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本研究以中国内蒙古自治区广泛分布的风积沙为原材料制备风积沙粉体,应用“碱激发”原理激发其活性,并替代水泥基胶凝材料制备风积沙粉体混凝土,同时,在冻融、盐浸、干湿、碳化、风沙冲蚀等单一或耦合工况下研究风积沙粉体混凝土损伤劣化过程、劣化机理及耐久性能。通过相对动弹性模量、质量损失、碳化深度、抗压强度耐蚀系数等指标表征其宏观性能,并通过场发射扫描电镜(FESEM)、纳米压痕技术(NI)、能谱分析(EDS)、X射线衍射(XRD)、光谱半定量全分析(SQFSA)、核磁共振技术(NMR)研究其微观形貌、微观力学、水化产物、孔隙变化规律等微观特性,最后在宏、微观试验研究的基础上,对风积沙粉体激发机理及风积沙粉体混凝土耐久性能进行深入探讨,结果表明:(1)风积沙粉体改性试验中,风积沙粉体活化率随着激发剂质量分数的增加而增加,且二氧化硅(Si02)等活性物质随着溶液碱性的增强,溶出量逐渐增多;硫酸钠(Na2SO4)对风积沙粉体的改性效果优于氢氧化钠(NaOH),且风积沙粉体掺量为15%,硫酸钠掺量为2.0%,预养护温度为35℃时,风积沙粉体—水泥胶砂试件中的钙矾石发育良好,可充分填充风积沙粉体—水泥胶凝体系内部孔隙,内部20nm以下的不连通的毛细孔的比例达到85.69%,束缚流体饱和度也提高至94.311%,活性指数高达108.2%。(2)冻融、盐浸耦合作用下风积沙粉体混凝土相对动弹性模量随着冻融循环次数的增加,呈现先降低,稳定一段时间后下降至破坏的规律,同时,风积沙粉体混凝土在3.0%、6.0%的硫酸镁溶液中生成钙矾石(AFt),在6.0%的硫酸镁溶液中还会生成石膏(CaSO4),这些针柱状、纤维状产物填充混凝土内部因冻胀作用而产生的裂隙,进而使风积沙粉体混凝土的孔隙度、渗透率较普通混凝土低,束缚流体饱和度高于普通混凝土,且强度等级为C35的风积沙粉体混凝土中无害孔及少害孔所占比例为61.12%,比强度等级为C35的普通混凝土高出11.79%,组织结构更加密实,故风积沙粉体混凝土较普通混凝土在硫酸盐溶液中具有更好的抗冻性能。(3)冻融、干湿耦合作用下风积沙粉体混凝土的损伤劣化显著性高于冻融或干湿单一因素作用时,冻融作用使风积沙粉体混凝土结构由致密变为疏松多孔,孔隙度增大,为后续干湿作用时盐分进入提供了更多的孔隙通道,而干湿作用加速了硫酸盐对其的化学腐蚀,生成膨胀性产物钙矾石。另外,冻融—干湿耦合作用下风积沙粉体混凝土中多害孔的比例高出干湿—冻融耦合作用7.8%,渗透率高出干湿—冻融作用后3.7倍,钙矾石的富集程度远高于干湿—冻融耦合作用,且孔隙度较初始状态增加了 2.1倍,束缚流体饱和度也低于干湿—冻融耦合作用后13.64%,故风积沙粉体混凝土在冻融—干湿耦合作用下的劣化显著性高于干湿—冻融耦合作用。(4)风沙冲蚀破坏了风积沙粉体混凝土表面水泥石结构,风沙冲蚀—碳化耦合作用较单一碳化作用时碳化深度增加3倍以上;碳化作用时由于碳化产物自身的膨胀作用使混凝土变的疏松,碳化—风沙冲蚀耦合作用较单一冲蚀作用时质量损失增加1.6倍以上;风沙冲蚀、碳化耦合作用下普通混凝土劣化显著性高于风积沙粉体混凝土,且碳化—风沙冲蚀耦合作用对风积沙粉体混凝土的劣化显著性高于风沙冲蚀—碳化耦合作用,也高于单一的风沙冲蚀或碳化作用时;风沙冲蚀—碳化耦合作用下,风积沙粉体混凝土在90°冲蚀角作用时产生的冲蚀坑洞深度将近两倍于45°时,且风沙冲蚀作用后,碳化深度随着龄期的增加而逐渐减少,14d龄期时强度等级为C25的风积沙粉体混凝土碳化深度已低于强度等级为C25的普通混凝土 6%,28d龄期时达到10.6%,同时,风积沙粉体混凝土孔隙度下降幅度高于普通混凝土7.2%,20nm以下的无害孔的比例高于普通混凝土 25.15%,且沿碳化深度方向10-15mm范围内形成碳化区、碳化产物发生变化区(生成硫酸钙)及非碳化区共同存在的混合区。(5)冻融、碳化耦合作用下,风积沙粉体混凝土相对动弹性模量下降幅度低于普通混凝土,且冻融—碳化与碳化—冻融耦合作用相比,冻融—碳化耦合作用下风积沙粉体混凝土相对动弹性模量高于碳化—冻融耦合作用下1.5倍,碳化深度低于碳化—冻融耦合作用下5.0%,且冻融—碳化耦合作用下风积沙粉体混凝土内无害孔高于碳化—冻融耦合作用下16.85%,多害孔低于碳化—冻融耦合作用下22.5%;碳化—冻融耦合作用下风积沙粉体混凝土束缚流体饱和度高出普通混凝土 0.34%,渗透率高出1.5%,冻融—碳化耦合作用下风积沙粉体混凝土束缚流体饱和度高出普通混凝土 21.86%,无害孔高出15.35%,多害孔、孔隙度分别低于普通混凝土 22.25%、3.06%,渗透率低于普通混凝土 50倍,故风积沙粉体混凝土劣化显著性低于普通混凝土,且碳化—冻融耦合作用下风积沙粉体混凝土的劣化显著性高于冻融—碳化耦合作用。(6)风积沙粉体混凝土与普通混凝土在不同的耦合工况作用下的劣化损伤机制既表现出一定的一致性,又表现出一定的差异性,微观力学特性中的硬度及孔隙参数中的孔隙度对二者影响均较大,但无害孔(<20nm)对普通混凝土的影响较大,少害孔(20-50nm)对风积沙粉体混凝土的影响较大。同时,作者基于灰色理论与硫酸盐侵蚀损伤机理,并结合现有混凝土服役寿命预测模型及室内加速试验,建立了风积沙粉体混凝土基于碳化的服役寿命灰色预测模型与基于硫酸盐侵蚀损伤的服役寿命预测模型,且模型预测精度良好。综上所述,本研究对于风积沙粉体在水利、建筑等工程中的应用具有实际指导意义,社会及经济效益显著。