初始损伤对混凝土硫酸盐腐蚀劣化性能的影响

工程科学学报，第39卷.第8期：1278-1287,2017年8月 Chinese Journal of Engineering,Vol.39,No.8:1278-1287,August 2017 D0L:10.13374/j.issn2095-9389.2017.08.019;htp:/journals.ustb.edu.cn 初始损伤对混凝土硫酸盐腐蚀劣化性能的影响 刘娟红⑧，赵力，纪洪广 北京科技大学土木与资源工程学院，北京100083 ☒通信作者，E-mail:juanhongl966@hotmail.com 摘要通过试验研究含初始损伤混凝土在硫酸盐腐蚀和干湿循环共同作用下的性能，分析了不同初始损伤程度混凝土随 腐蚀时间的增加，其质量、超声波传播速度、强度、单轴压缩应力应变曲线以及声发射活动的变化，运用损伤力学对腐蚀损伤 进行定量评价和参数拟合，基于声发射特性建立含初始损伤混凝土的腐蚀受荷损伤模型并进一步分析其损伤演化过程，借助 环境扫描电镜与电子能谱技术观测分析受硫酸盐腐蚀作用初始损伤混凝土微结构的变化，揭示其损伤机理.试验结果表明， 随着腐蚀时间的增加，不同初始损伤程度混凝土的质量、超声波传播速度和强度均呈先增大后减小，初始损伤程度增加会加 速混凝土在腐蚀作用下物理力学性能的劣化，其影响存在阈值，分别以抗压强度、超声波速为损伤变量可以建立混凝土的腐 蚀损伤劣化方程，并进一步得出不同损伤表达式间的函数关系：相同腐蚀时间下，初始损伤的增加使声发射活动减弱且产生 明显的声发射的时间滞后：初始损伤下，基于声发射特性的混凝土损伤演化过程可分为初期压密阶段、损伤稳定演化阶段和 损伤加速发展阶段3个阶段：初始损伤的增加使混凝土内部腐蚀反应更为活跃，微裂纹网络体系比无初始损伤状态下更加发 达，呈现龟裂状延伸和扩展，进而改变了混凝土的宏观物理力学性质. 关键词混凝土；初始损伤：硫酸盐腐蚀；超声波速度：声发射：损伤演化：微观结构 分类号TU528.31 Influence of initial damage on degradation and deterioration of concrete under sulfate attack LIU Juan-hong,ZHAO Li,JI Hong-guang School of Civil and Resource Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China Corresponding author,E-mail:juanhong1966@hotmail.com ABSTRACT The variation of properties of concrete with initial damage under sulfate and wet-dry-cycle environments was experi- mentally investigated.With increased corrosion time,changes in the parameters of concrete with initial damage were analyzed,inclu- ding mass,ultrasonic velocity,compressive strength,stress-strain curves,and the activities of acoustic emission under uniaxial compression.A quantitative evaluation and parameter fitting for corrosion damage was made based on damage mechanical theory. Based on the acoustic emission characteristics,a damage model of corroded concrete with initial damage was established and its damage evolution was analyzed.Using environmental scanning electron microscopy (ESEM)and energy-dispersive X-ray analysis (EDX),the damage mechanisms were revealed in observations of the microstructures and element compositions of concretes with initial damage induced by sulfate corrosion.The research results show that with increased erosion time,the mass,ultrasonic velocity, and compressive strength of concrete with different degrees of initial damage first increase and then decrease.Increases in the degree of initial damage may accelerate the degradation of physical and mechanical properties,but a threshold effect exists.Compressive strength and ultrasonic velocity can be regarded as damage variables,and corrosion damage evolution equations and the functional relationship between different damage formulas were established.With increased erosion time,the stress-strain curve of concrete with initial damage is obviously concave-upward and the elastic-stage time period can be comparatively shorter whereas the yield-stage time 收稿日期：2016-10-20 基金项目：国家重点研发计划资助项目(2016YFC0600800):国家自然科学基金资助项目(51678049)

工程科学学报,第 39 卷,第 8 期:1278鄄鄄1287,2017 年 8 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 39, No. 8: 1278鄄鄄1287, August 2017 DOI: 10. 13374 / j. issn2095鄄鄄9389. 2017. 08. 019; http: / / journals. ustb. edu. cn 初始损伤对混凝土硫酸盐腐蚀劣化性能的影响 刘娟红苣 , 赵 力, 纪洪广 北京科技大学土木与资源工程学院, 北京 100083 苣 通信作者, E鄄mail: juanhong1966@ hotmail. com 摘 要 通过试验研究含初始损伤混凝土在硫酸盐腐蚀和干湿循环共同作用下的性能,分析了不同初始损伤程度混凝土随 腐蚀时间的增加,其质量、超声波传播速度、强度、单轴压缩应力应变曲线以及声发射活动的变化,运用损伤力学对腐蚀损伤 进行定量评价和参数拟合,基于声发射特性建立含初始损伤混凝土的腐蚀受荷损伤模型并进一步分析其损伤演化过程,借助 环境扫描电镜与电子能谱技术观测分析受硫酸盐腐蚀作用初始损伤混凝土微结构的变化,揭示其损伤机理. 试验结果表明, 随着腐蚀时间的增加,不同初始损伤程度混凝土的质量、超声波传播速度和强度均呈先增大后减小,初始损伤程度增加会加 速混凝土在腐蚀作用下物理力学性能的劣化,其影响存在阈值,分别以抗压强度、超声波速为损伤变量可以建立混凝土的腐 蚀损伤劣化方程,并进一步得出不同损伤表达式间的函数关系;相同腐蚀时间下,初始损伤的增加使声发射活动减弱且产生 明显的声发射的时间滞后;初始损伤下,基于声发射特性的混凝土损伤演化过程可分为初期压密阶段、损伤稳定演化阶段和 损伤加速发展阶段 3 个阶段;初始损伤的增加使混凝土内部腐蚀反应更为活跃,微裂纹网络体系比无初始损伤状态下更加发 达,呈现龟裂状延伸和扩展,进而改变了混凝土的宏观物理力学性质. 关键词 混凝土; 初始损伤; 硫酸盐腐蚀; 超声波速度; 声发射; 损伤演化; 微观结构 分类号 TU528郾 31 收稿日期: 2016鄄鄄10鄄鄄20 基金项目: 国家重点研发计划资助项目(2016YFC0600800); 国家自然科学基金资助项目(51678049) Influence of initial damage on degradation and deterioration of concrete under sulfate attack LIU Juan鄄hong 苣 , ZHAO Li, JI Hong鄄guang School of Civil and Resource Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 苣 Corresponding author, E鄄mail: juanhong1966@ hotmail. com ABSTRACT The variation of properties of concrete with initial damage under sulfate and wet鄄鄄 dry鄄鄄 cycle environments was experi鄄 mentally investigated. With increased corrosion time, changes in the parameters of concrete with initial damage were analyzed, inclu鄄 ding mass, ultrasonic velocity, compressive strength, stress – strain curves, and the activities of acoustic emission under uniaxial compression. A quantitative evaluation and parameter fitting for corrosion damage was made based on damage mechanical theory. Based on the acoustic emission characteristics, a damage model of corroded concrete with initial damage was established and its damage evolution was analyzed. Using environmental scanning electron microscopy ( ESEM) and energy鄄dispersive X鄄ray analysis (EDX), the damage mechanisms were revealed in observations of the microstructures and element compositions of concretes with initial damage induced by sulfate corrosion. The research results show that with increased erosion time, the mass, ultrasonic velocity, and compressive strength of concrete with different degrees of initial damage first increase and then decrease. Increases in the degree of initial damage may accelerate the degradation of physical and mechanical properties, but a threshold effect exists. Compressive strength and ultrasonic velocity can be regarded as damage variables, and corrosion damage evolution equations and the functional relationship between different damage formulas were established. With increased erosion time, the stress鄄strain curve of concrete with initial damage is obviously concave鄄upward and the elastic鄄鄄stage time period can be comparatively shorter whereas the yield鄄鄄stage time

