酸雨环境下混凝土结构老化的试验相似性研究

酸雨是导致混凝土结构老化的重要原因，相关问题也是混凝土结构耐久性研究的薄弱环节，不同研究结果和结论间缺乏可比性，使得酸雨侵蚀混凝土结构的试验相似性成为当前需要解决的重要问题。项目拟从结构层面和材料层面研究相关的试验相似性。在结构层面，结合室外试验研究结构受到的作用酸雨和环境酸雨之间存在的作用方式和作用量的相似性；在材料层面，从附面层化学动力学的角度研究硫酸侵蚀混凝土材料的复杂机制，建立描述该机制的修正克－金－布模型，确定现场作用酸雨条件下混凝土结构老化的控制机制，并以此为基础提出基于机制保持的试验加速技术，从而保证室内加速试验和现场侵蚀在控制机制上的相似性，使室内加速试验能够如实地反映出作用酸雨条件下混凝土结构的老化状况。本项目对酸雨及硫酸作用条件下混凝土结构的耐久性研究及工程实践具有较为重要的理论意义和工程应用价值。

本项目从结构层面和材料层面研究混凝土在酸雨环境中腐蚀的试验相似性。结合对典型酸雨城市混凝土结构受酸雨腐蚀的现场调研，根据酸雨作用方式、腐蚀特点，将酸雨环境中混凝土的工作环境划分为雨滴直接作用区、汇流区和滞留区，给出了相应工作环境的试验模拟方案。开展了大量的室内试验，用不同的室内试验模拟酸雨对结构的作用方式。结合室内长期浸泡试验、周期浸泡试验，获得了稀硫酸侵蚀砂浆、混凝土、透水混凝土的一般试验规律，并通过试验直接观察到了附面层效应。研制了专门的冲刷模拟装置，开展了稀硫酸冲刷混凝土的模拟试验，获得了不同冲刷速率和不同pH值冲刷液作用下的腐蚀规律和腐蚀特点。在大量室内试验的基础上，结合均匀试验技术和非参数回归技术建立了稀硫酸侵蚀混凝土的数据库，给出了多种精度高、与试验结果吻合度高的混凝土材料腐蚀量预测方法。通过理论推导提出了稀硫酸侵蚀混凝土材料的浓度边界层模型，给出了不同酸度环境、不同材料配合比下稀硫酸侵蚀混凝土材料的解析解，通过解析解确定出腐蚀速率的相似参数，并在此基础上给出了一种间接测定砂浆和混凝土材料在稀硫酸作用下扩散系数的测定方法。本项目获得了广泛适用于砂浆、混凝土和透水混凝土在稀硫酸浸泡和冲刷作用下的一般腐蚀规律，结合理论研究给出了与试验规律吻合很好的理论解析解，从而确定了反映不同腐蚀条件下腐蚀速率的两个重要相似尺度参数（解析解中的a，b），为酸雨侵蚀混凝土材料的试验相似性的深入研究提供了理论依据和试验支撑。同时，项目研究了一系列更为高效的试验设计和试验数据处理方法，提高试验效率、拓宽了试验数据覆盖范围，相关研究方法和成果，在基坑优化设计、参数反演、可靠度分析等多个方面也得到了很好的应用。