杂散电流与SO42-共同作用下Cl-浓度对砂浆结合氯离子稳定性的影响

通过加载杂散电流、内掺氯化钠和硫酸钠来模拟地铁主体结构(钢筋混凝土)所处的腐蚀环境。采用1%硫酸钠加入不同浓度的氯化钠,研究氯离子浓度对砂浆中结合氯离子稳定性的影响,并以内掺3%氯化钠的试件为对比,研究硫酸根离子的存在对氯离子固化能力的影响。采用电位滴定法测定结合氯离子含量,并结合XRD、SEM和DTG微观试验分析了结合氯离子的失稳机理。结果表明:硫酸根离子的存在对固化氯离子有促进作用,但这种促进作用随通电时间的延长呈减弱趋势;随试件内部氯盐掺量的增加,结合氯离子的浓度增加,氯离子的固化率下降。     

碳化对氯离子和硫酸根离子在混凝土中扩散规律影响研究

隧道混凝土与空气接触的一边受到碳化作用,同时另一边受到来自土壤水环境中腐蚀离子的侵蚀,因此研究碳化作用下腐蚀离子扩散规律具有一定工程意义。模拟了碳化作用后隧道混凝土在硫酸盐与氯盐复合作用下定向腐蚀的过程,将碳化后的混凝土试块(100 mm×100 mm×300 mm)做半密封处理,分别放在质量分数为10%Na_2SO_4溶液、5%NaCl+10%Na_2SO_4复合溶液、10%NaCl+10%Na_2SO_4复合溶液中长期浸泡,研究了双因素腐蚀环境混凝土在碳化作用下离子传输规律及碳化作用对SO■传输规律的影响。结果表明:①混凝土不同深度SO■含量与腐蚀龄期成正比,先碳化再浸泡腐蚀工况下混凝土SO■侵蚀深度远远大于直接浸泡腐蚀工况;②在碳化、Cl~-、SO■多因素作用下,SO■的扩散速度会被Cl~-较大程度地抑制,同时被碳化作用极大地加快;③在碳化、Cl~-、SO■共同作用下,氯盐﹑碳化作用两者的强弱共同决定SO■扩散的速度。     

混凝土中氯离子–硫酸根离子耦合传输模型

针对氯盐–硫酸盐耦合作用环境下混凝土及其结构的耐久性退化问题,根据硫酸根离子扩散反应机理及氯离子吸附结合机制,利用Fick定律及质量守恒定律,建立了混凝土中氯离子–硫酸根离子的耦合传输模型;以水泥砂浆替代混凝土,开展了混凝土圆柱体试件在单一氯盐、单一硫酸盐及复合氯盐–硫酸盐溶液中的浸泡腐蚀试验,测试了不同浸泡时间时试件中氯离子和硫酸根离子含量,并与模型计算结果进行了对比分析。结果表明,模型计算结果与实验测试结果基本一致;耦合传输过程中氯离子和硫酸根离子之间存在相互抑制作用,且复合溶液中试件内氯离子和硫酸根离子含量分别低于单一氯盐和单一硫酸盐溶液中试件的氯离子和硫酸根离子含量。     

杂散电流与硫酸盐耦合作用对地下结构混凝土中氯离子传输过程的影响北大核心

进行了地下结构双掺（粉煤灰、矿渣）混凝土试件在杂散电流-硫酸盐和氯离子复合溶液作用下的浸泡试验,测定了混凝土中氯离子含量分布以及氯离子结合能力,并运用XRD测试方法对混凝土微观组成变化进行了分析。试验结果表明：杂散电流的增强提高了混凝土内部氯离子扩散速度和浓度;硫酸根离子对氯离子传输存在抑制作用,但该作用随着杂散电流增大时有减小的趋势;在杂散电流和硫酸盐耦合作用下,混凝土中氯离子的固化率值较为稳定,大约在15%~20%。     

