硫酸盐侵蚀环境下悬臂抗滑桩桩身硫酸根离子扩散机制研究
我国幅员辽阔，存在大量的盐渍土地区。修建在这些地区的抗滑桩长年累月的经受硫酸盐的侵蚀，这也导致抗滑桩的承载能力快速下降并最终威胁区域内人民的生命财产安全。确保处在含硫酸盐地区的抗滑桩结构在设计使用年限内能有效实现预定功能，已经成为一个亟待解决的难题。因此，对硫酸盐侵蚀下抗滑桩桩身硫酸根离子扩散机制的研究就显得格外重要，它为盐湖以及酸雨地区抗滑桩的设计、监测提供了十分重要的指导作用。 本次实验对象为悬臂抗滑桩，通过室内加速实验，研究悬臂抗滑桩受硫酸盐侵蚀后桩身不同深度处的SO42-含量随着侵蚀溶液的浓度、侵蚀龄期的变化规律，最后结合数值模拟的结果综合分析SO42-在悬臂抗滑桩中的扩散机制。主要研究内容与结论如下： （1）将立方体试件浸泡在清水、5%硫酸钠和 10%硫酸钠三种不同溶液中，在侵蚀30d、60d和90d后对立方体试件进行钻孔、切片、研磨和滴定工作，并记录立方体试件不同深度的SO42-含量。研究侵蚀溶液浓度的大小、侵蚀龄期的长短对立方体试件不同深度的SO42-含量的影响。 （2）采用悬臂抗滑桩荷载-硫酸盐耦合侵蚀作用的实验装置，做 5%和 10%两种不同侵蚀溶液浓度、侵蚀龄期分别为 30d、60d、90d 的正交试验。通过分析悬臂抗滑桩桩身的SO42-含量后发现侵蚀溶液浓度越大、侵蚀龄期越长，悬臂抗滑桩中的 SO42-含量越高。并且悬臂抗滑桩中的 SO42-主要富集在抗滑桩表面处，并随着深度增加，SO42-含量快速下降。硫酸盐侵蚀悬臂抗滑桩 30d、60d 和 90d 后，分别测量悬臂抗滑桩不同深度中的SO42-含量，发现侵蚀龄期由30d增加到60d时，悬臂抗滑桩中SO42-含量增速出现平台期。结合硫酸盐侵蚀机理，分析平台期出现的原因是因为侵蚀的前 30d 混凝土内部因侵蚀产生的石膏和钙矾石填补了混凝土内部的孔隙使混凝土的孔隙率降低，短时间内减低了硫酸盐侵蚀的速率，与此同时侵蚀溶液的浓度越高，平台期就越不显著。 （3）对悬臂抗滑桩不同截面处 SO42-含量进行分析后发现：悬臂抗滑桩中的SO42-含量随截面的变化而变化，悬臂抗滑桩截面由 J1到 J4时，桩体内 SO42-含量逐渐减小，当截面由 J4到 J6时，SO42-含量逐渐增加。J6截面处的 SO42-含量相较于其他 5个截面最大。在 J1-J4截面由于受压应力较小，使得混凝土更加密实，受侵蚀后悬臂抗滑桩中 SO42-含量比混凝土试件中 SO42-含量低；J6截面处压应力较大，混凝土内部出现微裂缝，因此悬臂抗滑桩中 SO42-含量比混凝土试件中 SO42-含量高。 （4）查阅相关文献后在 COMSOL软件内模拟硫酸盐侵蚀立方体试件，研究硫酸盐侵蚀的龄期和硫酸盐浓度对侵蚀深度和侵蚀范围的影响。最终发现数值模拟结果与实验结果基本一致。通过研究压应力-硫酸盐耦合作用下 SO42-的最大侵蚀深度，得出混凝土受不同压应力水平时，其SO42-的扩散规律，随压应力的增加，混凝土结构抗硫酸盐侵蚀的能力先增强后减弱。
悬臂抗滑桩;硫酸根离子;扩散规律;硫酸盐侵蚀;盐渍土地区
重庆交通大学
硕士
结构工程
任青阳
2023
中文
TU475
2023-09-14（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）