·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·