腐蚀介质对硬化水泥浆体溶蚀特性的影响

为了获得腐蚀介质对水泥浆体溶蚀特性的影响规律, 采用去离子水和6 M NH₄Cl溶液作为腐蚀介质, 分别开展室温(25 ℃)环境下水灰比为0.45的硬化水泥净浆薄片试件的常规和加速溶蚀, 并通过饱水干燥称重法、扫描电子显微镜(SEM/EDS)、X射线衍射法(XRD)等测试, 分析了2种腐蚀介质中硬化水泥浆体的孔隙率、钙硅比及其物相组成和微结构的演变规律。结果表明, 在25 ℃室温环境下, 同去离子水相比, 氯化铵溶液中水泥净浆试件孔隙率增加和钙硅比降低的速率均显著提高, 而氯化铵溶液中溶蚀9 d后的试件微观形貌与去离子水浸泡360 d的微结构形貌基本一致, 且溶蚀后的物相组成也基本相同; 氯化铵溶液显著提高了硬化水泥浆体的溶蚀进程, 并可较短的时间内获得其溶蚀特性, 但并未改变溶蚀过程中硬化水泥浆体的物相组成和微结构特性, 可作为混凝土等水泥基材料的加速溶蚀介质。     

溶蚀作用下混凝土层面劈裂抗拉强度试验研究

采用浓度为0.5 mol/L的硝酸溶液对含浇筑层面的混凝土试件进行加速溶蚀试验,研究了层面劈裂抗拉强度、溶蚀深度和钙离子累计相对溶蚀量等3种评价指标的时变规律,以及层间间歇时间和凿毛处理对抗溶蚀性的影响,据此建立了层面劈裂抗拉强度的两种预测模型.结果表明:层面劈裂抗拉强度随溶蚀时间平方根和钙离子累计相对溶蚀量的增大而线性减小,间歇时间和凿毛处理对所拟合曲线的斜率影响较小;层面溶蚀程度随间歇时间的延长而增大,间歇24 h时层面溶蚀深度增加15％;间歇时间越长,凿毛处理对抗溶蚀性的提升效果越弱,以6 h之内为最优;间歇时间12 h以内,层面劈裂抗拉强度下降速度较快,12 h时降幅为14.6％,由此将导致浇筑层面的耐溶蚀年限缩减61％.     

软水条件下水工混凝土水泥砂浆溶蚀性能研究

采用水泥砂浆溶蚀试验，探讨了软水条件下不同水灰比试样的孔隙率、溶蚀深度以及质量损失率变化特征。结果表明：水泥砂浆(水工混凝土)溶蚀特性变化主要与水泥基材料中钙离子流失相关，通过选择合适的水灰比和控制钙离子溶解可以有效控制溶蚀发展，为改善软水条件下混凝土性能提供一定支持。     

浆砌石坝体溶蚀评价及防治对策探讨

溶蚀导致浆砌石坝体材料强度降低、孔隙率增大、渗漏严重，对大坝安全构成威胁。本文探讨了砂浆的溶蚀机理，提出了根据水质分析和侵蚀性评价、强度检测、水泥浆体成分分析和其中钙离子的溶出量分析等方法来评价浆砌石坝溶蚀程度的方法。在运用该方法对广东省某浆砌石坝进行溶蚀的危害程度评价时发现该工程环境水具有软水的溶出型侵蚀、泛酸型侵蚀和碳酸型侵蚀，部分水样达到强腐蚀等级。同时，砂浆抗压强度低、孔隙率大，水泥浆体中的钙离子含量偏低，随渗漏水流失的钙离子数量巨大，因此，溶蚀已经对坝体材料造成了一定的破坏，且这种影响随时间而增大。最后提出在上游面作防渗层并用改性水泥砂浆和净浆进行灌浆防渗补强处理的防治对策。     

侵蚀性水作用下混凝土的钙溶蚀模型

为了评估侵蚀性水环境下混凝土的钙溶蚀规律,依据软水和硝酸环境下混凝土钙溶蚀机理,建立了侵蚀性水环境作用下混凝土二维钙溶蚀模型。模型考虑了混凝土中孔隙的曲折度和阻塞率,以及混凝土界面过渡区(ITZ)对孔隙率的影响。利用COMSOL软件对理论模型进行求解,并将数值分析结果与试验值进行对比,验证了理论模型的可靠性。对混凝土二维钙溶蚀规律的分析结果表明:混凝土在软水及硝酸环境中的钙溶蚀深度都与时间的平方根成正比。     

