酸雨-碳化耦合侵蚀环境下混凝土的劣化规律与机理

设计酸浸泡-碳化耦合加速腐蚀制度,研究不同矿物掺合料与强度等级的混凝土在该腐蚀环境下的劣化规律,并通过SEM微观分析提出酸雨-碳化耦合腐蚀作用下混凝土的劣化机理。结果表明:该腐蚀制度可加速酸溶液进入混凝土表层,与水化产物发生脱钙反应,引起混凝土构件的腐蚀破坏;而掺入适量的矿物掺合料,采用低水胶比、高强度等级可以提高混凝土构件的抗酸浸泡-碳化腐蚀能力。     

海洋环境下受荷混凝土中钢筋锈蚀研究

海洋环境下的混凝土结构同时受到二氧化碳和氯离子侵蚀,钢筋锈蚀十分严重。文中通过氯盐浸泡与加速碳化循环的方法来模拟海洋环境,采用螺杆对混凝土进行加载,研究了荷载水平以及矿物掺合料对钢筋锈蚀的影响。试验结果表明:钢筋锈蚀率随着荷载水平的升高而增大,掺入矿物掺合料使钢筋的锈蚀率增大。氯盐浸泡与加速碳化循环的试验方法能表现出自然条件下碳化与氯离子侵蚀时钢筋的锈蚀形态,对模拟真实海洋环境下混凝土中钢筋锈蚀的发展规律具有一定的借鉴意义。     

矿物掺合料混凝土碳化分析的非线性多场耦合模型

考虑矿物掺合料种类和掺量的影响,结合混凝土中CO2的扩散规律以及可碳化物质的质量守恒定律,以CO2扩散系数、碳化反应速率系数和混凝土中可碳化物质的量为控制参数,研究建立了矿物掺合料混凝土碳化分析的非线性多场耦合模型,并利用试验数据进行了对比验证。首先基于水泥水化、矿物掺合料二次水化以及混凝土碳化的机理,结合Fick第二定律和化学反应平衡方程,建立了矿物掺合料混凝土碳化分析的非线性多场耦合模型;然后考虑温度、相对湿度、水胶比以及矿物掺合料种类和掺量等因素的影响,提出了模型中CO2扩散系数、碳化反应速率系数、可碳化物质的量等控制参数的计算公式;最后利用加速碳化试验数据对比验证了该模型的有效性,并结合混凝土中CO2、可碳化物质和p H值的分布规律,揭示了温度、相对湿度、水胶比、矿物掺合料种类和掺量等因素对混凝土碳化深度的影响规律。     

应力、碳化及酸雨作用下混凝土中性化试验研究

考虑酸雨、碳化和荷载等单一因素及多因素耦合作用下混凝土构件中性化的影响因子,对室内快速劣化试验进行设计与研究。通过模拟酸雨侵蚀和碳化作用对无应力、弯曲应力和轴心压应力混凝土试件进行相应试验,研究多因素作用下混凝土构件的中性化规律及耦合效应。试验结果表明,碳化和酸雨存在耦合现象,酸雨在某种程度上抑制碳化作用,酸雨和碳化耦合系数小于1,混凝土中性化各因素影响由低到高依次为dSdSTdTdTSd(T+S);无论酸雨、碳化等单一因素或多因素耦合作用,混凝土中性化深度值都与时间平方根呈正比关系;拉应力可促进混凝土中性化,而压应力抑制其中性化,应力与混凝土中性化深度值之间呈近似线性关系,并通过试验数据拟合出不同腐蚀模式下的应力影响因子。     

废弃矿物掺合料水工混凝土抗碳化性能试验研究

通过加速碳化方法,研究了水工混凝土单掺花岗岩石粉、单掺粉煤灰及双掺花岗岩石粉及粉煤灰时的抗碳化性能。结果表明,水工混凝土双掺矿物掺合料时的抗碳化性能优于单掺矿物掺合料时的抗碳化性能,且混凝土抗碳化性能随着矿物掺合料掺量及细度的变化,呈现规律性变化。     