刘娟红等：初始损伤对混凝土硫酸盐腐蚀劣化性能的影响 ·1279· period increases.An increase in the degree of initial damage results in an obvious attenuation of the acoustic emission activity,which lags behind the time of the obvious acoustic emission response.Based on the acoustic emission characteristics,the damage evolution process of concrete with initial damage can be divided into three stages,including the compaction,stable damage evolution and devel- opment,and accelerating damage development stages.With an increase in the degree of initial damage,stronger corrosion reactions and composition changes occur inside the concrete.Compared to undamaged concrete,the expansion and extension of denser and deeper micro-cracks occur in concrete with initial damage under sulfate attack,which accelerates the degradation of the physical and mechanical properties of corroded concrete. KEY WORDS concrete;initial damage;sulfate attack;ultrasonic velocity;acoustic emission;damage evolution;microstructure 矿山井筒、巷道等地下混凝土结构所处服役环境理.邢明亮等[)采用试验方法研究了硫酸盐腐蚀与 复杂，在满足安全性设计的同时，耐久性问题日益突疲劳荷载对混凝土的叠加效应.余振新等[2)研究了 出，地下水中常富含一些可溶性盐（如硫酸盐），地下弯曲荷载、干湿交替和硫酸盐三因素耦合作用对混 混凝土结构在服役过程中经常受到这些盐类的化学侵 凝土损伤劣化过程的影响，结果表明弯曲荷载和干 蚀作用，而地下水位的变动又对混凝土产生干湿交替 湿循环都使得混凝土在硫酸盐溶液中的损伤程度更 的加速破坏作用-].地下混凝土结构服役状态和性 加严重.赵庆新等[以质量变化率和相对动弹模量 能的劣化与环境因素的长期作用密不可分.同时，实 为评价指标，研究了损伤度对混凝土抗硫酸盐腐蚀 际工程中由于施工不当、偶然载荷以及地震等诸多因 性能的影响.目前多数研究集中在完整混凝土受硫 素的作用，混凝土结构往往是有初始损伤的4-)，因此酸盐腐蚀后的物理力学性质以及劣化机理，而针对 对于长期在腐蚀环境中服役的此类含初始损伤混凝土 工程界存在的受硫酸盐腐蚀和干湿循环耦合作用 结构，有必要研究其在硫酸盐侵蚀作用下的物理力学 下，含初始损伤混凝土的物理性能和力学特征及其 性能变化和损伤劣化规律，这将有助于评价实际工程 损伤演化机制的问题，还有待进一步研究. 中混凝土结构的真实服役状态和预测其使用寿命，并 本文采用预加荷载形成不同初始损伤的混凝土， 为修复和加固提供依据. 然后通过试验模拟混凝土受疏酸盐腐蚀和干湿循环耦 对于硫酸盐腐蚀混凝土的过程、性能变化、机理 合作用的服役环境，观察不同初始损伤混凝土在不同 和影响因素等方面，国内外学者做了很多相关的研 侵蚀时期的表观形貌，并分析其质量、超声波波速、强 究.左晓宝和孙伟[o、乔宏霞等]、Sun等[s分别结 度等变化及加载过程中声发射特性的变化，全面描述 合硫酸盐腐蚀反应对离子扩散的影响建立了硫酸根 含初始损伤混凝土在腐蚀环境中的性能变化规律，并 离子扩散模型来描述硫酸盐在混凝土中的扩散过 对腐蚀损伤进行定量评价和参数拟合，基于声发射特 程；Feng等o],Idiart等o)分别采用微结构模型和细 性建立含初始损伤混凝土的腐蚀受荷损伤模型，得出 观模型模拟水泥基材料受硫酸盐腐蚀的劣化；Zhang 其损伤演化曲线和方程.借助环境扫描电镜与电子能 等[]通过试验建立了混凝土在硫酸盐侵蚀下的膨胀 谱技术观测分析了初始损伤下硫酸盐腐蚀对混凝土的 模型：Hossack和Thomas[2]研究了不同环境温度下混 微结构、矿物元素的改造作用，揭示含初始损伤混凝土 凝土胶凝材料受硫酸盐侵蚀的性能：梁咏宁和袁迎 的劣化机理 曙[]通过实验室加速腐蚀的方法研究了受腐蚀混凝 1试验设计与方法 土一系列的力学参数和本构关系；Bonakdar等t通 过粒子激发X射线分析、能谱分析和微观硬度测试 1.1原材料和试件制作 研究了水泥基材料在硫酸盐腐蚀作用下的性能变 试验所用水泥(P.042.5普通硅酸盐水泥)的主 化：Siad等研究了不同矿物掺合料对混凝土硫酸 要物理性能指标见表1，粗骨料、细骨料分别选用粒径 盐腐蚀性能的影响，发现天然火山灰作为矿物惨合 5~20mm连续级配碎石和细度模数2.8的河砂，将二 料有利于提高自密实混凝土的抗疏酸盐腐蚀性能； 级粉煤灰和S95级磨细矿渣作为参合料，拌合水为自 Behfarnia和Farshadfat通过试验研究了不同火山灰来水.试验采用西卡聚羧酸型减水剂和国药集团生产 材料和聚丙烯纤维对混凝土受硫酸盐侵蚀性能的影 的AR级分析纯无水硫酸钠试剂. 响；高润东等[)通过微观和宏观观测综合研究了不 表2为试验所用混凝土配合比.试件成型尺寸为 同配比混凝土在干湿循环作用下受硫酸盐侵蚀的劣 100mm×100mm×100mm.成型后自然养护24h拆 化规律.王海龙等[]揭示了混凝土受干湿循环和硫 模，移入养护室养护28d后进行试验，养护室温度为 酸盐侵蚀共同作用，在不同侵蚀时期的损伤演变机 (20±2)℃、相对湿度为95%

刘娟红等: 初始损伤对混凝土硫酸盐腐蚀劣化性能的影响 period increases. An increase in the degree of initial damage results in an obvious attenuation of the acoustic emission activity, which lags behind the time of the obvious acoustic emission response. Based on the acoustic emission characteristics, the damage evolution process of concrete with initial damage can be divided into three stages, including the compaction, stable damage evolution and devel鄄 opment, and accelerating damage development stages. With an increase in the degree of initial damage, stronger corrosion reactions and composition changes occur inside the concrete. Compared to undamaged concrete, the expansion and extension of denser and deeper micro鄄cracks occur in concrete with initial damage under sulfate attack, which accelerates the degradation of the physical and mechanical properties of corroded concrete. KEY WORDS concrete; initial damage; sulfate attack; ultrasonic velocity; acoustic emission; damage evolution; microstructure 矿山井筒、巷道等地下混凝土结构所处服役环境 复杂,在满足安全性设计的同时,耐久性问题日益突 出,地下水中常富含一些可溶性盐(如硫酸盐),地下 混凝土结构在服役过程中经常受到这些盐类的化学侵 蚀作用,而地下水位的变动又对混凝土产生干湿交替 的加速破坏作用[1鄄鄄3] . 地下混凝土结构服役状态和性 能的劣化与环境因素的长期作用密不可分. 同时,实 际工程中由于施工不当、偶然载荷以及地震等诸多因 素的作用,混凝土结构往往是有初始损伤的[4鄄鄄5] ,因此 对于长期在腐蚀环境中服役的此类含初始损伤混凝土 结构,有必要研究其在硫酸盐侵蚀作用下的物理力学 性能变化和损伤劣化规律,这将有助于评价实际工程 中混凝土结构的真实服役状态和预测其使用寿命,并 为修复和加固提供依据. 对于硫酸盐腐蚀混凝土的过程、性能变化、机理 和影响因素等方面,国内外学者做了很多相关的研 究. 左晓宝和孙伟[6] 、乔宏霞等[7] 、Sun 等[8] 分别结 合硫酸盐腐蚀反应对离子扩散的影响建立了硫酸根 离子扩散模型来描述硫酸盐在混凝土中的扩散过 程;Feng 等[9] 、Idiart 等[10] 分别采用微结构模型和细 观模型模拟水泥基材料受硫酸盐腐蚀的劣化;Zhang 等[11]通过试验建立了混凝土在硫酸盐侵蚀下的膨胀 模型;Hossack 和 Thomas [12]研究了不同环境温度下混 凝土胶凝材料受硫酸盐侵蚀的性能;梁咏宁和袁迎 曙[13]通过实验室加速腐蚀的方法研究了受腐蚀混凝 土一系列的力学参数和本构关系;Bonakdar 等[14] 通 过粒子激发 X 射线分析、能谱分析和微观硬度测试 研究了水泥基材料在硫酸盐腐蚀作用下的性能变 化;Siad 等[15]研究了不同矿物掺合料对混凝土硫酸 盐腐蚀性能的影响,发现天然火山灰作为矿物掺合 料有利于提高自密实混凝土的抗硫酸盐腐蚀性能; Behfarnia 和 Farshadfa [16]通过试验研究了不同火山灰 材料和聚丙烯纤维对混凝土受硫酸盐侵蚀性能的影 响;高润东等[17]通过微观和宏观观测综合研究了不 同配比混凝土在干湿循环作用下受硫酸盐侵蚀的劣 化规律. 王海龙等[18]揭示了混凝土受干湿循环和硫 酸盐侵蚀共同作用,在不同侵蚀时期的损伤演变机 理. 邢明亮等[19]采用试验方法研究了硫酸盐腐蚀与 疲劳荷载对混凝土的叠加效应. 余振新等[20] 研究了 弯曲荷载、干湿交替和硫酸盐三因素耦合作用对混 凝土损伤劣化过程的影响,结果表明弯曲荷载和干 湿循环都使得混凝土在硫酸盐溶液中的损伤程度更 加严重. 赵庆新等[4] 以质量变化率和相对动弹模量 为评价指标,研究了损伤度对混凝土抗硫酸盐腐蚀 性能的影响. 目前多数研究集中在完整混凝土受硫 酸盐腐蚀后的物理力学性质以及劣化机理,而针对 工程界存在的受硫酸盐腐蚀和干湿循环耦合作用 下,含初始损伤混凝土的物理性能和力学特征及其 损伤演化机制的问题,还有待进一步研究. 本文采用预加荷载形成不同初始损伤的混凝土, 然后通过试验模拟混凝土受硫酸盐腐蚀和干湿循环耦 合作用的服役环境,观察不同初始损伤混凝土在不同 侵蚀时期的表观形貌,并分析其质量、超声波波速、强 度等变化及加载过程中声发射特性的变化,全面描述 含初始损伤混凝土在腐蚀环境中的性能变化规律,并 对腐蚀损伤进行定量评价和参数拟合,基于声发射特 性建立含初始损伤混凝土的腐蚀受荷损伤模型,得出 其损伤演化曲线和方程. 借助环境扫描电镜与电子能 谱技术观测分析了初始损伤下硫酸盐腐蚀对混凝土的 微结构、矿物元素的改造作用,揭示含初始损伤混凝土 的劣化机理. 1 试验设计与方法 1郾 1 原材料和试件制作 试验所用水泥(P. O 42郾 5 普通硅酸盐水泥)的主 要物理性能指标见表 1,粗骨料、细骨料分别选用粒径 5 ~ 20 mm 连续级配碎石和细度模数 2郾 8 的河砂,将二 级粉煤灰和 S95 级磨细矿渣作为掺合料,拌合水为自 来水. 试验采用西卡聚羧酸型减水剂和国药集团生产 的 AR 级分析纯无水硫酸钠试剂. 表 2 为试验所用混凝土配合比. 试件成型尺寸为 100 mm 伊 100 mm 伊 100 mm. 成型后自然养护 24 h 拆 模,移入养护室养护 28 d 后进行试验,养护室温度为 (20 依 2)益 、相对湿度为 95% . ·1279·