杂散电流与硫酸盐耦合作用对地下结构混凝土中氯离子传输过程的影响

进行了地下结构双掺(粉煤灰、矿渣)混凝土试件在杂散电流-硫酸盐和氯离子复合溶液作用下的浸泡试验,测定了混凝土中氯离子含量分布以及氯离子结合能力,并运用XRD测试方法对混凝土微观组成变化进行了分析。试验结果表明:杂散电流的增强提高了混凝土内部氯离子扩散速度和浓度;硫酸根离子对氯离子传输存在抑制作用,但该作用随着杂散电流增大时有减小的趋势;在杂散电流和硫酸盐耦合作用下,混凝土中氯离子的固化率值较为稳定,大约在15%~20%。     

硫酸钠侵蚀下掺粉煤灰砂浆的体积膨胀规律及其机理研究

体积膨胀是水泥基材料硫酸盐侵蚀的主要劣化模式之一，一般认为体积膨胀的机理是由于外部硫酸根离子与水泥基材料内部水化铝酸钙、单硫型硫铝酸三钙、来水化的铝酸三钙和氢氧化钙等易受侵蚀化合物反应，形成膨胀性的石膏或钙矾石——侵蚀生成物所致。本文采用室温下5％硫酸钠溶液浸泡试验，研究浸泡后砂浆试件的线长度变化，探讨掺粉煤灰水泥砂浆受硫酸盐侵蚀后的体积膨胀规律；采用XRD微观分析和化学分析，揭示其侵蚀机理。试验结果表明，未掺粉煤灰的水泥砂浆在硫酸盐溶液侵蚀下，出现其线长度不断增长的现象．砂浆试件内部膨胀性产物一钙矾石和石膏形成量不断增加，且水胶比越大，其膨胀现象越严重；但掺粉煤灰的砂浆的线长度在9个月内变化很微小，粉爆欢掺量越大膨胀越小。其试件内部膨胀性产物的量很少。且渗入试件内的硫酸根离子SO4^2-的量很少是粉煤灰抑制砂浆膨胀的主要原因。     

海洋浪花飞溅区混凝土硫酸盐侵蚀试验研究

对混凝土试件进行海边暴露试验,研究海边浪花飞溅区域混凝土硫酸盐侵蚀试验,利用分光光度计法测定硫酸根离子的含量。试验结果表明,混凝土中总硫酸根离子浓度随着腐蚀龄期的增加而升高,但后期增加幅度逐渐降低;混凝土中总硫酸根离子浓度因水胶比、水泥用量不同而不同;掺加矿物掺合料可以明显改善混凝土的抗硫酸盐侵蚀能力。     

氯盐硫酸盐对水泥基材料的复合侵蚀破坏

研究了氯盐和硫酸盐对水泥基材料的复合侵蚀破坏.结果表明:侵蚀过程中试件的质量变化率与膨胀率之间呈指数关系,氯盐降低了硫酸盐侵蚀过程中试件发生膨胀破坏的风险,这是因为氯盐抑制了硫酸根离子向试件内部的传输,同时削弱了硫酸根离子与水泥矿物的化学结合能力,减少了膨胀性侵蚀产物的生成量;另外氯离子能优先与C3A反应,生成的Friedel’s盐会填充试件孔隙,使孔径细化,进一步限制硫酸根离子参与反应的能力.     

氯盐对水泥-石灰石粉胶凝材料硫酸盐侵蚀的影响研究

通过Na2SO4溶液和Na2SO4 NaCl复合溶液的长期浸泡腐蚀试验,研究了氯盐对水泥-石灰石粉胶砂试件受硫酸盐侵蚀破坏的影响。结果表明,氯盐缓解了水泥-石灰石粉胶砂试件的硫酸盐破坏。在硫酸盐的单独侵蚀下,试件的劣化是因石膏膨胀和水化产物分解的共同作用造成的;在硫酸盐 氯盐共同作用下,试件早期破坏主要是因石膏结晶引起体积膨胀造成的,后期破坏则主要由石膏以及CaAl2(CO3)2(OH)4.6H2O和氯铝酸钙分解和CaCl2溶解的共同作用所造成,并导致腐蚀的加剧。     