荷载与环境的耦合作用对混凝土梁腐蚀疲劳的影响

主要研究了循环荷载与腐蚀环境的耦合作用对混凝土梁腐蚀疲劳的影响,根据试验测试的钢筋应变数据可以看出,腐蚀和疲劳的共同作用加速了钢筋应变的发展。疲劳或腐蚀的单一影响,以及腐蚀后疲劳致使构件劣化的程度,不及腐蚀疲劳作用造成的劣化结果严重,这种共同作用加速劣化进程。从应变发展的连续性来看,耦合作用是连续的,伴随试验构件直至破坏的全过程。研究表明,腐蚀疲劳是使钢筋混凝土构件过早丧失耐久性能的重要原因,研究成果可为构件的耐久性设计和防止在役构件劣化的工程技术措施提供参考。     

恒益电厂混凝土基础耐久性设计及性能研究

恒益电厂位于H+、SO42-和Cl-多种劣化因素综合作用的环境下,需对基础混凝土进行耐久性设计,即混凝土在满足和易性和力学性能的基础上,还应满足耐久性的要求。通过控制原材料品质、掺加矿物掺合料和高效减水剂等途径,配制出高密实性的耐久性混凝土,并用抗渗性和抗氯离子渗透性加以表征;研究混凝土复合胶凝材料的抗硫酸盐性和抗酸性,针对酸腐蚀深度d与腐蚀时间t建立复合胶凝材料的酸腐蚀劣化模型d=K.tn,为水泥混凝土的耐久性设计提供理论依据。     

3%与20% CO2体积分数下混凝土加速碳化试验研究

选取CO2体积分数为3%和20%进行加速碳化试验,比较分析了2种情况下单掺粉煤灰、矿粉混凝土及二者复掺混凝土碳化深度及碳化速率系数随碳化龄期的变化规律.结果表明:在3%CO2体积分数下进行加速碳化试验,不但能较好地反映普通混凝土的自然碳化规律,而且能对水胶比相同矿物掺合料不同的混凝土碳化性能进行有效区分,但试验时需要适当延长碳化龄期;采用20%CO2体积分数进行加速碳化试验,并不能有效区分水胶比相同矿物掺合料不同的混凝土的碳化性能.     

荷载作用下双掺混凝土碳化机理的试验与数值研究

围绕着含有两种矿物掺合料混凝土(粉煤灰和矿渣)在碳化和静力荷载耦合作用下的劣化过程和机理,揭示了掺合料对混凝土碳化深度、抗折强度的影响规律,同时分析了不同弯曲荷载应力对混凝土碳化深度的影响,并应用多物理场耦合有限元软件COMSOL Multiphysics进行求解。研究结果表明:对于单掺粉煤灰的试件,其抗碳化性能随着掺量的增加而降低;而对于单掺矿渣的试件,矿渣含量为10%时,其抗碳化性能最好,然而当矿渣含量达到40%时,其抗碳化能力大幅降低;对于双掺试件,在任一掺合料取代率达到40%时,抗碳化能力有着显著的降低;在一定应力范围内,弯曲拉应力能显著提高混凝土的碳化深度,而弯曲压应力改善了混凝土的抗碳化能力;COMSOL模拟显示碳化深度试验值和模拟值较为吻合。     

不同强度等级的混凝土碳化特性研究

采用加速碳化试验,研究了不同强度等级、不同矿物掺合料的混凝土碳化规律,并采用扫描电镜(SEM)、综合热分析法(TG-DSC)、压汞法(MIP)对浆体中的微观形貌、水化产物和孔结构进行了研究。结果表明,水灰比对混凝土的碳化深度影响较大,14d龄期时0.35水灰比混凝土的碳化深度仅为0.57水灰比混凝土碳化深度的25%;掺加30%粉煤灰混凝土抗碳化能力最小,不掺加矿物掺合料混凝土抗碳化能力最大;碳化后浆体密实度增加,孔径细化,孔隙率分别降低21.8%和40.1%。     

