位于地下不同深度的混凝土结构,其结构外侧腐蚀溶液的水头压力随着深度的增加而增大,因此地下结构混凝土是处于有水头压力作用下的单面腐蚀。同时地下结构还受到上覆土层及地下水的持续荷载作用,混凝土一直处于有应力状态,在考虑水头压力的同时也考虑了混凝土应力的影响。本文针对地下结构混凝土,考虑水头压力及混凝土内的应力水平进行单面腐蚀的试验研究,试验中主要考虑的影响因素包括:混凝土的水胶比(0.4,0.5,0.6),腐蚀溶液的水头压力(0MPa、0.1MPa、0.2MPa、0.3MPa)及混凝土内的压应力水平(应力比0,0.3)。分析混凝土硫酸盐腐蚀性能的退化规律,并建立相应的腐蚀层厚度随腐蚀时间发展的数学模型。为了能够实现在单面腐蚀条件下同时进行腐蚀溶液的加压及对混凝土试件的加载,首先进行相应装置的设计,制作并完成了专利的申请。其中试验装置的实用新型专利已收到授权通知书,试验方法的发明专利也已经被受理。在无水头压力的单面腐蚀试验中,在本课题组前期试验的基础上,将腐蚀龄期由270天延长至500天,对位于吸附区、吸附上区、浸泡区的混凝土进行表观形态及超声声速的测量,试验结果表明,随着腐蚀龄期的增加,不同区域的混凝土所受到的腐蚀程度均不同程度增加,其中位于吸附区的混凝土腐蚀速度最快,而浸泡区及吸附上区的混凝土腐蚀速度较慢。机理分析表明,吸附区的湿度梯度较大及显著的吸附蒸发效应是腐蚀加速的主要原因。最后根据超声声速的退化计算腐蚀层的厚度,最终建立了无水头压力下各区域混凝土腐蚀层厚度随时间发展的数学模型。利用自己设计的试验装置进行了为期270天的水头压力作用下混凝土的单面腐蚀试验,试验过程中对超声声时进行定期测试,并且计算得到不同腐蚀龄期的腐蚀损伤度及损伤层厚度,得到声速、损伤度及损伤层厚度随腐蚀龄期的变化规律。在腐蚀270天时对不同深度混凝土进行取样,进行荧光光谱分析,得到S元素在不同压力条件下随深度的变化规律。试验结果表明,相比于无水头压力,随着水头压力的增加,腐蚀程度也相应增加。机理分析表明,随着水头压力的增加,加速了SO42-进入混凝土内的速度及深度,对混凝土的硫酸盐腐蚀起到加速作用。最终基于腐蚀层厚度建立了与水头压力相关的腐蚀速率模型。最终进行了混凝土压应力水平为0.3的单侧腐蚀试验,与无压应力相比,0.3应力水平在有水头压力的条件下对混凝土的硫酸盐腐蚀同样可以起到抑制作用,其机理在于0.3压应力水平对混凝土内的毛细孔起到压实作用,限制了SO42-的渗透速度,通过荧光光谱分析,S元素的含量的测定得到相应的证明,最终得到了0.3压应力水平时的抑制系数。