·1280· 工程科学学报，第39卷，第8期 表1水泥的主要物理性能指标 Table 1 Physical performance indicators of cement 凝结时间/min 抗折强度/MPa 抗压强度/MPa 标准稠度用水量 细度/% 初凝 终凝 3d 28d 3d 28d (质量分数)/% 170 390 5.2 8.1 29.8 47.8 6.6 28.5 表2混凝土配合比 Table 2 Proportions of prepared concrete mixture 强度等级 水泥/kg 石/kg 砂/kg 水/kg 磨细矿渣/kg粉煤灰/kg减水剂/kg 水胶比 C30 220 1017 833 170 ⊙ 90 2.59 0.46 1.2试验方法 将形成初始损伤的混凝土试件和未受初始应力的 试验前采用康科瑞NM4A非金属超声检测分析 混凝土试件在质量分数5%的硫酸钠溶液中进行硫酸 仪对混凝土试件进行了超声波传播速度的测试，为降 盐干湿循环腐蚀，干湿循环参照GB/T50082一2009 低同批次混凝土试件离散性的影响，挑选超声波传播 《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》，浸 速度相近的试件进行试验. 泡16h、烘干冷却8h,共24h为一个周期.在腐蚀60、 加载前，随机取6个试件做单轴压缩破坏试验，分 120、180、240和300d后，将混凝土试件取出测试其质 别测定这6个试件的极限抗压强度，然后对其取平均 量、超声波速度、抗压强度等物理力学性能，同时测试 值.参照赵庆新教授等施加初始损伤的方法)，通过对 加载过程中声发射特征的变化.对不同腐蚀时期的混 试件施加连续、均匀荷载形成不同的初始损伤，并设置 凝土试件进行加载试验时，将声发射传感器固定在混 不受初始应力作用的一组与其做对比，载荷控制在不超 凝土试件的侧面，如图1所示.试件在压力荷载作用 过混凝土试件平均极限抗压强度的60%，加载后用超声 下，内部将会出现损伤破坏，声发射传感器能够及时接 检测仪测试试件的波速变化，根据式(1)计算混凝土试 收试件破裂的声发射信号.借助环境扫描电镜与电子 件的初始损伤度，通过调整荷载大小和加载次数使试件 能谱技术观测分析了初始损伤下硫酸盐腐蚀对混凝土 的初始损伤1，分别为0.10.2，以形成不同损伤. 的微结构、矿物元素的改造作用，揭示初始损伤下混凝 土的损伤演化机理.硫酸盐干湿循环试验设备为 0=1-0 (1) NELD-LSC全自动硫酸盐干湿循环试验机.声发射试 式中：山，为初始损伤度；。、"。分别为混凝土预加载前 验所用仪器为美国物理声学公司生产的6通道PC-2 和预加载后的超声波传播速度. 声发射检测系统 应力 前置放大器 应变片 混凝土试样 应变片 AE参数采集 应变采集仪 探头 前置放大器 应力 图1·混凝土声发射测试示意图 Fig.1 Sketch of acoustic emission testing system for concrete 小裂缝：初始损伤度为0.1的试件腐蚀120d时表面出 2试验结果分析 现少量颗粒剥落，腐蚀240d时从边缘产生细微裂缝， 2.1试验现象及表观形态 腐蚀300d时试件表面出现贯通裂缝，位置较浅且细 图2为不同初始损伤下混凝土试件在硫酸钠溶液 小：初始损伤度为0.2的试件在腐蚀120d时即出现微 干湿交替腐蚀环境中的照片.可以看出，腐蚀过程中 裂缝，随着腐蚀的进行，裂缝不断扩展，边角开始剥落， 伴有白色结晶产物，无初始损伤试件在腐蚀240d时表 腐蚀300d时贯通裂缝明显加宽加深，破损程度非常 面状况仍然较完整，腐蚀300d时靠近试件边缘出现细 严重

工程科学学报,第 39 卷,第 8 期 表 1 水泥的主要物理性能指标 Table 1 Physical performance indicators of cement 凝结时间/ min 抗折强度/ MPa 抗压强度/ MPa 初凝 终凝 3 d 28 d 3 d 28 d 细度/ % 标准稠度用水量 (质量分数) / % 170 390 5郾 2 8郾 1 29郾 8 47郾 8 6郾 6 28郾 5 表 2 混凝土配合比 Table 2 Proportions of prepared concrete mixture 强度等级 水泥/ kg 石/ kg 砂/ kg 水/ kg 磨细矿渣/ kg 粉煤灰/ kg 减水剂/ kg 水胶比 C30 220 1017 833 170 60 90 2郾 59 0郾 46 1郾 2 试验方法 试验前采用康科瑞 NM鄄4A 非金属超声检测分析 仪对混凝土试件进行了超声波传播速度的测试,为降 低同批次混凝土试件离散性的影响,挑选超声波传播 速度相近的试件进行试验. 加载前,随机取 6 个试件做单轴压缩破坏试验,分 别测定这 6 个试件的极限抗压强度,然后对其取平均 值. 参照赵庆新教授等施加初始损伤的方法[4] ,通过对 试件施加连续、均匀荷载形成不同的初始损伤,并设置 不受初始应力作用的一组与其做对比,载荷控制在不超 过混凝土试件平均极限抗压强度的 60% ,加载后用超声 检测仪测试试件的波速变化,根据式(1)计算混凝土试 件的初始损伤度,通过调整荷载大小和加载次数使试件 的初始损伤 I0分别为 0郾 1、0郾 2,以形成不同损伤. I0 = 1 - vt0 vp0 . (1) 式中:I0为初始损伤度;vp0 、vt0分别为混凝土预加载前 和预加载后的超声波传播速度. 将形成初始损伤的混凝土试件和未受初始应力的 混凝土试件在质量分数 5% 的硫酸钠溶液中进行硫酸 盐干湿循环腐蚀,干湿循环参照 GB/ T 50082—2009 《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》,浸 泡 16 h、烘干冷却 8 h,共 24 h 为一个周期. 在腐蚀 60、 120、180、240 和 300 d 后,将混凝土试件取出测试其质 量、超声波速度、抗压强度等物理力学性能,同时测试 加载过程中声发射特征的变化. 对不同腐蚀时期的混 凝土试件进行加载试验时,将声发射传感器固定在混 凝土试件的侧面,如图 1 所示. 试件在压力荷载作用 下,内部将会出现损伤破坏,声发射传感器能够及时接 收试件破裂的声发射信号. 借助环境扫描电镜与电子 能谱技术观测分析了初始损伤下硫酸盐腐蚀对混凝土 的微结构、矿物元素的改造作用,揭示初始损伤下混凝 土的损伤演化机理. 硫酸盐干湿循环试验设备为 NELD鄄LSC 全自动硫酸盐干湿循环试验机. 声发射试 验所用仪器为美国物理声学公司生产的 6 通道 PCI鄄2 声发射检测系统. 图 1 混凝土声发射测试示意图 Fig. 1 Sketch of acoustic emission testing system for concrete 2 试验结果分析 2郾 1 试验现象及表观形态 图 2 为不同初始损伤下混凝土试件在硫酸钠溶液 干湿交替腐蚀环境中的照片. 可以看出,腐蚀过程中 伴有白色结晶产物,无初始损伤试件在腐蚀240 d 时表 面状况仍然较完整,腐蚀300 d 时靠近试件边缘出现细 小裂缝;初始损伤度为 0郾 1 的试件腐蚀 120 d 时表面出 现少量颗粒剥落,腐蚀 240 d 时从边缘产生细微裂缝, 腐蚀 300 d 时试件表面出现贯通裂缝,位置较浅且细 小;初始损伤度为 0郾 2 的试件在腐蚀 120 d 时即出现微 裂缝,随着腐蚀的进行,裂缝不断扩展,边角开始剥落, 腐蚀 300 d 时贯通裂缝明显加宽加深,破损程度非常 严重. ·1280·

刘娟红等：初始损伤对混凝土硫酸盐腐蚀劣化性能的影响 ·1281· 240d 300d (b) 240d 200, (c) 图2不同初始损伤混凝土随腐蚀时间的典型试验现象.(a)无初始损伤：(b)初始损伤度为0.1：(c)初始损伤度为0.2 Fig.2 Typical experimental phenomena of concrete with different degrees of initial damage and corrosion times:(a)without initial damage;(b)0.I degree of initial damage;(c)0.2 degree of initial damage 2.2含初始损伤混凝土受腐蚀作用的性能变化 显降低：而初始损伤度为0、0.1的试样在腐蚀60d时， 为了解受硫酸盐腐蚀和干湿循环耦合作用不同初 其质量仍处于增加阶段，腐蚀120d后才呈缓慢减小， 始损伤混凝土的性能变化，在腐蚀过程中定期测试各 且下降速率明显小于初始损伤度为0.2试件.不同初 组试件的质量和超声波传播速度并进行比较分析.由 始损伤下试样的超声波速均在腐蚀60d后即开始减 于试件的初始质量并不一样，为便于比较，定义质量变 小，试件内部密实程度的变化能够通过超声波传播速 化因子S,其量纲为一，表达式为： 度的改变来反映，当试件受腐蚀作用内部密实性变差， S=m-mo 波速也会相应减小)] (2) mo 2.0 式中：S为质量变化因子；m、m,分别为混凝土腐蚀前 0●一0.1▲一0.2 1.5 和腐蚀到时间t时的质量. 图3、图4分别为不同初始损伤下混凝土试件质 1.0 量变化因子，超声波速随腐蚀时间的变化曲线.可以 看出，随着腐蚀时间的增加，不同初始损伤下混凝土质 量和超声波速均经历一个先增后减的过程，在腐蚀初 期腐蚀产物和盐结晶填充了试件内部的初始微孔洞， 使得试件质量较腐蚀前增加，内部结构也更密实：而腐 0.50 60 120180 240300 蚀后期生成物的不断累积膨胀使试件内部又出现新的 腐蚀时间！ 微缺陷（孔隙、裂隙）并扩展延伸，且伴有表皮的部分 图3不同初始损伤下混凝土质量变化因子随腐蚀时间的变化 脱落，因此试件质量和传播波速开始逐渐减小2)].初 Fig.3 Changes in mass variation factor of concrete with different de- 始损伤度为0.2时，试件的质量在腐蚀60d后开始明 grees of initial damage and corosion times