环境水侵蚀下水泥净浆钙溶蚀的模拟与验证

钙溶蚀是导致水环境中混凝土等水泥基材料耐久性退化的重要原因之一。为获得软水环境下水泥净浆的钙溶蚀过程, 首先, 基于Fick定律及质量守恒定律, 利用钙溶蚀过程中材料骨架内固体钙含量和孔溶液中钙离子浓度之间的化学平衡关系及Newton边界条件, 建立软水环境下水泥净浆的钙溶蚀模型, 并通过有限差分法, 对该模型进行数值求解; 其次, 进行不同水灰比的水泥净浆试件在6M NH₄Cl溶液中的加速钙溶蚀试验, 测定该溶液中各水泥净浆试件在不同溶蚀时间的钙硅比与孔隙率, 并将所建立模型的计算结果与实测结果进行对比分析, 验证模型的合理性; 最后, 利用验证后的钙溶蚀模型, 数值分析了环境水侵蚀下水泥净浆薄板孔溶液中钙离子浓度、固体钙含量及孔隙率的时空分布规律。结果表明, 模型的计算结果与试验测试结果基本一致; 溶蚀前期, 试件中固体钙含量下降速度和孔隙率增加速率均较大, 溶蚀后期, 试件固体钙溶蚀速率和孔隙率的增加速率逐渐减小。     

考虑渗透溶蚀作用的防渗帷幕耐久性控制指标

帷幕是水工程常用的防渗结构,在其长期的服役过程中,渗透溶蚀会导致固相钙分解,渗透系数增大,防渗作用下降。目前,帷幕的渗透溶蚀耐久性缺乏控制指标,影响工程效益。在综合分析各种相关文献、试验和仿真模拟基础上,本文提出了水泥基材料渗透-溶蚀耦合分析模型,研究了渗透系数、固相钙成分对帷幕渗透溶蚀耐久性的影响,发现孔隙溶液的渗透流速影响帷幕的溶蚀进程,氢氧化钙和水化硅酸钙含量决定了最终溶蚀程度,建议采用帷幕孔隙溶液流速和氢氧化钙含量作为耐久性控制指标,当氢氧化钙含量控制在2%以下、帷幕孔隙溶液渗透流速不超过1×10~(-6)m/s时,帷幕渗透系数在运行50 a以后增大值在1个数量级以内。     

水泥基材料的溶蚀劣化研究进展与评述

溶蚀是水泥基材料与软水长期接触而引起水泥石脱钙造成微结构劣化和宏观性能降低的一种化学腐蚀,已成为水泥基材料最常见的劣化问题之一。简述了国内外水泥基材料溶蚀研究现状,重点论述了溶蚀特性,并讨论了其劣化过程和介绍了相关溶蚀模型;同时,特别指出了目前溶蚀研究中小孔对溶蚀进程的影响、粉煤灰抗溶蚀临界掺量、C-S-H脱钙起点等争议性问题,并对相关问题提出了个人见解。此外归纳了溶蚀劣化机理、基础研究理论、表征参数间的定量关系以及掺合物临界掺量等有待进一步研究的问题,以为有志于溶蚀研究的学者提供科研方向。     

渗漏溶蚀作用下碾压混凝土层(缝)面抗剪强度衰减规律试验研究

采用硝酸铵溶液循环浸泡的方式加速并模拟碾压混凝土层(缝)间渗漏溶蚀过程,应用直剪法测试抗剪强度,研究了溶蚀对混凝土层(缝)面抗剪强度的影响。结果表明,碾压混凝土层(缝)间渗漏溶蚀沿着缝面的法向逐渐向两侧混凝土的内部延伸,缝面溶蚀深度,即溶蚀前锋线至缝面的距离,用酚酞指示剂+电子探针线扫描技术测定,与钙离子累计溶出量呈线性关系,可以定量表征溶蚀程度。渗漏溶蚀引起缝隙两侧混凝土的孔隙率增大,微观结构变差,混凝土层(缝)面摩擦系数、黏聚力下降,但下降速率逐渐降低,衰减规律遵循牛顿冷却定律。试验数据拟合表明,基于牛顿冷却定律建立的以缝面溶蚀深度为自变量的抗剪强度衰减模型能够很好地反映碾压混凝土层(缝)面抗剪强度变化规律。     