大掺量矿物掺合料对预拌混凝土碳化的影响

为探明造成预拌混凝土碳化现象严重的原因,着重研究了较大程度地掺入各种矿物掺合料对其抗碳化性能的影响.结果表明:总胶凝材料量为380 kg/m3的混凝土,当大量掺入矿粉、Ⅱ级粉煤灰、高钙灰时,混凝土的28 d加速碳化深度是无矿物掺合料的3倍以上,即大量掺入矿物掺合料,会使混凝土抗碳化的能力大幅降低.     

矿物掺合料对混凝土抗酸雨侵蚀特性的影响

通过室内加速腐蚀试验,用球压痕和超声波方法研究了含不同矿物掺合料（高钙粉煤灰、磨细高炉矿渣、硅粉）混凝土在模拟酸雨(pH=2)下的损伤劣化过程及特点.结果表明：在混凝土中掺入一定量、适宜的矿物掺合料,因其发生火山灰反应而使体系Ca(OH)2含量降低、微结构更加致密,在一定程度上延缓了酸雨对混凝土的侵蚀破坏进程,提高了混凝土的耐酸雨侵蚀能力,其中尤以高钙粉煤灰、磨细高炉矿渣和硅粉三元复掺效果最为明显,但总体上延缓作用有限,含矿物掺合料混凝土在酸雨侵蚀持续作用下仍会遭到严重侵蚀破坏.含矿物掺合料混凝土酸雨侵蚀破坏主要是H+溶蚀性破坏和SO2-4膨胀性破坏共同作用的结果.     

硫酸盐侵蚀下石灰石复合矿物掺合料混凝土梁抗弯性能试验研究

对经受硫酸镁溶液长期浸泡腐蚀后的石灰石复合矿物掺合料混凝土梁进行了抗弯承载力试验,对比分析了不同浸泡环境下混凝土梁的腐蚀情况、抗弯性能、变形特征和破坏形态。试验结果表明,石灰石复合矿物掺合料混凝土梁在室外环境下采用10%硫酸镁溶液浸泡300d后,发生了以石膏结晶侵蚀为主导的破坏,与在水中浸泡的混凝土梁相比,浸泡在硫酸镁溶液中的混凝土梁的抗弯性能稍有下降,开裂荷载和极限荷载略有降低,裂缝扩展速度稍快,破坏时的挠度和延性有所降低,混凝土梁在受力过程中正截面应变符合平截面假定。     

盐渍土地区混凝土硫酸盐腐蚀加速试验制度评价

采用同一强度等级、同一尺寸的混凝土试件进行不同干湿循环制度的加速硫酸盐腐蚀试验,寻求适合于试验室进行的快速硫酸盐腐蚀干湿循环制度。结果表明:混凝土在循环制度二下试件分别在3种不同的浸泡液A、B、C中浸泡4 h,然后在烘箱中100～105℃烘干4 h,每8h作为一个循环,1d可进行三个循环。ω1能反映混凝土性能劣化或失效的过程,ω2也能反映混凝土性能劣化的状态,ω1和ω2对混凝土性能劣化状态的评定结果一致性较好,在试验室进行混凝土耐硫酸盐检测时,建议采用制度二的干湿循环能够有效缩短试验时间。     

地铁隧道管片蒸养混凝土耐久性试验研究

采用最紧密堆积理论进行地铁隧道管片混凝土配合比设计,并对地铁隧道管片混凝土抗冻性能、抗氯离子腐蚀及抗碳化性能等耐久性能进行了试验研究。试验结果表明:蒸汽养护过程虽然能加速混凝土的硬化,但是会降低混凝土的抗碳化性能、抗冻性能及抗氯离子腐蚀能力;掺入矿物掺合料对蒸养混凝土的抗氧离子侵蚀性能具有明显的改善作用,矿碴与粉煤灰双掺时效果更为明显。     