刘娟红等: 初始损伤对混凝土硫酸盐腐蚀劣化性能的影响 图 2 不同初始损伤混凝土随腐蚀时间的典型试验现象. (a) 无初始损伤; (b) 初始损伤度为 0郾 1; (c) 初始损伤度为 0郾 2 Fig. 2 Typical experimental phenomena of concrete with different degrees of initial damage and corrosion times: (a) without initial damage; (b) 0郾 1 degree of initial damage; (c) 0郾 2 degree of initial damage 2郾 2 含初始损伤混凝土受腐蚀作用的性能变化 为了解受硫酸盐腐蚀和干湿循环耦合作用不同初 始损伤混凝土的性能变化,在腐蚀过程中定期测试各 组试件的质量和超声波传播速度并进行比较分析. 由 于试件的初始质量并不一样,为便于比较,定义质量变 化因子 S,其量纲为一,表达式为: S = mt - m0 m0 . (2) 式中: S 为质量变化因子;m0 、mt分别为混凝土腐蚀前 和腐蚀到时间 t 时的质量. 图 3、图 4 分别为不同初始损伤下混凝土试件质 量变化因子、超声波速随腐蚀时间的变化曲线. 可以 看出,随着腐蚀时间的增加,不同初始损伤下混凝土质 量和超声波速均经历一个先增后减的过程,在腐蚀初 期腐蚀产物和盐结晶填充了试件内部的初始微孔洞, 使得试件质量较腐蚀前增加,内部结构也更密实;而腐 蚀后期生成物的不断累积膨胀使试件内部又出现新的 微缺陷(孔隙、裂隙)并扩展延伸,且伴有表皮的部分 脱落,因此试件质量和传播波速开始逐渐减小[21] . 初 始损伤度为 0郾 2 时,试件的质量在腐蚀 60 d 后开始明 显降低;而初始损伤度为 0、0郾 1 的试样在腐蚀 60 d 时, 其质量仍处于增加阶段,腐蚀 120 d 后才呈缓慢减小, 且下降速率明显小于初始损伤度为 0郾 2 试件. 不同初 始损伤下试样的超声波速均在腐蚀 60 d 后即开始减 小,试件内部密实程度的变化能够通过超声波传播速 度的改变来反映,当试件受腐蚀作用内部密实性变差, 波速也会相应减小[21] . 图 3 不同初始损伤下混凝土质量变化因子随腐蚀时间的变化 Fig. 3 Changes in mass variation factor of concrete with different de鄄 grees of initial damage and corrosion times ·1281·

·1282· 工程科学学报，第39卷，第8期 6.0 60 5.5 量一0●一0.1▲一0.2 ■0◆一0.1▲一0.2 5.0 50 4.5 4 4.0 6 3.5 30 3.0 250 0 120180240300 200 60120180240300 腐蚀时间d 腐蚀时间d 图4不同初始损伤下混凝土超声波速随腐蚀时间的变化 图5不同初始损伤下混凝土抗压强度随腐蚀时间的变化 Fig.4 Changes in ultrasonic velocity of concrete with different de- Fig.5 Changes in compressive strength of concrete with different de grees of initial damage and corrosion times grees of initial damage and corosion times 腐蚀60d时，初始损伤度为0、0.1、0.2的混凝土 量，则得到基于各损伤变量的损伤表达式分别为[]： 试样其超声波速较腐蚀前分别增加5.9%、16.6%和 v. 19.6%:腐蚀300d时，其超声波速较其波速峰值分别 D=1- (3) 下降21.1%、24.4%和34.9%.初始损伤度为0、0.1、 0.2的混凝土试样其质量最大增幅分别为1.12%、 D=1-C (4) 00 1.21%和1.36%：腐蚀300d时，初始损伤度为0、0.1 式中：D,、D分别为超声波速和抗压强度对应的腐蚀损 的试样质量较腐蚀前分别增加0.53%、0.34%，而初 伤因子；，、σ.分别为试件腐蚀到时间，对应的波速和 始损伤度为0.2的试样质量较腐蚀前减小0.33%.可 强度值，σ，为试件腐蚀前的强度值 以看出，初始损伤使混凝土试样内部产生了微孔隙、微 为了更清晰的探究混凝土的性能劣化规律，本文 裂隙等初始缺陷，因此硫酸盐溶液更易进入，也存在更 暂不考虑在腐蚀初期腐蚀产物的填充效应引起的强度 大的填充空间，当腐蚀产物快速填充大量孔隙，质量和 增长，重点研究侵蚀180d后混凝土随腐蚀时间的损伤 超声波速迅速增加：而随着腐蚀的进行，由于早期初始 和劣化过程.由式(3)、(4)计算出不同初始损伤试件 损伤对试样内部结构完整性的破坏效应，腐蚀后期其 在不同腐蚀时期超声波速和抗压强度对应的腐蚀损伤 质量和超声波速急剧减小，这一现象在初始损伤度为 因子，如图6所示 0.2时尤其显著.初始损伤度为0.1时影响较小，其质 由图6可见，经数据拟合，不同初始损伤下试件强 量和超声波速变化规律同无初始损伤试样基本一致. 度的劣化均表现出较明显的函数关系，其总的拟合函 赵庆新教授等[在试验中观察到类似的现象，为这一 数形式见下式： 结论提供了有力的佐证. D.=a1×e+c- (5) 图5所示为含初始损伤混凝土在硫酸盐腐蚀和干 式中：D,为抗压强度对应的腐蚀损伤因子：为腐蚀时 湿循环耦合作用下抗压强度σ，的变化规律.可以看 间；a、b,和c,为与初始损伤相关的参数，具体见表3. 出，不同初始损伤混凝土的抗压强度随腐蚀时间增加 由表3可知，初始损伤下混凝土强度的腐蚀劣化 均表现为先增大后减小，腐蚀60d时，无初始损伤试 拟合公式其平方差均在0.97以上，能够较好的拟合混 件抗压强度较腐蚀前增加17.69%，达到47.9MPa:初 凝土在硫酸盐腐蚀和干湿循环复杂环境下强度随时间 始损伤度0.2试件抗压强度较腐蚀前微增6.63%.腐 的损伤演化规律 蚀120d后混凝土强度逐渐下降，无初损试件的剩余强 不同初始损伤混凝土在硫酸盐腐蚀和干湿循环耦 度在腐蚀300d时为33.7MPa,为腐蚀前的0.83倍：而 合作用下抗压强度的损伤因子D,与无损检测的超声 初损0.2试件其剩余强度仅为腐蚀前抗压强度的 波速损伤因子D,存在较好的二次函数关系，如图7所 0.59倍.初损0.1试件随腐蚀时间的强度变化规律与 示，其总的拟合函数形式见下式，从而可以用无损检测 无初损试件基本一致，剩余强度为腐蚀前的0.78倍， 的波速指标表征预测混凝土结构的强度性能 降幅较小 D.=a2×D+b2×D.+c2 (6) 混凝土的劣化程度能够通过宏观物理力学性能的 式中，a2、b2和c2为与初始损伤相关的参数，具体见 变化得到反映.为了对含初始损伤混凝土在腐蚀环境 表4. 中性能的变化规律进行定量描述，根据损伤力学基本 由表4可知初始损伤下试样腐蚀后的强度损伤因 理论，分别将抗压强度σ，、超声波速，定义为损伤变 子与波速损伤因子间拟合公式平方差都在0.96以上

