温湿交变与荷载耦合作用下混凝土酸雨侵蚀特性及破坏机理

酸雨侵蚀是混凝土材料科学的研究热点之一。温湿交变与荷载作用会导致混凝土材料物理性态、细观结构等发生变化，从而影响酸雨侵蚀介质的侵入及其与水泥石反应速度。.本项目针对这类典型环境条件下结构混凝土酸雨侵蚀行为，拟采用现代环境腐蚀损伤力学技术与试验方法，结合现场测试与分析研究温湿交变与弯曲荷载耦合作用(主要考虑温湿交变方式和频率及荷载应力水平)对混凝土酸雨侵蚀过程中宏观性能的影响，并在弄清混凝土不同层次上的微结构损伤演变规律及其与宏观性能劣化间关系的基础上，建立基于混凝土微结构演变规律的多尺度酸雨侵蚀损伤模型，揭示此类典型环境条件下混凝土酸雨侵蚀的具体发生过程及破坏机理，为实际混凝土结构酸雨侵蚀行为的科学评价和防治提供理论参考。项目研究成果不仅对优化酸雨重灾区混凝土结构设计、提高其抗酸雨侵蚀能力及延长使用寿命具有一定指导意义，且有助于促进混凝土材料科学与环境腐蚀科学等学科的交叉发展。

酸雨环境中实际结构多处于温湿交变、荷载和酸雨侵蚀共同作用下服役。环境温湿交变和荷载作用易对混凝土酸雨侵蚀损伤演化、劣化机理等产生严重影响，结果给酸雨重灾区实际混凝土结构耐久性设计和评估带来很大困惑。本课题针对这一关键科学问题，首先在对江西、贵州等酸雨重灾区广泛调研的基础上，建立了一种基于时间波谱理论的南方酸雨活动预测模型。然后选取合适的环境模拟试验参数，采用理论分析和试验利用自主研发的模拟酸雨环境腐蚀试验装置对温湿交变与弯曲荷载耦合作用下酸雨侵蚀特性及破坏机理进行了研究。取得了以下如下主要研究成果：明确了温湿交变与弯曲荷载耦合作用机制及其对酸雨腐蚀产物时空分布、破坏历程等影响，并探讨了防治对策；发明了一种基于球压痕和超声波检测的酸雨侵蚀实时监测和评价方法、以及两种用于提高混凝土抗酸雨侵蚀能力的矿物掺合料；将混凝土视作固相骨架和孔隙（洞）组成的两相复合材料，在探明混凝土微观-宏观损伤之间定量关系的基础上，采用杂交应力有限元技术在连续介质损伤力学框架下建立了基于微结构演变的多尺度酸雨侵蚀损伤模型。研究成果可为酸雨重灾区结构混凝土耐久性科学评价与设计提供重要参考。