严寒环境下西部盐渍区道面混凝土受风沙侵蚀损伤机理研究

The western region of Inner Mongolia is located in the cold area of china, and there are a large number of saline soil, as it is the central area of sandtorm high activity region. Pavement concrete in this region was seriously eroded by composite action of complex natural environment, which make its durability and safety deteriorate.This project based on environment characteristics of cold environment, saline soil and sandstorm in the western region of Inner Mongolia, analyze the basic physical and mechanical properties of pavement concrete, by means of the corrosion tests that pavement concrete are corroded in saline environment, wet-dry cycling and freeze-thaw cycles, discover corrosion rule about mass loss, dynamic elastic modulus, surface morphology and strength loss of the pavement concrete. And use the sandstorm erosion test to erode pavement concrete which have been corroded by composite action in saline environment, wet-dry cycling and freeze-thaw cycles, apply Scanning Electron Microscopy (SEM) to observe the erosion damage morphology, study on the mechanical behavior of sandstorm with different erosion mechanics parameters to pavement concrete, and its damage distribution and the development regular, reveal the damage mechanism of sandtorm erosion to pavement concrete which have been corroded by composite action in saline environment, wet-dry cycling and freeze-thaw cycles.There results will provide a basis for the design, application and protection for pavement concrete in this region.

内蒙古西部地区地处我国严寒地区，该地区分布有大量盐渍土区，加之又是我国风沙高活动区的中心地段，复杂自然环境的复合作用对该地区的道面混凝土侵蚀严重，造成其耐久性和安全性下降。本项目基于内蒙古西部地区严寒环境、盐渍土区和风沙环境特征，分析道面混凝土的基本物理和力学性能，通过对道面混凝土在盐渍环境、干湿和冻融循环的复合作用腐蚀试验，探明其质量损失、动弹性模量、表观形态和强度损失等受腐蚀损伤规律；利用模拟该地区风沙环境的冲蚀试验系统对受盐渍环境、干湿和冻融循环复合作用腐蚀后的道面混凝土进行冲蚀试验研究，应用扫描电镜（SEM）观测其冲蚀损伤微观形貌，研究不同风沙环境冲蚀力学参数下道面混凝土冲蚀力学行为，及其细观层次上损伤的分布及发展规律；揭示在盐渍环境、干湿和冻融循环复合作用腐蚀后道面混凝土受风沙环境侵蚀的损伤机理。研究结果将为该地区道面混凝土的设计 、应用和防护提供依据。

内蒙古西部处在我国风沙高活动区的中心地段，且该地区分布有大量盐渍土区，加之又位于我国的严寒区，复杂区域特殊自然环境对该地区的混凝土等基础设施侵蚀严重，造成其耐久性和安全性下降。本项目基于内蒙古西部地区严寒环境、盐渍土区和风沙环境特征与工程实际背景，研究了道面混凝土在盐渍环境、干湿和冻融循环复合作用下受腐蚀规律，以及其腐蚀后受风沙环境冲蚀的力学行为及损伤机理等。经过四年的系统研究，取得重要成果：分析总结出该地区的严寒、盐渍和风沙等区域特殊环境主要特征；测定得到了道面混凝土的基本物理和力学性能；通过盐渍环境、干湿和冻融循环的复合作用腐蚀试验得到混凝土质量损失、表观形态和强度损失等腐蚀规律；利用模拟风沙环境侵蚀实验系统对受盐渍、干湿和冻融复合作用腐蚀后的混凝土进行冲蚀试验研究，应用扫描电镜和激光共聚焦显微镜等分析混凝土冲蚀损伤的微观形貌特征，探明了其冲蚀损伤机理；通过Hertz接触理论、数字图像相关实验研究得出了混凝土受风沙流粒子冲击的接触动力和应力应变场分布规律等冲蚀力学行为；并通过相似性分析，初步得到了实验结果与实际工况下冲蚀时间的对应转化关系。另在耐腐蚀耐冲蚀混凝土——橡胶混凝土进行了探索性研究，也取得了一定的研究成果。研究结果可为该地区道面混凝土的设计、应用和防护提供依据。以上研究结果在国内外学术期刊上发表学术论文12篇（SCI收录1篇、EI收录7篇）、录用2篇（SCI期刊1篇、EI期刊1篇），研制出科研仪器设备2套，获批实用新型专利6项，部分研究成果在积极进行应用转化。.此外，在项目研究中，加强了“特殊区域环境下工程结构和材料受侵蚀损伤、灾变机理及防护关键技术研究团队”建设，培养青年教师3人（在读博士2人），培养博士生1人、硕士生14人（已毕业12人、在读2人），有5篇学位论文获学校优秀硕士学位论文。项目负责人晋升博士生导师，获自治区青年科技奖，入选了自治区草原英才、自治区高校青年科技领军人才、自治区新世纪321人才工程一层次人才，获批1个自治区工程技术研究中心。