工程科学学报,第 39 卷,第 8 期 图 4 不同初始损伤下混凝土超声波速随腐蚀时间的变化 Fig. 4 Changes in ultrasonic velocity of concrete with different de鄄 grees of initial damage and corrosion times 腐蚀 60 d 时,初始损伤度为 0、0郾 1、0郾 2 的混凝土 试样其超声波速较腐蚀前分别增加 5郾 9% 、16郾 6% 和 19郾 6% ;腐蚀 300 d 时,其超声波速较其波速峰值分别 下降 21郾 1% 、24郾 4% 和 34郾 9% . 初始损伤度为 0、0郾 1、 0郾 2 的混凝土试样其质量最大增幅分别为 1郾 12% 、 1郾 21% 和 1郾 36% ;腐蚀 300 d 时,初始损伤度为 0、0郾 1 的试样质量较腐蚀前分别增加 0郾 53% 、0郾 34% ,而初 始损伤度为 0郾 2 的试样质量较腐蚀前减小 0郾 33% . 可 以看出,初始损伤使混凝土试样内部产生了微孔隙、微 裂隙等初始缺陷,因此硫酸盐溶液更易进入,也存在更 大的填充空间,当腐蚀产物快速填充大量孔隙,质量和 超声波速迅速增加;而随着腐蚀的进行,由于早期初始 损伤对试样内部结构完整性的破坏效应,腐蚀后期其 质量和超声波速急剧减小,这一现象在初始损伤度为 0郾 2 时尤其显著. 初始损伤度为 0郾 1 时影响较小,其质 量和超声波速变化规律同无初始损伤试样基本一致. 赵庆新教授等[4]在试验中观察到类似的现象,为这一 结论提供了有力的佐证. 图 5 所示为含初始损伤混凝土在硫酸盐腐蚀和干 湿循环耦合作用下抗压强度 滓st的变化规律. 可以看 出,不同初始损伤混凝土的抗压强度随腐蚀时间增加 均表现为先增大后减小,腐蚀 60 d 时,无初始损伤试 件抗压强度较腐蚀前增加 17郾 69% ,达到 47郾 9 MPa;初 始损伤度 0郾 2 试件抗压强度较腐蚀前微增 6郾 63% . 腐 蚀120 d 后混凝土强度逐渐下降,无初损试件的剩余强 度在腐蚀 300 d 时为 33郾 7 MPa,为腐蚀前的 0郾 83 倍;而 初损 0郾 2 试件其剩余强度仅为腐蚀前抗压强度的 0郾 59 倍. 初损 0郾 1 试件随腐蚀时间的强度变化规律与 无初损试件基本一致,剩余强度为腐蚀前的 0郾 78 倍, 降幅较小. 混凝土的劣化程度能够通过宏观物理力学性能的 变化得到反映. 为了对含初始损伤混凝土在腐蚀环境 中性能的变化规律进行定量描述,根据损伤力学基本 理论,分别将抗压强度 滓st、超声波速 vt定义为损伤变 图 5 不同初始损伤下混凝土抗压强度随腐蚀时间的变化 Fig. 5 Changes in compressive strength of concrete with different de鄄 grees of initial damage and corrosion times 量,则得到基于各损伤变量的损伤表达式分别为[21] : Dv = 1 - vt vp0 , (3) Ds = 1 - 滓st 滓s0 . (4) 式中:Dv、Ds分别为超声波速和抗压强度对应的腐蚀损 伤因子;vt、滓st分别为试件腐蚀到时间 t 对应的波速和 强度值,滓s0为试件腐蚀前的强度值. 为了更清晰的探究混凝土的性能劣化规律,本文 暂不考虑在腐蚀初期腐蚀产物的填充效应引起的强度 增长,重点研究侵蚀180 d 后混凝土随腐蚀时间的损伤 和劣化过程. 由式(3)、(4)计算出不同初始损伤试件 在不同腐蚀时期超声波速和抗压强度对应的腐蚀损伤 因子,如图 6 所示. 由图 6 可见,经数据拟合,不同初始损伤下试件强 度的劣化均表现出较明显的函数关系,其总的拟合函 数形式见下式: Ds = a1 伊 e b1 t + c1 . (5) 式中:Ds为抗压强度对应的腐蚀损伤因子;t 为腐蚀时 间;a1 、b1和 c1为与初始损伤相关的参数,具体见表 3. 由表 3 可知,初始损伤下混凝土强度的腐蚀劣化 拟合公式其平方差均在 0郾 97 以上,能够较好的拟合混 凝土在硫酸盐腐蚀和干湿循环复杂环境下强度随时间 的损伤演化规律. 不同初始损伤混凝土在硫酸盐腐蚀和干湿循环耦 合作用下抗压强度的损伤因子 Ds与无损检测的超声 波速损伤因子 Dv存在较好的二次函数关系,如图 7 所 示,其总的拟合函数形式见下式,从而可以用无损检测 的波速指标表征预测混凝土结构的强度性能. Ds = a2 伊 D 2 v + b2 伊 Dv + c2 . (6) 式中,a2 、b2 和 c2 为与初始损伤相关的参数,具体见 表 4. 由表 4 可知初始损伤下试样腐蚀后的强度损伤因 子与波速损伤因子间拟合公式平方差都在 0郾 96 以上, ·1282·

刘娟红等：初始损伤对混凝土硫酸盐腐蚀劣化性能的影响 ·1283· 05 0.5 初始损伤度 b)■0 0拟合曲线 ●0.1 一0.1拟合曲线 0.4 量一0 0.1 0.4 ▲02一·一0.2拟合曲线 -0.2 03 03 0.2 0.2 《 0.1● 0.1 0 0 60 120180240 300 0 60 120180 240300 腐蚀时间( 腐蚀时间d 图6不同初始损伤下试件的损伤因子计算及回归曲线.(a)超声波速为损伤变量：(b)抗压强度为损伤变量 Fig.6 Calculated damage factors and regression curves of concrete with different degrees of initial damage:(a)damage variable based on ultrasonic velocity;(b)damage variable based on compressive strength 表3强度损伤表达式回归方程的系数和平方差 aD./aD,(t)=2a2D,(t）+b2. (7) Table 3 Regression coefficient and square error of strength damage for- 2.3初始损伤混凝土腐蚀作用下的声发射特征分析 mula 受压过程中混凝土的声发射强弱与其变形和裂隙 初始损伤度 a,/104 b,/10-3 e1/102 相关程度，2 扩展紧密相关.图8为混凝土试件腐蚀前的应力-应 0 7.88317 18.07 -0.542 0.974 变与振铃计数率关系曲线.根据试验结果，绘制了不 0.1 30.6 14.3 -0.447 0.99725 同初始损伤下混凝土试件腐蚀300d时的应力-应变 0.2634.4 6.55 -5.503 0.98086 与振铃计数率关系曲线如图9所示.在加载初期的密 实阶段，腐蚀300d的试件几乎没有声发射信号产生， ■0 0拟合曲线 ·0.1--0.1拟合曲线 腐蚀前的试样出现少量的信号，主要原因是混凝土腐 ▲02一·-02拟合曲线 蚀后软化显著，内部产生孔隙、裂隙等缺陷，以至于压 密时变形破坏激烈程度比未腐蚀的试样相对减弱 1.0r ·应力-应变曲线 振铃计数 0.8 2 R 0.6 0 2 0.4 2 D/101 0.2 图7腐蚀损伤因子之间关系和回归曲线 Fig.7 Relationship between corrosion damage factors and regression 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 curves 应变/103 表4损伤因子关系回归方程的系数和平方差 图8混凝土试件腐蚀前应力-应变与声发射数量关系曲线 Table 4 Regression coefficient and square error of relations between Fig.8 Relationship between AE number and stress-stain curve of concrete before corrosion damage factors 初始损伤度 a2/10-1b2/10-2 c/102 相关程度，2 图9可以看出，初始损伤度为0.2的试件声发射 0 6.2802 4.082 -2.604 0.98645 活动明显减弱，初始损伤的增加使产生明显声发射的 0.1 7.3399-45.547 -0.695 0.98942 时间滞后，进人破坏阶段，声发射事件数在短时间急剧 0.2 2.9215 -9.223 6.55 0.96008 跃升，试样迅速崩裂.这主要是因为：初始损伤度越 大，试件在腐蚀作用下内部损伤更严重，损伤降低了晶 可以为借助无损检测的波速指标来表征和预测混凝土 体颗粒的强度，减小了晶体颗粒间的黏结力，使得试件 材料腐蚀环境中的力学性能提供参考 在破裂时所需能量减少，而材料内部较多的微孔隙微 腐蚀损伤加速度可由下式表示，可见随着腐蚀时 缺陷使加载过程中试件内部应力重新分配平衡的能力 间的延长，混凝土强度损伤随波速损伤呈加速破坏，直 降低，容易在薄弱位置形成应力集中和破坏2].同时 至失去承载能力. 从试验过程中破坏时产生的声响可以知道腐蚀一定时

刘娟红等: 初始损伤对混凝土硫酸盐腐蚀劣化性能的影响 图 6 不同初始损伤下试件的损伤因子计算及回归曲线. (a) 超声波速为损伤变量; (b) 抗压强度为损伤变量 Fig. 6 Calculated damage factors and regression curves of concrete with different degrees of initial damage: (a) damage variable based on ultrasonic velocity; (b) damage variable based on compressive strength 表 3 强度损伤表达式回归方程的系数和平方差 Table 3 Regression coefficient and square error of strength damage for鄄 mula 初始损伤度 a1 / 10 - 4 b1 / 10 - 3 c1 / 10 - 2 相关程度,R 2 0 7郾 88317 18郾 07 - 0郾 542 0郾 974 0郾 1 30郾 6 14郾 3 - 0郾 447 0郾 99725 0郾 2 634郾 4 6郾 55 - 5郾 503 0郾 98086 图 7 腐蚀损伤因子之间关系和回归曲线 Fig. 7 Relationship between corrosion damage factors and regression curves 表 4 损伤因子关系回归方程的系数和平方差 Table 4 Regression coefficient and square error of relations between damage factors 初始损伤度 a2 / 10 - 1 b2 / 10 - 2 c2 / 10 - 2 相关程度,R 2 0 6郾 2802 4郾 082 - 2郾 604 0郾 98645 0郾 1 7郾 3399 - 45郾 547 - 0郾 695 0郾 98942 0郾 2 2郾 9215 - 9郾 223 6郾 55 0郾 96008 可以为借助无损检测的波速指标来表征和预测混凝土 材料腐蚀环境中的力学性能提供参考. 腐蚀损伤加速度可由下式表示,可见随着腐蚀时 间的延长,混凝土强度损伤随波速损伤呈加速破坏,直 至失去承载能力. 鄣Ds / 鄣Dv(t) = 2a2Dv(t) + b2 . (7) 2郾 3 初始损伤混凝土腐蚀作用下的声发射特征分析 受压过程中混凝土的声发射强弱与其变形和裂隙 扩展紧密相关. 图 8 为混凝土试件腐蚀前的应力鄄鄄 应 变与振铃计数率关系曲线. 根据试验结果,绘制了不 同初始损伤下混凝土试件腐蚀 300 d 时的应力鄄鄄 应变 与振铃计数率关系曲线如图 9 所示. 在加载初期的密 实阶段,腐蚀 300 d 的试件几乎没有声发射信号产生, 腐蚀前的试样出现少量的信号,主要原因是混凝土腐 蚀后软化显著,内部产生孔隙、裂隙等缺陷,以至于压 密时变形破坏激烈程度比未腐蚀的试样相对减弱. 图 8 混凝土试件腐蚀前应力鄄鄄应变与声发射数量关系曲线 Fig. 8 Relationship between AE number and stress鄄stain curve of concrete before corrosion 图 9 可以看出,初始损伤度为 0郾 2 的试件声发射 活动明显减弱,初始损伤的增加使产生明显声发射的 时间滞后,进入破坏阶段,声发射事件数在短时间急剧 跃升,试样迅速崩裂. 这主要是因为:初始损伤度越 大,试件在腐蚀作用下内部损伤更严重,损伤降低了晶 体颗粒的强度,减小了晶体颗粒间的黏结力,使得试件 在破裂时所需能量减少,而材料内部较多的微孔隙微 缺陷使加载过程中试件内部应力重新分配平衡的能力 降低,容易在薄弱位置形成应力集中和破坏[22] . 同时 从试验过程中破坏时产生的声响可以知道腐蚀一定时 ·1283·

