵蚀性反应产物生成机理，建立了氯盐侵蚀与冻融循环、海水冻融循环及电加速腐蚀环境作用下活性粉末混凝土寿命预测模型，阐明了盐（氯离子、硫酸盐）侵蚀与冻融循环耦合、海水冻融循环和热疲劳（干湿循环）等复杂环境作用下活性粉末混凝土性能衰退和破坏机理，并针对试验过程中出现的再水化现象，建立了活性粉末混凝土再水化模型。研究结果表明活性粉末混凝土在盐侵蚀与冻融循环耦合环境下耐久性能良好，氯盐侵蚀和冻融耦合环境下活性粉末混凝土使用寿命是C50高性能混凝土的3.1倍，海水冻融循环环境下活性粉末混凝土使用寿命是C50高性能混凝土3.8倍，冻融循环作用加速了氯离子在混凝土内部的传输，使活性粉末混凝土内部孔结构粗化，显著降低了活性粉末混凝土的使用寿命，掺入粉煤灰和钢纤维可以改善活性粉末混凝土抗氯盐侵蚀和冻融循环耦合作用性能，矿粉的掺入能够显著改善活性粉末混凝土在海水冻融循环作用下的耐久性。本项目研究成果为复杂服役环境下，采用活性粉末混凝土进行结构设计和防护设计提供理论基础，并为服役期间混凝土材料的长期稳定性、结构的可靠度、修复等评估提供依据。