·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·