氯盐对再生混凝土硫酸盐侵蚀的抑制作用研究

将再生骨料取代率为50%的混凝土试块自然浸泡在单一Na₂SO₄溶液、MgSO₄溶液和NaCl-Na₂SO₄复合溶液、NaCl-MgSO₄复合溶液中,其中复合溶液中的氯盐质量分数分别为0%,2%,5%和10%。在整个试验周期内,每隔30 d测量不同溶液中再生混凝土试块的表观形貌、超声声速和质量变化率,得出了氯盐对Na₂SO₄溶液和MgSO₄溶液侵蚀再生混凝土的抑制规律。最后结合试验结果,详细分析了氯盐抑制不同硫酸盐溶液侵蚀再生骨料混凝土相关性能差异的机理。研究结果表明:氯盐对再生混凝土的硫酸钠侵蚀有明显抑制作用,氯盐质量分数为5%时抑制效果最明显,但是氯盐质量分数继续增大,抑制效果没有明显的提高; 氯盐对硫酸镁溶液侵蚀再生混凝土的抑制效果较弱,甚至在氯化钠质量分数为2%时,再生混凝土试块表观侵蚀程度比未掺加氯化钠的还严重; 氯离子对硫酸根离子侵蚀有抑制作用,但是对镁离子的侵蚀无明显抑制作用; 所得结论为再生骨料混凝土在实际工程中的耐久性应用提供了借鉴。     

膨润土改善水泥基材料抗低温硫酸盐侵蚀性能

研究了钠基膨润土和钙基膨润土对水泥基材料抗低温硫酸盐侵蚀性能的影响.将水泥-石灰石粉试件浸泡在5℃,5%(质量分数)硫酸钠溶液中,用红外光谱(IR)和XRD分析了腐蚀产物.结果表明:水泥-石灰石粉试件腐蚀程度随浸泡时间延长而增加,未掺膨润土的试件棱角发生明显脱落,腐蚀产物以碳硫硅钙石为主;在试件的腐蚀产物中,碳硫硅钙石的生成量随膨润土掺量增加逐渐减小,试件的腐蚀程度也逐渐减小;膨润土掺量相同时,钠基膨润土比钙基膨润土改善水泥-石灰石粉胶凝材料低温下抗硫酸盐腐蚀性能的效果更好.     

硫酸盐对氯离子在地下结构混凝土中传输过程的影响

基于地铁工程混凝土实际配合比,进行了水灰比为0.35的双掺(粉煤灰、矿渣)混凝土试件在四种不同浓度的氯盐-硫酸盐复合溶液中的浸泡腐蚀试验,测定了氯离子含量随深度与时间变化的分布以及混凝土结合氯离子能力,运用XRD测试方法对混凝土微观组成试验前后的变化进行了分析。试验结果表明:单一氯盐情况下溶液浓度越高,侵入混凝土中的氯离子含量越多;硫酸根的存在,能够抑制氯离子侵入混凝土,且硫酸根浓度越高,该抑制作用越强;硫酸根离子能够显著降低水泥材料对氯离子的结合作用,并且氯离子结合量变化幅度受其浓度影响较大。XRD测试结果表明,硫酸根影响水泥材料结合氯离子能力的原因在于其反应生成钙矾石,消耗了C3AH6的含量,释放了部分固化的氯离子。     

