荷载—环境耦合下自密实混凝土冻融劣化机理

Xinjiang area of ultraviolet radiation intensity, climate is dry, alternation of wetting and drying frequently, alternation of positive and negative temperature frequently, the concrete frost thawing is particularly significant, the research about the raw materials of Xinjiang prepared self-compacting concrete freeze-thaw damage mechanism is still little. This subject adopts raw materials of Xinjiang preparing self-compacting concrete, in the special natural environment of Xinjiang, the modern material testing methods as the foundation, through the analysis of experimental measurements and theoretical, obtains the change of microstructure state and the corresponding macroeconomic performance of self-compacting concrete under the load and freeze-thaw coupling action, obtains the Xinjiang area of self-compacting concrete deterioration mechanism under load and freeze-thaw coupling action. Combined with the existing theory of concrete structure, through comparative research flexural behavior of the self-compacting concrete beams after freeze-thaw in both laboratory and natural environment of Xinjiang area, proposed the technical principle and related measures of frost resistance of the self-compacting concrete in natural environment. Through this research, as in the Xinjiang area of study on durability of self-compacting concrete to provide certain theoretical basis.

新疆地区紫外线辐射强度大，气候干燥、干湿交替和正负温度交替频繁，混凝土受冻融循环破坏尤为显著，对采用新疆地区原材料配制的自密实混凝土的冻融破坏机理研究很少。本课题采用新疆地区原材料配制自密实混凝土，在新疆特殊的自然环境下，拟以现代材料测试手段为基础，通过实验测量及理论分析，获得在荷载-冻融耦合作用下自密实混凝土的微观结构状态改变量及相对应的宏观性能指标，得出新疆地区自密实混凝土在荷载-冻融耦合作用下的劣化机理。再结合混凝土结构的现有理论成果，通过对比研究实验室和新疆地区自然环境下自密实混凝土试验梁经冻融后的受弯性能，提出提高新疆地区自密实混凝土在自然环境下抗冻性能的技术原理和相关措施。通过此项研究，为在新疆地区自密实混凝土耐久性研究提供一定的理论依据。

新疆地区紫外线辐射强度大，气候干燥、干湿交替和正负温度交替频繁，混凝土受冻融循环破坏尤为显著，对采用新疆地区原材料配置的自密实混凝土的冻融破坏机理研究很少。本项目采用新疆地区原材料配置自密实混凝土，进行了掺合料对自密实混凝土抗冻性能、冻融循环对C30自密实混凝土简支梁受弯性能和荷载-冻融耦合作用下自密实混凝土梁的受弯力学性能的研究。通过试验和理论分析得到：1）通过研究粉煤灰单掺及与矿粉复掺的抗冻性试验，得出抗冻性能最好的掺合料最优掺比，并建立了冻融后立方体相对抗压强度、劈裂抗拉强度与冻融循环次数以及相对动弹性模量损失率之间的关系式、相对峰值应力与冻融循环次数以及相对动弹性模量损失率之间的关系式；2）考虑荷载与冻融两个因素，对单一因素及双因素耦合作用下的简支梁抗弯性能进行研究，得出：（1）单一因素作用后的自密实混凝土简支梁随持荷时间和冻融次数的增加其极限承载力不断增加；（2）荷载-冻融耦合作用下的自密实混凝土简支梁在前100次冻融后其极限承载力也不断增加，但增加幅度低于单一因素的简支梁，在100次便开始降低，其极限承载力低于基准试验梁；3）借助扫描电镜和能谱仪对经不同冻融次数后的混凝土微观形貌和经冻融后的水化产物的元素进行了定量分析，研究结果发现：（1）经200次冻融循环后的水化产物主要以水化硅酸钙凝胶、水化铝酸钙凝胶、氢氧化钙晶体、少量的钙矾石以及未来得及反应的石膏为主；（2）通过扫描电镜发现在100次冻融循环之前，试块界面过渡区会随着水化产物的出现不断被填充，从而提高混凝土的密实度，继而提高混凝土强度，在100次冻融循环后，由于水化产物过多会产生膨胀压，在界面过渡区周围产生裂缝，同时在与冰涨压力的共同作用下使混凝土的强度不断降低，进一步验证了简支梁极限承载力先增加后降低的现象。本项目研究成果对新疆地区自密实混凝土耐久性的研究和工程应用提供了一定的试验数据支撑和理论依据。