【摘 要】
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我国西北地区泄水建筑物的盐冻和冲蚀破坏是水工混凝土修复中所面临的一个严重问题。聚氨酯砂浆与混凝土具有优异的相容性,并且粘结强度高、抗冲磨能力强等优点,可以将其运用到泄水建筑物的混凝土修复工程中。对于聚氨酯砂浆而言,其自身在盐冻作用和水流冲刷作用下的性能劣化严重影响着水工混凝土的修复质量。针对聚氨酯砂浆在盐冻作用下的力学性能和抗冲磨性能劣化问题,本文通过硫酸盐-冻融循环试验和冲磨试验,在宏观尺度上确
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我国西北地区泄水建筑物的盐冻和冲蚀破坏是水工混凝土修复中所面临的一个严重问题。聚氨酯砂浆与混凝土具有优异的相容性,并且粘结强度高、抗冲磨能力强等优点,可以将其运用到泄水建筑物的混凝土修复工程中。对于聚氨酯砂浆而言,其自身在盐冻作用和水流冲刷作用下的性能劣化严重影响着水工混凝土的修复质量。针对聚氨酯砂浆在盐冻作用下的力学性能和抗冲磨性能劣化问题,本文通过硫酸盐-冻融循环试验和冲磨试验,在宏观尺度上确定了硫酸盐浓度、冻融参数与力学性能和冲磨性能相关参数之间的关系,掌握聚氨酯砂浆宏观冻融损伤和冲磨损伤特性;同时采用扫描电镜和核磁共振试验描述微观结构的演变规律,构建了盐冻作用下聚氨酯砂浆孔结构分形维数和宏观性能损伤之间的计算模型。利用宏观试验和微观试验相结合的方法,揭示了盐冻作用下聚氨酯砂浆的冻融损伤机理和冲磨损伤机理。本文的主要结论有:(1)通过硫酸盐冻融循环试验,对聚氨酯砂浆的质量损失率、力学性能损伤特征进行了研究。结果表明,随着冻融循环次数的增加,聚氨酯砂浆的质量、抗压强度和抗折强度均持续下降,并随着冻融循环次数的增加下降速率明显加快。硫酸盐和冻融共同作用在冻融循环初期会产生有利影响,提升其质量、抗压强度和抗折强度,但随着冻融的继续进行,有利影响将逐渐向不利影响转变,在冻融循环后期聚氨酯砂浆的损伤会加剧。并随着硫酸盐浓度的增加其趋势更加明显。在此过程中砂浆的抗压强度与抗折强度高度相关,随着抗压强度的降低抗折强度也逐渐降低。(2)对经历冻融循环后的聚氨酯砂浆进行抗冲磨试验。试验结果表明,随着冻融循环次数的增加,聚氨酯砂浆的抗冲磨性能逐渐下降,其表观损伤更为严重,磨蚀率增加,抗冲磨强度逐渐降低。随着冲磨时间的增加,聚氨酯砂浆表面的固化产物首先被冲刷,暴露出部分石英砂等填充物,随后填充物等逐渐被冲刷,试件表面越来越粗糙。而在硫酸盐和冻融循环的共同作用后冲磨,其抗冲磨性能会进一步被削弱,表现出硫酸盐浓度越高劣化越严重。在冻融循环过程中其抗冲磨强度和抗压强度也呈现出正相关关系,抗冲磨强度随着抗压强度的增加而增加。(3)采用扫描电镜和核磁共振技术深入研究了盐冻作用下聚氨酯砂浆的微观结构。结果表明,随着冻融循环次数的增加,砂浆的固化产物和填充物界面过渡区(ITZ)的范围和宽度增加,孔隙的孔径逐渐变大,越来越多的胶凝孔和过渡孔向毛细孔和大孔转变。硫酸盐的加入会影响其孔隙结构,随着其浓度的增加毛细孔和大孔的比例更高,损伤情况加剧。(4)通过引入分形维数,构建冻融作用下聚氨酯砂浆孔结构分形维数和宏观性能损伤之间的计算模型。其结果表明,冻融循环次数越多,孔结构分形维数越小,抗压强度、抗折强度、抗冲磨强度和孔结构损伤越严重。硫酸盐溶液浓度增加,聚氨酯砂浆的孔结构劣化速度增快,孔结构分形维数降低,对应的宏观性能的劣化情况更为严重。本文采用试验研究和理论分析相结合的方法对盐冻作用下聚氨酯砂浆的力学性能和抗冲磨性能劣化特性进行研究,研究成果对于丰富盐冻作用与冲磨作用下聚氨酯砂浆的理论研究具有重要意义,同时对实际工程中的修复工作具有一定参考价值。
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