海洋环境下混凝土与硫酸根离子反应

海水和滨海盐渍土存在的硫酸根离子与混凝土反应将导致保护层膨胀剥落,从而使得氯离子传输距离缩短、钢筋混凝土更易腐蚀。对0～50%粉煤灰掺量、0～65%矿粉掺量混凝土开展实海暴露,同时将混凝土粉末浸泡于1%硫酸钠和海水溶液中,研究混凝土与硫酸根离子的反应量。试验结果表明:海水中的硫酸根离子进入混凝土内部,其1 d的反应量达到总反应量的50%,28 d后将达到反应平衡;其反应的硫酸根离子量超过总硫酸根离子量的84%。当粉煤灰掺量达到50%,矿粉掺量达到65%时,其抗压强度小于普通混凝土,但可以降低混凝土的硫酸根离子反应量5%～15%,从而有助于降低于混凝土的硫酸盐腐蚀风险。海洋潮汐区腐蚀混凝土的硫酸根离子反应量与海沙区相近,但高于大气区腐蚀混凝土。     

浸泡方式对混凝土中结合氯离子的影响

服役于海洋环境中的混凝土常受到氯盐-硫酸盐共同侵蚀,结构表面也常处于干湿交替环境中。以24h为一个循环,研究不同干湿交替条件下受氯盐-硫酸盐侵蚀的混凝土中结合氯离子含量及结合特性,通过X射线衍射(XRD)、热重分析(TG-DTG)揭示结合机理。结果表明：同一腐蚀方式下,结合氯离子含量随着腐蚀时间的延长而增加。相同时间内,在腐蚀早期干湿比≤1的试件中结合氯离子浓度要大于干湿比>1的试件,腐蚀后期则相反。经过30d干湿循环后,试件中结合氯离子低于长期浸泡状态。复合溶液同时侵蚀时,采用Freundlich等温吸附曲线来描述自由氯离子与结合氯离子间的关系更合适。     

杂散电流与硫酸盐耦合作用下混凝土氯离子扩散性能研究

配制了两种配合比的混凝土试件,开展了杂散电流单独作用以及杂散电流与硫酸盐耦合作用下的氯离子侵蚀试验。测试了混凝土中水溶性氯离子含量,计算了不同试验条件下的氯离子扩散系数及其时变规律,分析了杂散电流、硫酸盐以及矿物掺合料对混凝土氯离子扩散性能的影响,并通过微观分析进一步阐述了杂散电流与硫酸盐耦合作用对混凝土氯离子扩散性能的影响机理。试验结果表明:杂散电流会通过电场作用促进氯离子向混凝土内部扩散;复掺粉煤灰和矿粉可降低混凝土孔隙率,显著降低氯离子扩散性能;硫酸盐会与水泥水化产物生成钙矾石,短期内对氯离子扩散起抑制作用,长期将增大氯离子扩散性能;杂散电流与硫酸盐长期耦合作用将增大氯离子扩散性能。     

混凝土在海洋环境下硫酸盐侵蚀机理研究

对不同配合比混凝土试件在不同海洋区域内进行现场暴露试验,通过硫酸根离子含量测定、SEM扫描电镜试验及X荧光试验,研究实际海洋暴露环境下混凝土内部硫酸盐侵蚀机理。试验结果表明,不同暴露环境下硫酸根作用机理不同,混凝土在不同暴露区域硫酸盐侵蚀程度为潮汐区水下区浪溅区;硫酸根离子由混凝土表层向内部传输,在表层范围内硫酸盐腐蚀产物主要是钙矾石,随着硫酸根离子传输深度增加以及内部游离CaO水化成Ca(OH)2,混凝土硫酸盐损伤程度加剧;混凝土表层SO42-和Ca2+含量较高,而混凝土内部Na+含量较高。     