·1284· 工程科学学报，第39卷，第8期 间后含初始损伤的混凝土试样没有无初始损伤的试样 这些均说明初始损伤越大对受腐蚀混凝土声发射产生 强烈，即试件在破裂瞬间释放的能量相对较小.以上 的影响越大 1.0m (a) 15 1.0r (b) 30 0.8 ·应力-应变曲线 0.8 一应力-应变曲线 振铃计数 ■振铃计数 0.6 9 R06 0.4 6 是a4 0.2 0.2 0.4 0.81.2 1.6 2.0 0.8 2 1.6 2.0 应变/103 应变/103 1.0r(c) 应力-应变曲线 0.8 振铃计数 30 30.6 0.2 0.4 0.81.2 1.6 2.00 应变10-3 图9不同初始损伤试件腐蚀300d时应力-应变与声发射数量关系曲线.(a)无初始损伤：(b)初始损伤度为0.1：(c)初始损伤度为0.2 Fig.9 Relationship between AE number and stress-stain curve of concrete with different degrees of initial damage at 300d corrosion age:(a)without initial damage:(b)0.I degree of initial damage;(c)0.2 degree of initial damage 为了进一步研究初始损伤和腐蚀作用对混凝土力 0.83,损伤稳定演化和发展，此阶段开始有新的微裂隙 学性能的影响，定义两种损伤状态，第一种损伤状态为 或微孔隙产生并扩展：加压至第三阶段，损伤开始加 含初始损伤混凝土由硫酸盐腐蚀引起损伤：第二种损 速，呈不稳定发展，损伤因子上升直至等于损伤临界 伤状态为腐蚀受荷引起的总损伤】，应用之前研究中 值，局部承载能力急剧下降，此阶段微裂隙和微孔隙迅 基于声发射特征建立的受腐蚀混凝土损伤演化模 速扩展、汇合和贯通，引起试件的宏观破坏.由变形、 型2】，可得含初始损伤混凝土腐蚀受荷的总损伤演化 损伤的萌生和发展，到宏观裂纹的出现，直至裂纹扩展 方程为： 引起破坏，初始损伤下受腐蚀混凝土的受荷过程逐渐 E,Co-Ca D=1-E0C。 (8) 发展2 由图10可以看出，初始损伤度为0、0.1、0.2的混 式中：D为腐蚀受荷总损伤因子；E。、E,分别为腐蚀前 凝土试样损伤演化第一阶段分别对应为加压至相对应 和腐蚀一段时间后的弹性模量：无损材料整个截面A 完全破坏的累积声发射振铃计数记为C。:断面损伤面 变e/e达0.520.5、0.63的过程，损伤演化第二阶段 积达A,时累积声发射振铃计数记为C:文中将试件 分别对应为相对应变0.52~0.84.0.50-0.84、0.63~ 加载到峰值强度视为破坏，即C取试件达到峰值破坏 0.86的过程，可见，当初始损伤度为0.2时，腐蚀受荷 的累积声发射振铃计数[2] 初期压密阶段更长，而损伤稳定发展阶段缩短，进入加 图10为利用试验数据由式(8)计算得到的不同 速发展阶段，损伤急剧增加，且上升速率更大.这主要 初始损伤下混凝土材料腐蚀300d时的损伤模型演化 是由于初始损伤的存在，产生了大量微孔隙、微裂隙等 曲线.可以看出，初始损伤下混凝土腐蚀受荷的损伤 初始缺陷，加速了损伤的演化.随着初始损伤的增加， 演化大致可分为以下3个阶段（以初始损伤度为0.1 其腐蚀受荷损伤劣化程度越来越严重，当初始损伤度 的试件腐蚀300d为例)：第一阶段试件处于压密和弹 为0.2时，初始损伤对岩石的损伤劣化影响更为显著. 性阶段，应变￡与峰值应变e的比值（即相对应变e/ 例如，在腐蚀300d时，无初始损伤的试样的损伤变量 e)小于0.5，损伤变量趋近于仅由腐蚀引起的损伤为0.45，而初始损伤度为0.1、0.2的试样的损伤变量 D,=0.496,此阶段没有产生新的微孔隙和微裂隙：第 分别为0.496、0.751，后者较无初始损伤下的损伤变 二阶段试件进入塑性变形阶段，相对应变为0.50~ 量分别增加了10%、67%

工程科学学报,第 39 卷,第 8 期 间后含初始损伤的混凝土试样没有无初始损伤的试样 强烈,即试件在破裂瞬间释放的能量相对较小. 以上 这些均说明初始损伤越大对受腐蚀混凝土声发射产生 的影响越大. 图 9 不同初始损伤试件腐蚀300 d 时应力鄄鄄应变与声发射数量关系曲线. (a) 无初始损伤; (b) 初始损伤度为0郾 1; (c) 初始损伤度为0郾 2 Fig. 9 Relationship between AE number and stress鄄stain curve of concrete with different degrees of initial damage at 300 d corrosion age: (a) without initial damage; (b) 0郾 1 degree of initial damage; (c) 0郾 2 degree of initial damage 为了进一步研究初始损伤和腐蚀作用对混凝土力 学性能的影响,定义两种损伤状态,第一种损伤状态为 含初始损伤混凝土由硫酸盐腐蚀引起损伤;第二种损 伤状态为腐蚀受荷引起的总损伤[23] ,应用之前研究中 基于声发射特征建立的受腐蚀混凝土损伤演化模 型[23] ,可得含初始损伤混凝土腐蚀受荷的总损伤演化 方程为: Dm = 1 - Et E0 C0 - Cd C0 . (8) 式中:Dm为腐蚀受荷总损伤因子;E0 、Et分别为腐蚀前 和腐蚀一段时间后的弹性模量;无损材料整个截面 A 完全破坏的累积声发射振铃计数记为 C0 ;断面损伤面 积达 Ad时累积声发射振铃计数记为 Cd . 文中将试件 加载到峰值强度视为破坏,即 C0取试件达到峰值破坏 的累积声发射振铃计数[23] . 图 10 为利用试验数据由式(8) 计算得到的不同 初始损伤下混凝土材料腐蚀 300 d 时的损伤模型演化 曲线. 可以看出,初始损伤下混凝土腐蚀受荷的损伤 演化大致可分为以下 3 个阶段(以初始损伤度为 0郾 1 的试件腐蚀 300 d 为例):第一阶段试件处于压密和弹 性阶段,应变 着 与峰值应变 着c的比值(即相对应变 着 / 着c)小于 0郾 5,损伤变量趋近于仅由腐蚀引起的损伤 Dt = 0郾 496,此阶段没有产生新的微孔隙和微裂隙;第 二阶段试件进入塑性变形阶段,相对应变为 0郾 50 ~ 0郾 83,损伤稳定演化和发展,此阶段开始有新的微裂隙 或微孔隙产生并扩展;加压至第三阶段,损伤开始加 速,呈不稳定发展,损伤因子上升直至等于损伤临界 值,局部承载能力急剧下降,此阶段微裂隙和微孔隙迅 速扩展、汇合和贯通,引起试件的宏观破坏. 由变形、 损伤的萌生和发展,到宏观裂纹的出现,直至裂纹扩展 引起破坏,初始损伤下受腐蚀混凝土的受荷过程逐渐 发展[24] . 由图 10 可以看出,初始损伤度为 0、0郾 1、0郾 2 的混 凝土试样损伤演化第一阶段分别对应为加压至相对应 变 着 / 着c达 0郾 52、0郾 5、0郾 63 的过程,损伤演化第二阶段 分别对应为相对应变 0郾 52 ~ 0郾 84、0郾 50 ~ 0郾 84、0郾 63 ~ 0郾 86 的过程,可见,当初始损伤度为 0郾 2 时,腐蚀受荷 初期压密阶段更长,而损伤稳定发展阶段缩短,进入加 速发展阶段,损伤急剧增加,且上升速率更大. 这主要 是由于初始损伤的存在,产生了大量微孔隙、微裂隙等 初始缺陷,加速了损伤的演化. 随着初始损伤的增加, 其腐蚀受荷损伤劣化程度越来越严重,当初始损伤度 为 0郾 2 时,初始损伤对岩石的损伤劣化影响更为显著. 例如,在腐蚀 300 d 时,无初始损伤的试样的损伤变量 为 0郾 45,而初始损伤度为 0郾 1、0郾 2 的试样的损伤变量 分别为 0郾 496、0郾 751,后者较无初始损伤下的损伤变 量分别增加了 10% 、67% . ·1284·