腐蚀介质下粉煤灰混凝土宏微观性能的时变损伤

以2 mol/L NH₄Cl溶液为腐蚀介质,研究全浸泡条件下粉煤灰混凝土的耐蚀性能。溶蚀前,对粉煤灰混凝土进行气孔结构测试分析,研究溶蚀后的抗压强度损失以及溶蚀深度的变化幅度及变化规律,并采用核磁共振、场发射扫描电镜从机理上探讨不同粉煤灰掺量(0%、15%、30%、45%)混凝土溶蚀后的组织结构和孔隙的分布情况。研究表明:粉煤灰可细化混凝土内部孔隙,降低孔隙连通性并改善孔径分布,有效提高服役于水环境中混凝土的结构安全性和耐蚀性能。相对于普通混凝土溶蚀区域,粉煤灰混凝土溶蚀区域的内部生成了钙矾石晶体,说明钙矾石的生成可减轻溶蚀损伤。     

水泥砂浆受硫酸钠侵蚀时力学特性的尺寸效应研究

为了解水泥砂浆试件经海水侵蚀时的尺寸效应,分别采用3种尺寸的正方体试件放在硫酸钠溶液中侵蚀,后每隔一定时间取出部分试件进行单轴压缩试验,分析不同尺寸试件的单轴抗压强度、峰值应变和弹性模量的差异。研究结果表明试件经硫酸钠侵蚀时强度的尺寸效应存在一个临界值,随着试件尺寸的增加,侵蚀对强度的影响效应会呈现增加后减小的规律;不同尺寸的试件经硫酸钠侵蚀时,其峰值应变和弹性模量的差异没有强度的差异明显。     

粉煤灰掺量对碳化水泥浆体微结构的影响

为了探究粉煤灰掺量对水泥浆抗碳化性能的影响,采用压汞法、可蒸发含水量法、XRD衍射图谱等,研究了碳化作用下粉煤灰掺量对水泥浆体内部微观结构的影响。结果表明：掺入粉煤灰可促进水泥浆试件的碳化,粉煤灰掺量为30%时水泥浆试件的碳化深度最大;随着粉煤灰掺量的增加,水泥浆总孔隙率增大,碳化后总孔隙率减小,小孔所占比例增大,水泥浆的孔结构改善效果越好,碳化后钙矾石消失,生成CaCO₃;碳化有利于水泥浆试件裂缝的愈合,30%粉煤灰掺量试件养护后的平均裂缝宽度比养护前减小了72%。     

水泥净浆和水泥砂浆材料的Ⅰ型断裂韧度测定

本文针对水泥净浆和水泥砂浆两种灌浆材料，采用三点弯曲梁进行了不同强度、不同尺寸以及不同初始缝高比的断裂试验。根据水工混凝土断裂试验规程，利用试验中测得的最大荷载及对应的裂缝口张开位移计算了水泥净浆和水泥砂浆的失稳断裂韧度，并通过电阻应变片法确定的起裂荷载得到了二者起裂韧度的实测值。试验中发现，水泥净浆并不是一经起裂就失稳破坏，而是在失稳破坏前存在着一个比较明显的裂缝稳定扩展过程。结果表明，随试件强度的提高，两种材料的起裂韧度和失稳韧度均增大，而随试件尺寸和初始缝高比的变化，水泥净浆的起裂韧度和失稳断裂韧度     

基于CT的再生骨料生态多孔混凝土细观结构分析

为了研究以再生骨料为粗骨料的大孔径多孔混凝土的细观结构,将混凝土看作由骨料、砂浆基质、界面过渡区及孔隙等组成的多相复合材料。利用医用CT对试件进行扫描,获得CT图像和CT值等数据。分别考虑了不同预设孔隙率和不同再生骨料替换率的影响,采用Matlab图像处理技术对多孔混凝土各相组分进行直观表征,同时分别采用CT法和孔隙率测量试验法计算多孔混凝土的体积孔隙率,对比验证CT法测算体积孔隙率的可行性,最后采用阈值分割算法进行试件面层孔隙率计算,定量评价多孔混凝土孔隙分布的连续性与均匀性。结果表明:大孔隙率和高再生骨料替换率会导致多孔混凝土出现大孔隙增多、且形状由光滑圆形向不规则形状或矩形发展的趋势;对于振动成型的试件,沿高度方向面层孔隙率变化较大,且变化剧烈的部分集中在试件上部,孔隙率连续性较差;利用CT法测算试件体积孔隙率,结果与试验法相接近且略大于试验法;试件孔隙分布的均匀性与孔隙率呈负相关。