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4.2.3 溶蚀时间与溶蚀深度的关系33
4.3 孔隙率34
4.3.1 纤维对孔隙率的影响34
4.3.2 输水流速对孔隙率的影响35
4.3.3 溶蚀时间对孔隙率的影响35
4.4 应力-应变测试结果分析36
4.4.1 不掺纤维的应力-应变曲线测试36
4.4.2 掺纤维的应力-应变曲线测试37
4.4.3 抗压强度39
4.4.4 微观形貌测试39
5 钙离子模型验证与参数分析41
5.1 实验值与模型计算值的对比分析41
5.2 模型参数分析42
5.2.1 不同时间步长对传输参量的影响42
5.2.2 不同位置步长对传输参量的影响44
6 结论46
6.1 本文主要研究结果46
6.2 待进一步研究问题47
致谢48
参考文献49
附录52
1 引言
1.1 研究背景
1.1.1 钙溶蚀研究背景
混凝土结构因其原材料来源广、生产能耗低、生产工艺简单等特性，在我国港口堤坝、桥梁工程、高层建筑、地下隧道、海洋工程以及特种结构中被广泛采用。长期以来，大量的工程实例证明，大多数混凝土结构的损坏不是由于承载力不足，而是环境作用下混凝土结构的耐久性降低所引起的，因此，采取各项措施提高混凝土结构的耐久性对增强混凝土结构的安全性有着极为重要的实际意义。
混凝土结构的耐久性[1]是指混凝土结构在自然环境、使用环境以及材料内部因素的作用下，在设计使用年限内，不需要耗费大量的资金来加固处理混凝土结构而能保持其安全、使用功能和外观要求的能力，混凝土结构的耐久性问题在现代化建设中受到各界人士的广泛关注。据国内外资料显示，混凝土结构耐久性病害造成了的经济损失很巨大。世界上一些国家的结构工程，由于其耐久性不足，附加的维护修理费用平均占到国民经济总产值的2%—3%。有研究者在2002年美国经济分析局(BET)的腐蚀报告中指出美国的基础和民用建筑因遭受腐蚀每年的损失约为700亿美元。
碱骨料反应、钙溶蚀反应、硫酸盐侵蚀、氯盐侵蚀、冻融循环、碳化和力学损伤等因素均会对混凝土结构耐久性产生一定的影响，其中，水环境侵蚀引起的混凝土钙溶蚀问题是导致混凝土结构耐久性降低的重要因素之一[2, 3]。对于混凝土大坝，其性能下降和结构破坏主要是由骨架中固体钙溶出造成的，如美国的科罗拉多拱坝、鼓后池拱坝等大坝[4, 5]，均是由于内部混凝土钙溶蚀而造成损坏；挪威的林格达耳坝，因为混凝土溶蚀破坏，严重降低混凝土坝体材料性能和加剧其渗透性，所以在建成投入使用12年后进行大规模的水泥灌浆来防渗补强[6]。
在我国，因钙溶蚀而引起混凝土结构破坏的工程实例也有很多。据我国的大坝安全监测资料显示，库水和地下均会造成大坝混凝土和基岩的溶蚀问题，有的大坝工程虽然投入运行的时间较短，但也显现出溶蚀病害的现象，如南告和水东大坝，其安全使用被严重影响，造成了巨大的经济损失[7]；广州抽水蓄能电厂二期[8]投入运行两年后，在检查隧洞时发现，混凝土衬体表面受侵蚀严重，砂子凸显，其中在水流条件复杂的区域内混凝土衬体表面被侵蚀的程度更为严重；宁夏定边2号隧道[9, 10]，因其环境水中含有大量的镁离子和硫酸根离子，造成施工缝和一些底拱处混凝土被腐蚀剥落。所以，在环境作用下的混凝土溶蚀对混凝土坝体会产生本质性的伤害。除此以外，生活输水的混凝土管道、地下混凝土桩、用于储存地下核废料的结构等混凝土结构的耐久性，都和混凝土结构遭受的氯盐侵蚀程度和钙溶蚀程度有着紧密的关系。这些混凝土结构，在水环境中受到侵蚀，混凝土骨架中的固相钙在孔隙水和周围环境水中的钙离子浓度梯度的作用下不断地向周围环境中传输，从而导致混凝土平均孔隙率增大，混凝土材料的物理力学性能下降。根据《建筑结构可靠度设计统一标准》，普通混凝土结构的设计使用年限为50年，纪念性建筑和特别重要的建筑结构的设计使用年限为100年，所以即使混凝土的钙溶蚀过程相对比较缓慢，但是由于设计使用年限较长，为了保证混凝土结构的安全使用和功能，需要重视由钙溶蚀所引起的混凝土结构耐久性退化的问题。因此，采取措施增长在建混凝土结构的耐久性及其使用寿命，是非常经济的做法。图1.1为在水环境中遭受侵蚀的水工混凝土结构。