刘娟红等：初始损伤对混凝土硫酸盐腐蚀劣化性能的影响 ·1285· 1.0 初始损伤度 用FEI Quanta250环境扫描电镜对比分析初始损伤混 一0 凝土腐蚀作用过程中试件孔隙结构和缺陷形态等变 -0.1 0.8 02 化，并利用电子能谱分析技术测试孔隙周围矿物元素. 图11为不同初始损伤混凝土试样在腐蚀300d后 的扫描电镜和能谱分析结果.可以看出，无初始损伤 0.6 和初始损伤度0.1的试件整体结构仍然完整，局部可 见裂缝，能谱分析主要为钙矾石，在大量针棒状钙矾石 周围，引发了大量的腐蚀微裂纹，细小针状钙矾石在微 06 0.2040.60.81.0 裂纹内沿裂纹面生长则进一步推动了微裂纹的扩展； ele 初始损伤度0.2的试件内部膨胀性腐蚀产物产生的膨 图10不同初始损伤混凝土腐蚀300d受荷损伤模型演化曲线 胀应力使得试样产生新的微裂纹，也使已有微裂纹快 Fig.10 Damage model evolution curves of concrete with different de- grees of initial damage at 300d corrosion age 速扩展连生并贯通成裂纹网络，形成明显的贯通裂缝， 结构变得松散脆弱 3含初始损伤混凝土腐蚀的微结构变化 图12为不同初始损伤度的混凝土试件腐蚀300d 后表层腐蚀产物的扫描电镜图.可以看出，无初始损 混凝土宏观性能的变化受其微观结构的影响，采 伤时腐蚀产物多为辐射生长的针棒状钙矾石晶体 Ca 1.1 0.8 Si 0.6 0.3 0 4 6 101214 能量keV 1.3 1.1 0.8 05 0.3 68101214 能量keV b 1.4 .1 0.8 0.6 0.3 68101214 能量keV (e 图11腐蚀300d不同初始损伤试件内部扫描电镜图及能谱分析结果.(a)无初始损伤：(b)初始损伤度为0.1：(c)初始损伤度为0.2 Fig.11 SEM and EDS of concrete with different degrees of initial damage at 300d corrosion age:(a)without initial damage;(b)0.1 degree of ini- tial damage;(c)0.2 degree of initial damage

刘娟红等: 初始损伤对混凝土硫酸盐腐蚀劣化性能的影响 图 10 不同初始损伤混凝土腐蚀 300 d 受荷损伤模型演化曲线 Fig. 10 Damage model evolution curves of concrete with different de鄄 grees of initial damage at 300 d corrosion age 图 11 腐蚀 300 d 不同初始损伤试件内部扫描电镜图及能谱分析结果. (a) 无初始损伤; (b) 初始损伤度为 0郾 1; (c) 初始损伤度为 0郾 2 Fig. 11 SEM and EDS of concrete with different degrees of initial damage at 300 d corrosion age: (a) without initial damage; (b) 0郾 1 degree of ini鄄 tial damage; (c) 0郾 2 degree of initial damage 3 含初始损伤混凝土腐蚀的微结构变化 混凝土宏观性能的变化受其微观结构的影响,采 用 FEI Quanta 250 环境扫描电镜对比分析初始损伤混 凝土腐蚀作用过程中试件孔隙结构和缺陷形态等变 化,并利用电子能谱分析技术测试孔隙周围矿物元素. 图 11 为不同初始损伤混凝土试样在腐蚀 300 d 后 的扫描电镜和能谱分析结果. 可以看出,无初始损伤 和初始损伤度 0郾 1 的试件整体结构仍然完整,局部可 见裂缝,能谱分析主要为钙矾石,在大量针棒状钙矾石 周围,引发了大量的腐蚀微裂纹,细小针状钙矾石在微 裂纹内沿裂纹面生长则进一步推动了微裂纹的扩展; 初始损伤度 0郾 2 的试件内部膨胀性腐蚀产物产生的膨 胀应力使得试样产生新的微裂纹,也使已有微裂纹快 速扩展连生并贯通成裂纹网络,形成明显的贯通裂缝, 结构变得松散脆弱. 图 12 为不同初始损伤度的混凝土试件腐蚀 300 d 后表层腐蚀产物的扫描电镜图. 可以看出,无初始损 伤时腐蚀产物多为辐射生长的针棒状钙矾石晶体 ·1285·

·1286· 工程科学学报，第39卷，第8期 (图12(a)),而初始损伤度为0.2时存在大量定向生 分布范围广泛的微裂纹网络体系.初始损伤下的微裂 长的束状石膏晶体（图12(b),在腐蚀产物周围，产 纹网络体系比无初始损伤状态下更加发达，裂纹更深 生了大量的腐蚀微裂纹，微裂纹向四周辐射并扩展成 更宽，呈现龟裂状延伸和扩展. a 30μm 04m 图12腐蚀300d不同初始损伤试件表层腐蚀产物扫描电镜图.(a)无初始损伤：(b)初始损伤度为0.2 Fig.12 SEM of corrosion products of concrete with different degrees of initial damage at 300d corrosion age:(a)without initial damage;(b)0.2 degree of initial damage 表5给出了腐蚀300d后不同初始损伤混凝土主 生成了钙矾石、石膏等腐蚀产物，从而造成该部分颗粒 要元素质量分数与原子数分数.由于能谱分析只是对 骨架物理力学性质的损伤：另外，胶结物的弱化和减少 试样内部微小区域进行测试，多次测试取其平均值得 也使试样内部孔隙增多、增大，混凝土内部颗粒的形 到表5的测试结果，这样能够减小测试结果的随机性. 状、大小及其微观结构也发生了改变，进而影响了混凝 由图10和表5可以看出腐蚀300d后，与无初始损伤 土的宏观物理力学性质.混凝土试样中水化物与疏酸 的混凝土试样相比，初始损伤度为0.2的试样中S元 盐之间主要存在着以下化学反应2]： 素的含量显著上升，Ca元素的含量有所下降，这主要 Ca(0H)2+S0+2H20→CaS04·2H20+20H°， 是因为，初始损伤度0.2的试件在腐蚀前已形成较大 (9) 初始损伤，导致其内部形成微裂隙等缺陷，结构密实性 Na,SO,10H,O+Ca(OH)2 变差，更容易受硫酸盐侵蚀，孔隙中硫酸盐溶液浓度增 CaS0,2H,0+2Na0H+8H20, (10) 大，腐蚀反应更为活跃，在腐蚀过程中，试样中部分水 3(CaS042H20)+3Ca0-Al2036H20+19H20→ 化物与硫酸根发生多种化学反应，钙质胶结物被侵蚀， 3Ca0Al,013CaS0431H,0 (11) 表5腐蚀300d后不同初始损伤混凝土主要元素的质量分数与原子数分数 Table 5 Mass fraction and atomicity fraction of main elements of concrete with different degrees of initial damage at 300d corrosion age 初始 质量分数/% 原子数分数/% 损伤度 C 0 Na Al Si Ca 0 Na 的 Ca 0 4.50 40.961.49 4.35 8.125.8034.788.3356.911.443.586.434.0219.29 0.17.60 16.081.64 8.8510.41 6.4848.9516.5326.231.868.569.675.2731.88 0.24.12 44.291.136.37 8.10 8.2427.767.3959.741.065.096.235.54.14.95 4结论 减弱，初始损伤的增加使声发射产生明显的时间滞后. 初始损伤下基于声发射特性的混凝土损伤演化过程可 (1)初始损伤下随着腐蚀时间的增加，混凝土的 分为初期压密阶段、损伤稳定演化阶段和损伤加速发 质量、超声波传播速度和抗压强度均呈先增大后减小 展阶段3个阶段.当初始损伤度为0.2时，压密阶段 的变化过程，分别将抗压强度和超声波速作为损伤变 更长，损伤稳定发展阶段缩短，损伤加速阶段上升速率 量，可建立基于各损伤变量的混凝土腐蚀损伤劣化方 更大 程，并得到不同损伤表达式间的二次函数关系.初始 (3)初始损伤的增加导致混凝土内部形成微缺 损伤程度增加会加速混凝土受腐蚀作用物理力学性能 陷，结构密实性变差，更容易受硫酸盐侵蚀，孔隙中硫 的劣化，其影响存在阈值：当初始损伤度在0.1以下 酸盐溶液浓度增大，腐蚀反应更为活跃，微裂纹网络体 时，影响较小：当初始损伤度达到0.2时，影响显著. 系比无初始损伤状态下更加发达，呈现龟裂状延伸和 (2)初始损伤度为0.2时，试件声发射活动明显 扩展，进而改变了混凝土的宏观物理力学性质

