基于冻融与硫酸盐侵蚀环境的多孔质生态混凝土动水冲刷试验与损伤机理研究

With the national attention to the construction of ecological civilization, the researches on the porous ecological concrete have gradually aroused the concern of scholars. According to the related research achievements and the application of porous ecological concrete, the current scouring experiment and damage mechanism of porous ecological concrete under the erosion environment based on freeze-thaw cycles and sulfate attack will be carried out. And the damage constitutive model of porous ecological concrete will be established. These researches are more accurate to provide effective technical parameters to evaluate the durability of porous ecological concrete materials and structures. The main research contents are as follows: the current scouring experiment of porous ecological concrete under the erosion environmental based on freeze-thaw cycles and sulfate attack will be carried out; the failure characteristics and damage mechanism of porous ecological concrete under this erosion environment will be analyzed and discovered; meanwhile, the theoretical and numerical constitutive model of porous ecological concrete under the erosion environment will be established. The research conclusions are expected to provide theoretical basis and technical support for the application of porous ecological concrete in special environments of our country.

随着国家对生态文明建设的重视，关于多孔质生态混凝土相关研究已经逐步引起相关学者的关注。本项目在已有研究成果基础上，根据多孔质生态混凝土工程应用实际情况，选取硫酸盐作为侵蚀介质进行冻融循环试验，探索其在动水冲刷作用下的损伤机理和破坏规律，建立侵蚀环境下多孔质生态混凝土的损伤本构模型，为更准确评估多孔质生态混凝土材料和结构的抗冻、抗硫酸盐侵蚀、抗动水冲刷等耐久性能提供有效的技术参数。主要研究内容有：在硫酸盐侵蚀、冻融循环侵蚀以及耦合作用下，进行多孔质生态混凝土动水冲刷试验，分析多孔质生态混凝土的破坏特征和规律，探究其细观结构改变和损伤的破坏机理；同时基于损伤力学理论以及人工神经网络技术，建立多孔质生态混凝土侵蚀环境损伤的理论和数值本构模型。预期相关研究成果可为多孔质生态混凝土在我国特殊环境中的工程应用提供理论基础与技术支持。

随着国家节能减排政策的大力推进，“海绵城市”、“生态城市”等新概念的提出，多孔质生态混凝土工程应用相关研究已经成为广大学者关注的热点问题。多孔质生态混凝土常应用于河流边坡防护工程，部分处于淹水区，此区域的混凝土极易受到多种环境侵蚀因素所影响，如干湿交替作用、冻融侵蚀、硫酸盐侵蚀、碳化侵蚀以及动水侵蚀等。环境侵蚀作用将改变多孔质生态混凝土材料的微细观结构及组成，影响其宏观力学特性，长期的累积效应为外力（如水流冲刷）触发造成边坡破坏创造有利条件。因此分析其在环境侵蚀作用下的损伤以及破裂机理，对更准确的评估多孔质生态混凝土结构的耐久性具有重要的意义。.本课题通过试验研究、数值模拟、理论分析等手段，开展多孔质生态混凝土环境效应实验室模拟试验，研究硫酸盐侵蚀溶液浓度、冻融循环次数以及水流冲刷等环境因素对多孔质生态混凝土物理力学性能的影响，分析了不同配合比情况下多孔质生态混凝土的破裂特征和破裂规律，探究其细观结构改变和损伤的破坏机理。在环境效应试验研究的基础上，分析环境侵蚀作用下多孔质生态混凝土的侵蚀损伤机理和破坏特征，并建立多孔质生态混凝土环境侵蚀下的本构模型，验证多种因素对其性能影响及变化规律，从而完善了多孔质生态混凝土制备工艺。同时对多孔质生态混凝土工程应用开展了一定的研究，设计了多孔质生态混凝土人工湿地结构平台，基于多孔质生态混凝土制备了应用于人工湿地的新型基质，分析了不同基质配置人工湿地对水质净化效果的影响。本课题相关研究成果对多孔质生态混凝土实际工程应用具有一定的指导意义。