氯盐和硫酸盐侵蚀下水泥净浆中钢筋锈蚀过程

针对氯盐和硫酸盐耦合作用下钢筋混凝土的腐蚀问题,设计制作了含水泥净浆保护层的水泥净浆-钢筋试件,测试了试件在氯盐和硫酸盐腐蚀溶液中的电化学阻抗谱(EIS),并分析了溶液类型、水灰比及水泥净浆保护层厚度对试件电化学参数及钢筋锈蚀程度的影响.结果表明:同单一氯盐溶液中的试件相比,在硫酸盐-氯盐复合溶液腐蚀前期,试件内钢筋表面电荷转移电阻较大,腐蚀电流密度较小,此时硫酸盐减缓了水泥净浆内钢筋的锈蚀进程;在硫酸盐-氯盐复合溶液腐蚀后期,试件内钢筋表面电荷转移电阻显著减小,腐蚀电流密度明显增加,此时硫酸盐加速了水泥净浆中钢筋的锈蚀进程.此外,试件中水泥净浆水灰比越大,钢筋锈蚀程度也越大,当水泥净浆保护层厚度增加时,钢筋锈蚀程度降低.     

低温环境下水泥基材料抗硫酸盐侵蚀性能试验研究

采用0.36、0.50这2种水胶比的普通硅酸盐水泥、中抗硫盐酸水泥以及加入矿粉与纳米SiO_2的水泥砂浆试件,测试各试样在(5±1)℃的3%Na_2SO_4溶液中浸泡后的强度变化情况,综合考虑强度与抗蚀系数,对砂浆的抗硫酸盐侵蚀性能进行评价。结果表明:在5℃下,0.36水胶比试件的强度高于0.50水胶比试件,抗硫酸盐侵蚀性能随着水胶比的降低而提高;加入矿物掺合料提高了水泥砂浆的抗硫酸盐侵蚀性能,并且纳米SiO_2的掺量越高效果越明显。砂浆抗硫酸盐侵蚀性能优劣顺序为:15%矿粉+3%纳米SiO_215%矿粉+1%纳米Si O_2中抗硫做盐水泥普通硅酸盐水泥。     

聚丙烯纤维混凝土在腐蚀-疲劳耦合作用下耐久性性能试验分析

为分析混凝土在腐蚀-疲劳耦合环境下的耐久性性能。建立了腐蚀疲劳耦合试验方案,即先将混凝土试块进行疲劳试验,然后放在配制好的腐蚀环境中（5%的HCl溶液和5%的Na2SO4溶液）浸泡,分析不同应力水平和浸泡时间对混凝土耐久性性能的影响。为了改进普通混凝土在腐蚀-疲劳环境下的耐久性性能,还在混凝土中掺入不同含量的聚丙烯纤维,分析纤维含量对混凝土抗腐蚀-疲劳耦合的性能。通过试验得出：（1）随着纤维掺量的增加,混凝土的抗氯离子侵蚀和抗硫酸根离子侵蚀的能力增加,最佳掺量为1.5%;(2)随着腐蚀环境的浸泡时间增加,混凝土的抗氯离子侵蚀和抗硫酸根离子侵蚀的能力便减弱;（3）在腐蚀-疲劳耦合试验中,随着应力水平和循环次数的增加,混凝土的耐久性性能迅速下降。     

低温-干湿循环耦合作用下水泥砂浆抗硫酸盐侵蚀试验研究

研究了不同水胶比水泥砂浆试件在低温-干湿循环耦合作用下的抗硫酸盐侵蚀性能。采用0.36与0.5两种水胶比的普通硅酸盐水泥、中抗硫水泥以及矿粉-硅灰复掺的水泥砂浆试件,检测试件标养28d后的孔结构及各试件在5±1℃的3%Na_2SO_4溶液中干湿循环后的强度、质量损失变化情况,并对砂浆低温干湿循环条件下抗硫酸盐侵蚀性能进行评价。结果表明:在5℃低温条件下,0.36水胶比试件抗蚀性高于0.5水胶比试件,抗硫酸盐侵蚀性能随着水胶比的降低而提高;复掺矿粉-硅灰对0.5水胶比水泥砂浆抗硫酸盐干湿循环侵蚀性能产生不利影响,复掺矿粉-硅灰提高了0.36水胶比水泥砂浆的抗硫酸盐干湿循环侵蚀性能。