1、第41卷 第5期2023年5月水 电 能 源 科 学Wa t e r Re s ou r c e s and Powe rVo l.41 No.5May 2 0 2 3D O I:1 0.2 0 0 4 0/j.c n k i.1 0 0 0-7 7 0 9.2 0 2 3.2 0 2 2 1 4 3 4硫 酸 盐 腐 蚀 作 用 下 水 工 混 凝 土 的 细 观 损 伤 本 构 模 型张 娜1,李 慧2,何 凯3(1.柳 州 工 学 院 土 木 建 筑 工 程 学 院,广 西 柳 州 545616;2.长 安 大 学 建 筑 工 程 学 院,陕 西 西 安 710061;3.重 庆 大 学
2、 土 木 工 程 学 院,重 庆 400045)摘 要:水 工 混 凝 土 的 力 学 性 能 是 影 响 水 利 工 程 设 施 稳 定 性 的 重 要 影 响 因 素。采 用 力 学 试 验 与 理 论 分 析 相 结合 的 方 法 建 立 考 虑 硫 酸 盐 腐 蚀 效 应 的 细 观 损 伤 本 构 模 型。结 果 表 明,硫 酸 盐 腐 蚀 提 高 了 混 凝 土 破 坏 后 的 损 伤程 度;随 着 腐 蚀 时 间 增 加,抗 压 强 度 和 弹 性 模 量 呈 指 数 型 衰 减 规 律,破 坏 应 变 呈 增 大 趋 势;由 试 验 结 果 求 解 了形 状 参 数m和 尺 度
3、 参 数 0,进 而 求 解 了 考 虑 硫 酸 盐 腐 蚀 影 响 的 细 观 损 伤 本 构 模 型;通 过 实 测 试 验 数 据 验 证 了采 用 理 论 模 型 预 测 应 力 应 变 关 系 的 合 理 性。提 出 的 本 构 模 型 可 为 水 工 混 凝 土 力 学 行 为 的 预 测 提 供 参 考。关 键 词:水 工 混 凝 土;硫 酸 盐 腐 蚀;力 学 行 为;细 观 损 伤;本 构 模 型中 图 分 类 号:TV431;TU528.01 文 献 标 志 码:A 文 章 编 号:1000-7709(2023)05-0126-04收 稿 日 期:2022-07-13,修
4、回 日 期:2022-09-11基 金 项 目:国 家 自 然 科 学 基 金 项 目(52078079);广 西 高 校 中 青 年 教 师 科 研 基 础 能 力 提 升 项 目(2020KY60017)作 者 简 介:张 娜(1989-),女,硕 士、讲 师,研 究 方 向 为 非 概 率 可 靠 度、新 型 建 筑 材 料,E-ma i l:2 f 6593163.c om1 引 言近 年 来,随 着 国 家 大 型 水 利 水 电 工 程 的 建 设,水 工 混 凝 土 在 各 项 水 利 设 施(大 坝、堤 防、闸 坝、河渠 与 渡 槽 等)中 应 用 广 泛 1。在 水 利 工
5、程 设 施 运行 过 程 中,水 环 境 的 腐 蚀 效 应 是 导 致 水 工 混 凝 土材 料 性 能 退 化、使 用 寿 命 缩 短 和 结 构 性 能 下 降 的直 接 原 因 之 一 2。硫 酸 盐 离 子 是 一 种 最 常 见 的 水化 学 腐 蚀 性 离 子。硫 酸 盐 溶 液 通 过 一 系 列 化 学 反应、离 子 传 输 与 力 学 损 伤 的 复 杂 综 合 作 用 使 得 混凝 土 水 化 产 物 发 生 分 解,严 重 影 响 了 构 件 的 力 学行 为,造 成 水 工 结 构 的 安 全 隐 患 与 经 济 损 失 3。由 于 硫 酸 盐 的 腐 蚀 效 应,水
6、 工 混 凝 土 细 观 结 构 的损 伤 不 断 累 积,使 得 材 料 出 现 显 著 的 宏 观 结 构 破损,最 终 导 致 荷 载 作 用 下 的 力 学 特 性 发 生 劣 化 4。目 前,关 于 混 凝 土 在 硫 酸 盐 腐 蚀 下 的 力 学 性 能 的研 究 成 果 较 丰 富,但 关 于 硫 酸 盐 腐 蚀 效 应 下 混 凝土 应 力 应 变 关 系 与 本 构 模 型 的 研 究 还 比 较 罕见。鉴 此,本 文 对 水 工 混 凝 土 试 件 进 行0180 d时 间 内 的 硫 酸 盐 溶 液 浸 泡 试 验,然 后 开 展 单 轴 压缩 试 验 测 试 应 力
7、应 变 曲 线,最 后 提 出 考 虑 硫 酸盐 腐 蚀 时 间 的 细 观 损 伤 本 构 模 型,旨 在 进 一 步 提高 对 水 工 混 凝 土 力 学 行 为 劣 化 机 理 的 认 识。2 试 验 方 法2.1 试 样 制 备采 用 级 配 碎 石、天 然 砂、粉 煤 灰、水 泥 和 外 加剂 制 备 水 工 混 凝 土,配 合 比 见 表1。减 水 剂 与 引气 剂 浓 度 分 别 为0.8%、0.02%。其 中,级 配 碎 石经 过 破 碎 筛 分 后 的 粒 径 范 围 在4.7522.50 mm之 间。凝 胶 材 料 采 用P.O 42.5硅 酸 盐 水 泥 与 粉煤 灰,水
8、 泥 基 本 工 作 性 能 指 标 见 表2。粉 煤 灰 采用 燃 煤 发 电 厂 生 产 的级 粉 煤 灰。按 水 工 混 凝土 试 验 规 程(DL/T 5150-2017)5制 备 试 件,采用0.45的 水 灰 比 拌 和 砂 浆、浇 筑 与 振 捣,制 备 成轴 向 长 度 为100 mm,端 面 边 长 为50 mm的 标 准试 件,将 脱 模 后 的 试 件 置 于 养 护 箱 中 按 标 准 条 件养 护,养 护 后 取 出 测 试 力 学 指 标。表1 水 工 混 凝 土 材 料 的 配 合 比T a b.1 M i x r a t i o o f m a t e r i
9、a l i n c o n c r e t e物 料 单 位 质 量/(kgm-3)物 料 单 位 质 量/(kgm-3)碎 石 1 335 水 泥 280砂 750 水 180粉 煤 灰 120表2 水 泥 的 基 本 性 能 指 标T a b.2 P e r f o r m a n c e p a r a m e t e r s o f c e m e n t指 标 取 值 指 标 取 值比 表 面 积/(m3kg-1)390 坍 落 度/mm 88初 凝 时 间/mi n 173 抗 压 强 度/MPa 35.8(7 d)终 凝 时 间/mi n 320 45.5(28 d)2.2 试 验 方 法采 用 浸 泡 法 进 行 混 凝 土 试 件 的 水 化 学 腐 蚀 试