工程科学学报,第 39 卷,第 8 期 (图 12(a)),而初始损伤度为 0郾 2 时存在大量定向生 长的束状石膏晶体(图 12( b)),在腐蚀产物周围,产 生了大量的腐蚀微裂纹,微裂纹向四周辐射并扩展成 分布范围广泛的微裂纹网络体系. 初始损伤下的微裂 纹网络体系比无初始损伤状态下更加发达,裂纹更深 更宽,呈现龟裂状延伸和扩展. 图 12 腐蚀 300 d 不同初始损伤试件表层腐蚀产物扫描电镜图. (a) 无初始损伤; (b) 初始损伤度为 0郾 2 Fig. 12 SEM of corrosion products of concrete with different degrees of initial damage at 300 d corrosion age: (a) without initial damage; (b) 0郾 2 degree of initial damage 表 5 给出了腐蚀 300 d 后不同初始损伤混凝土主 要元素质量分数与原子数分数. 由于能谱分析只是对 试样内部微小区域进行测试,多次测试取其平均值得 到表 5 的测试结果,这样能够减小测试结果的随机性. 由图 10 和表 5 可以看出腐蚀 300 d 后,与无初始损伤 的混凝土试样相比,初始损伤度为 0郾 2 的试样中 S 元 素的含量显著上升,Ca 元素的含量有所下降,这主要 是因为,初始损伤度 0郾 2 的试件在腐蚀前已形成较大 初始损伤,导致其内部形成微裂隙等缺陷,结构密实性 变差,更容易受硫酸盐侵蚀,孔隙中硫酸盐溶液浓度增 大,腐蚀反应更为活跃,在腐蚀过程中,试样中部分水 化物与硫酸根发生多种化学反应,钙质胶结物被侵蚀, 生成了钙矾石、石膏等腐蚀产物,从而造成该部分颗粒 骨架物理力学性质的损伤;另外,胶结物的弱化和减少 也使试样内部孔隙增多、增大,混凝土内部颗粒的形 状、大小及其微观结构也发生了改变,进而影响了混凝 土的宏观物理力学性质. 混凝土试样中水化物与硫酸 盐之间主要存在着以下化学反应[25] : Ca(OH)2 + SO 2 - 4 + 2H2O寅CaSO4·2H2O + 2OH - , (9) Na2 SO4·10H2O + Ca(OH)2寅 CaSO4·2H2O + 2NaOH + 8H2O, (10) 3(CaSO4·2H2O) + 3CaO·Al 2O3·6H2O + 19H2O寅 3CaO·Al 2O3·3CaSO4·31H2O. (11) 表 5 腐蚀 300 d 后不同初始损伤混凝土主要元素的质量分数与原子数分数 Table 5 Mass fraction and atomicity fraction of main elements of concrete with different degrees of initial damage at 300 d corrosion age 初始 损伤度 质量分数/ % 原子数分数/ % C O Na Al Si S Ca C O Na Al Si S Ca 0 4郾 50 40郾 96 1郾 49 4郾 35 8郾 12 5郾 80 34郾 78 8郾 33 56郾 91 1郾 44 3郾 58 6郾 43 4郾 02 19郾 29 0郾 1 7郾 60 16郾 08 1郾 64 8郾 85 10郾 41 6郾 48 48郾 95 16郾 53 26郾 23 1郾 86 8郾 56 9郾 67 5郾 27 31郾 88 0郾 2 4郾 12 44郾 29 1郾 13 6郾 37 8郾 10 8郾 24 27郾 76 7郾 39 59郾 74 1郾 06 5郾 09 6郾 23 5郾 54 14郾 95 4 结论 (1)初始损伤下随着腐蚀时间的增加,混凝土的 质量、超声波传播速度和抗压强度均呈先增大后减小 的变化过程,分别将抗压强度和超声波速作为损伤变 量,可建立基于各损伤变量的混凝土腐蚀损伤劣化方 程,并得到不同损伤表达式间的二次函数关系. 初始 损伤程度增加会加速混凝土受腐蚀作用物理力学性能 的劣化,其影响存在阈值:当初始损伤度在 0郾 1 以下 时,影响较小;当初始损伤度达到 0郾 2 时,影响显著. (2)初始损伤度为 0郾 2 时,试件声发射活动明显 减弱,初始损伤的增加使声发射产生明显的时间滞后. 初始损伤下基于声发射特性的混凝土损伤演化过程可 分为初期压密阶段、损伤稳定演化阶段和损伤加速发 展阶段 3 个阶段. 当初始损伤度为 0郾 2 时,压密阶段 更长,损伤稳定发展阶段缩短,损伤加速阶段上升速率 更大. (3)初始损伤的增加导致混凝土内部形成微缺 陷,结构密实性变差,更容易受硫酸盐侵蚀,孔隙中硫 酸盐溶液浓度增大,腐蚀反应更为活跃,微裂纹网络体 系比无初始损伤状态下更加发达,呈现龟裂状延伸和 扩展,进而改变了混凝土的宏观物理力学性质. ·1286·

刘娟红等：初始损伤对混凝土硫酸盐腐蚀劣化性能的影响 ·1287· 参考文献 attack.Cem Coner Compos,2012,34(1):76 [1]Leemann A,Loser R.Analysis of concrete in a vertical ventilation [15] Siad H,Kamali-Bemard S,Mesbah HA,et al.Characterization shaft exposed to sulfate-containing groundwater for 45 years.Cem of the degradation of self-compacting concretes in sodium sulfate environment:influence of different mineral admixtures.Construc Coner Compos,2011,33(1):74 [2]Li D L,Zhou Z A.Ppossibility of corrosion failure of concrete tion Building Mater,2013,47:1188 [16]Behfarnia K,Farshadfar O.The effects of pozzolanic binders and shaftwall due to water infiltration.J China Coal Soc,1996,21 (2):158 polypropylene fibers on durability of SCC to magnesium sulfate at- (李定龙，周治安.井壁混凝土渗水腐蚀破坏可能性分析.煤 tack.Construction Building Mater,2013,38:64 炭学报，1996,21(2)：158) [17]Gao R D,Zhao S B,Li Q B,et al.Experimental study of the [3]Liu J H,Bian L B,He W,et al.Investigation and destruction deterioration mechanism of concrete under sulfate attack in wet- mechanism on corrosion of concrete shaft in coal mine.China dry eycles.China Cir Eng J,2010,43(2):48 Coal Soc,2015,40(3):528 (高润东，赵顺波，李庆斌，等.干湿循环作用下混凝土硫酸盐 (刘娟红，卞立波，何伟，等。煤矿矿井混凝土井壁腐蚀的调 侵蚀劣化机理试验研究.土木工程学报.2010,43(2)：48) 查与破坏机理.煤炭学报，2015,40(3)：528) [18]Wang H L,Dong Y S.Sun X Y,et al.Damage mechanism of [4] Zhao Q X,Li D H,Yan G L,et al.Corrosion resistance of dam- concrete deteriorated by sulfate attack in wet-dry cycle environ- aged concrete exposed to sulphate attack.J Chin Ceram Soc, ment.J Zhejiang Univ Eng Sci,2012,46(7):1255 2012,40(2):217 (王海龙，董宜森，孙晓燕，等干湿交替环境下混凝土受硫酸盐 (赵庆新，李东华，月国亮，等.受损混凝土抗硫酸盐腐蚀性 侵蚀劣化机理.浙江大学学报（工学版），2012,46(7)：1255) 能.硅酸盐学报，2012,40(2)：217) [19]Xing M L,Guan B W,Chen S F,et al.Deterioration character- [5]Yan D M,Liu K H,Li H D,et al.A study on the dynamic com- istics of concrete under sulfate erosion and fatigue load.I Build. pressive behavior of pre-damaged concrete.Hydraul Eng,2015, ing Mater,2013,16(2):249 46(9):1110 (邢明亮，关博文，陈拴发，等.硫酸盐腐蚀与疲劳荷载联合作 (闫东明，刘康华，李贺东，等.带初始损伤混凝土的动态抗 用下混凝土劣化特性.建筑材料学报，2013,16(2)：249) 压性能研究.水利学报，2015,46(9)：1110) [20]Yu Z X,Gao J M,Song LG,et al.Damage process of concrete [6]Zuo X B,Sun W.Full process analysis of damage and failure of exposed to sulfate attack under drying-wetting cycles and loading concrete subjected to external sulfate attack.Chin Ceram Soc, J Southeast Unir Nat Sci Ed,2012,42(3):487 2009,37(7):1063 (余振新，高建明，宋鲁光，等.荷载-干湿交替-硫酸盐耦 (左晓宝，孙伟.硫酸盐侵蚀下的混凝土损伤破坏全过程.硅 合作用下混凝土损伤过程.东南大学学报（自然科学版）， 酸盐学报.2009,37(7)：1063) 2012,42(3):487) [7]Qiao H X,Shi YY,Chen D S,et al.A corrosion model of con- [21]Zhao L,Liu J H,Zhou W J,et al.Damage evolution and mech- crete in sulfate.J Chongqing Unie,2015,38(6):129 anism of concrete erosion at sulfate environment in underground (乔宏霞，师莹莹，陈丁山，等。混凝土在硫酸盐溶液中的腐 mine.J China Coal Soc,2016,41(6):1422 蚀模型.重庆大学学报，2015,38(6)：129) (赵力，刘娟红，周卫金，等.矿井环境中混凝土材料腐蚀损 [8]Sun C,Chen J K,Zhu J,et al.A new diffusion model of sulfate 伤演化与机理分析.煤炭学报，2016,41(6)：1422) ions in concrete.Construction Building Mater,2013,39:39 [22]Zhang L W,Zhao Y H,Fan Y F,et al.Damage investigation of [9]Feng P,Garboczi E J,Miao C W,et al.Microstructural origins of corroded concrete under compression by AE test.Building Ma- cement paste degradation by extemal sulfate attack.Construction er,2013,16(5):763 Building Mater,2015,96:391 (张力伟，赵颖华，范颖芳，等.腐蚀混凝土损伤特征的声发 [10]Idiart A E,Lopez C M,Carol I.Chemo-mechanical analysis of 射试验研究.建筑材料学报，2013,16(5)：763) concrete cracking and degradation due to external sulfate attack: [23]Liu J H,Zhao L,Song S M,et al.Ultrasonic velocity and a meso-scale model.Cem Coner Compos,2011,33(3):411 acoustic emission properties of concrete eroded by sulfate and its [11]Zhang M H,Chen J K,Lu Y F,et al.Study on the expansion of damage mechanism.Chin J Eng,2016,38(8):1075 concrete under attack of sulfate and sulfate-chloride ions.Con- (刘娟红，赵力，宋少民，等.混凝土硫酸盐腐蚀损伤的声波 struction Building Mater,2013,39:26 与声发射变化特征及机理.工程科学学报，2016,38(8)： [12]Hossack A M,Thomas M D A.The effect of temperature on the 1075) rate of sulfate attack of Portland cement blended mortars in [24]Liu B X,Huang J L,Wang Z Y,et al.Study on damage evolu- Na,SO solution.Cem Coner Res,2015,73:136 tion and acoustic emission character of coal-rock under uniaxial [13]Liang Y N,Yuan Y S.Constitutive relation of sulfate attacked compression.Chin J Rock Mech Eng,2009,28(Suppl 1):3234 concrete under uniaxial compression.J Harbin Inst Technol, (刘保县，黄敬林，王泽云，等.单轴压缩煤岩损伤演化及声发 2008,40(4):532 射特性研究.岩石力学与工程学报，2009,28（增刊1）：3234) (梁咏宁，袁迎曙.硫酸盐腐蚀后混凝土单轴受压本构关系。 [25]Yan H S.Experimental study on concrete sulfate attack.J Shen- 哈尔滨工业大学学报，2008,40(4)：532) yang Jianshu Univ Nat Sci,2012,28(6):1083 [14]Bonakdar A,Mobasher B,Chawla N.Diffusivity and micro- (闫宏生.混凝土硫酸盐腐蚀试验研究.沈阳建筑大学学报 hardness of blended cement materials exposed to extemal sulfate (自然科学版)，2012,28(6)：1083)

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