矿物掺合料对混凝土抗碳化性能试验研究

本文利用加速碳化试验研究了矿物掺合料种类及掺量对混凝土碳化深度的影响,并采用X射线衍射技术、压汞法和X射线计算机断层扫描技术对其碳化前后的孔结构变化进行研究。结果表明:随着粉煤灰掺量的增加,混凝土抗碳化能力降低,碳化深度增长迅速;矿渣对混凝土的抗碳化性能优于粉煤灰对混凝土的抗碳化性能;碳化之后,矿物掺合料混凝土的孔数量减小,孔径被细化。     

酸-硫酸盐耦合侵蚀环境下水泥基材料耐久性提升技术作用效果分析

采用加速试验方法,研究了抗硫酸盐水泥、矿物掺合料、防腐蚀外加剂等耐久性提升技术对水泥胶砂试件在酸-硫酸盐耦合侵蚀环境下剥蚀情况及抗压强度发展的影响,总结并提出酸-硫酸盐耦合侵蚀环境下水泥基材料耐久性提升技术建议。结果表明:对于酸-硫酸盐耦合侵蚀环境而言,水泥基材料宜采用较低水胶比,掺入适当的矿物掺合料或使用防腐蚀外加剂制备,提升体系的耐久性能。     

双因素作用下混凝土对氯离子结合能力研究

通过对质量浓度为3．5％NaCl溶液腐蚀浸泡的单因素试验和干湿循环-氯盐腐蚀双因素试验,研究了在大掺量情况下,矿物掺合料种类对氯离子结合能力的影响。同时研究了干湿循环对不同配比混凝土的氯离子结合能力的影响。结果表明,矿物掺合料能提高氯离子的结合能力且结合能力与混凝土离试件表面的深度以及该处自由氯离子浓度成幂函数关系。与浸泡单因素作用相比,干湿循环会提高矿物掺和料的氯离子结合能力。     

酸沉降环境下混凝土断裂韧度的试验研究

通过实验室加速腐蚀方式和三点弯曲试验研究酸雨腐蚀对混凝土断裂韧度的影响,得到在酸雨腐蚀条件下混凝土裂尖的劣化样貌以及断裂韧度的劣化情况。在模拟酸环境下,腐蚀深度随着浸泡时间的延长而增加,混凝土裂尖腐蚀层材料发生物理化学变化,并随着腐蚀时间的延长而变得松弛并产生微裂隙,导致混凝土裂纹尖端抵抗开裂的能力降低。三点弯曲试验结果表明:相比未腐蚀试件,腐蚀试件断裂韧度发生了明显改变,并且随腐蚀时间呈现出先增加后减小的趋势。断裂韧度的劣化过程受p H值的影响,溶液p H值越小,则腐蚀初期的性能强化时间越短,断裂韧度劣化越快。腐蚀层混凝土材料的劣化是导致混凝土力学性能下降的主要因素,通过试验得到了腐蚀混凝土断裂韧度和腐蚀深度间的关系曲线。     

高性能防水混凝土的制备及其性能研究

试验采用粉煤灰、矿粉两种常用矿物掺合料和高性能复合外加剂,制备了具有较高防水抗渗性和耐久性的高性能防水混凝土。试验结果表明:相对于萘系、聚羧酸两种常用类型的减水剂,DHZ-I混凝土复合液与矿物掺合料复掺使用能极大地改善混凝土的防水抗渗性能,抗渗等级可达P30以上,同时混凝土具有较好的抗氯离子渗透、抗裂和抗碳化性能;矿物掺合料的掺入能大幅提高混凝土的抗氯离子渗透性能,但掺量过大时不利于混凝土的早期强度和抗碳化性能。