亚热带滨海侵蚀环境下ECC与混凝土界面损伤机理及演化规律研究

In subtropical coastal erosion environment, the local erosion, damage and durability of concrete structures are especially prominent. The engineered cementitious composites (ECC) has many advantages, such as ultra high ductility, multiple micro-cracking behaviors, better permeability resistance, and better seawater corrosion resistance. Therefore, it would be a good reinforcing material for repairing the concrete structures in subtropical coastal erosion environment. The durability of interface between ECC and concrete is a core problem affecting the reinforcing effect. This study starting from the core problem, according to the inherent characteristics of subtropical coastal erosion environment, by using the methods of chemical analysis, microstructure characterization analysis, and classical mechanics analysis, the damage mechanism and damage evolution laws of interface between ECC and concrete in the subtropical coastal erosion environment will be deeply system studied from microscopic to macroscopic. It will be expected to reveal the interface damage mechanism, damage evolution laws of interface microstructure characterization and macroscopic mechanical properties, and interface anti-erosion cycle life in such an environment. Meanwhile, the damage evolution prediction model of interface shearing properties will be established, and the interface durability design methods and recommendations will be proposed. This study has important scientific significance and guiding value to promote the application of ECC reinforcing concrete structures and improve the durability of concrete structures in the subtropical coastal erosion environment.

亚热带滨海地区的混凝土结构长期处于侵蚀环境中，其局部侵蚀、损伤以及耐久性问题尤为突出，而超高韧性水泥基复合材料（ECC）具有超高延性、微裂缝特性、良好的抗渗透性和抗海水侵蚀性等优点，对于亚热带滨海侵蚀地区的混凝土结构是一种良好的加固材料；ECC与混凝土界面的耐久性能是影响加固效果的一个核心问题。本项目从核心问题出发，针对亚热带滨海侵蚀环境的固有特点，采用化学分析、微观结构表征分析、经典力学的方法，从微观至宏观深入系统的研究侵蚀介质-温热-干湿循环共同作用下界面损伤机理和损伤演化规律。预期将揭示此类环境下界面损伤机理、界面微观结构表征和宏观力学性能的损伤演化规律、界面抗侵蚀循环寿命，建立界面抗剪性能损伤演化预测模型，提出界面耐久性能设计方法与建议。本研究对推动亚热带滨海侵蚀地区ECC加固混凝土结构的应用，以及提高该地区混凝土结构的耐久性具有重要的科学意义和指导价值。

在国家自然科学基金委的资助下，针对亚热带滨海侵蚀地区ECC加固混凝土结构的界面耐久性问题，开展了亚热带滨海侵蚀环境下ECC与混凝土界面损伤机理及演化规律的相关基础研究，具体开展的研究内容如下：.1）ECC的制备及优化设计、ECC基本力学性能的研究；2）ECC与混凝土界面基本力学性能的研究；3）亚热带滨海侵蚀环境下ECC与混凝土界面侵蚀损伤机理研究；4）亚热带滨海侵蚀环境下ECC与混凝土界面侵蚀损伤演化研究；5）亚热带滨海侵蚀环境下ECC与混凝土界面宏观力学性能损伤演化研究；6）亚热带滨海侵蚀环境下ECC与混凝土界面耐久性设计方法与建议研究。.主要研究成果如下：揭示了亚热带滨海侵蚀环境下ECC与混凝土界面侵蚀损伤机理、界面宏观力学性能损伤演化规律、各类因素（ECC强度等级、界面粗糙度等）对界面抗剪性能损伤演变规律和界面抗侵蚀循环寿命的影响规律；并基于亚热带滨海侵蚀环境下ECC与混凝土界面侵蚀损伤机理、界面宏观力学性能损伤演化规律、以及各类因素（ECC强度等级、界面粗糙度等）对界面抗剪性能损伤演变规律和界面抗侵蚀循环寿命的影响，建立了ECC与混凝土界面耐久性能设计方法与建议，即建立了ECC与混凝土界面轴向抗拉力学模型（界面轴向受拉破坏准则）、界面剪切强度预测模型、界面剪切滑移模型、界面非线性断裂模型、亚热带滨海侵蚀环境下ECC与混凝土界面抗剪性能损伤演化预测模型。本研究对推动亚热带滨海侵蚀地区ECC加固混凝土结构的应用，以及提高该地区混凝土结构的耐久性具有重要的科学意义和指导价值。.本项目研究历时3年（2019.01.01-2021.12.31），共获得研究成果21项，其中，高水平SCI学术论文8篇，中文期刊论文2篇，授权7项国家发明专利，授权2项国家实用新型发明专利，获得1项创新东莞科学技术进步奖，获得1项河南省教育厅科技成果一等奖，参加国内外学术交流会议9次，培养硕士研究生2名。