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。     

考虑表层损伤的混凝土硫酸盐侵蚀过程分析

服役过程中,混凝土表面会因为各种因素造成表层损伤。考虑了表层损伤造成的硫酸盐扩散系数差异,基于Fick第二定律和分子反应动力学,建立了考虑表层损伤影响的混凝土中硫酸盐侵蚀扩散反应方程及其有限差分求解模型,在此基础上开展了混凝土硫酸盐侵蚀过程数值模拟。研究结果表明,表层损伤对混凝土的硫酸盐侵蚀过程有明显影响,导致内部硫酸根离子浓度和膨胀性物质钙矾石生成量的增加,其影响随损伤程度及损伤区深度的增加而增加;混凝土表层损伤对内部硫酸根离子浓度分布的影响主要体现在侵蚀早期,而混凝土表层损伤对钙矾石生成量的影响体现在整个侵蚀过程。     

硫酸盐侵蚀下混凝土抗压承载力退化过程的数值分析

针对硫酸盐侵蚀下混凝土结构的承载力退化问题,以混凝土柱为研究对象,利用Fick定律和化学反应动力学原理,给出了硫酸根离子在混凝土截面内的二维扩散反应模型;根据硫酸盐侵蚀混凝土的损伤机理及已有的硫酸盐侵蚀试验结果,获得了混凝土强度损伤程度与硫酸根离子浓度及侵蚀时间之间的关系;通过平截面假定,建立了考虑硫酸盐侵蚀影响的混凝土柱轴向抗压承载力时变模型及其数值计算方法,并将该模型的计算结果与已有硫酸盐侵蚀混凝土的试验结果进行对比分析,验证了该时变模型及数值计算方法的正确性;最后,利用所建立的模型,对一素混凝土柱中硫酸根离子传输、混凝土强度损伤和轴向抗压承载力退化过程进行了数值分析。     

酸腐蚀下混凝土性能的变化

根据酸雨的特点配制了5种具有不同pH值、不同硫酸根离子浓度的酸性溶液,研究了混凝土在干湿循环、酸性溶液侵蚀30 d到150 d强度的变化、表层混凝土的吸水性以及其孔结构的变化。经过含有硫酸盐溶液的侵蚀后,混凝土强度的变化经过一个先降后升、然后再降低的过程;而经过不含硫酸盐溶液的侵蚀后,混凝土的强度持续下降。受不含硫酸根离子的酸性溶液侵蚀后,表层混凝土的孔隙结构变化较大,孔隙率增加、孔径增大。硫酸盐侵蚀产物的形成过程与混凝土的宏观性能的变化密切相关。     

干湿循环作用下再生混凝土中硫酸盐传输性能研究

研究了在干湿循环作用下,硫酸根离子在再生混凝土中的传输规律。采用分光光度计法定量表征不同深度处的水溶硫酸根离子浓度,研究再生粗骨料取代率(0,30%,50%,70%,100%)、矿物掺合料、水胶比、腐蚀龄期及干湿循环制度对其传输规律的影响。结果表明,再生粗骨料的掺入对硫酸盐传输有较为明显的影响。试验还表明,硫酸盐-干湿循环耦合作用下,粉煤灰和矿粉等矿物掺合料可阻碍硫酸根离子在再生混凝土中的传输,再生混凝土水胶比越小其水溶硫酸根离子浓度越小。随着腐蚀龄期增长,再生混凝土水溶硫酸根离子浓度大幅增加。与单一盐溶液侵蚀相比,干湿循环加剧了硫酸根离子在再生混凝土中的传输,其水溶硫酸根离子浓度随着循环次数的增加而增大。     

静力弯曲荷载作用下地下结构混凝土硫酸盐侵蚀试验研究

硫酸盐侵蚀是导致地下结构混凝土材料性能劣化的主要原因之一。进行了静力弯曲荷载与硫酸盐浸泡耦合腐蚀试验,测定并研究了混凝土残余抗弯强度退化规律和相对动弹性模量的发展规律;利用化学滴定方法(EDTA)测得了混凝土中硫酸根离子的浓度分布规律。试验结果表明,长期静力荷载及硫酸盐侵蚀的共同作用加速了混凝土材料中硫酸根离子的扩散和材料性能的劣化。     

氯离子对硫酸根离子在混凝土中扩散的影响

研究了不同氯离子浓度对硫酸根在混凝土中扩散的影响,以单一硫酸根离子浓度溶液、不同氯离子浓度与硫酸根离子为复合溶液作为侵蚀溶液对混凝土试块进行连续浸泡,采用比浊法对一定龄期的混凝土中的硫酸根离子含量进行测定,结果表明:氯离子的存在并不改变硫酸根在混凝土中的扩散规律,即硫酸根随着侵蚀深度的增加含量逐渐减少;氯盐浓度变化对硫酸根在混凝土中的扩散速度有较大的影响,硫酸根在混凝土中扩散速度随着氯盐浓度的增加而下降。     

硫酸盐侵蚀下轴心受压钢筋混凝土柱应力时变过程的数值分析

针对荷载和硫酸盐耦合作用过程中钢筋混凝土柱的应力分析问题,在已有混凝土内硫酸根离子扩散反应模型的基础上,进一步给出了硫酸盐侵蚀引起的混凝土损伤程度与硫酸根离子浓度及腐蚀时间之间的关系,建立了与损伤程度相关的混凝土腐蚀本构模型及轴压混凝土柱截面应力的计算方法,并通过数值模拟分析了柱截面内硫酸根离子传输、腐蚀损伤程度变化、截面应变和应力分布规律。结果表明:硫酸根离子浓度和混凝土损伤程度在柱截面内呈梯度分布,且受二维交互效应的影响明显;随腐蚀时间的增加,截面损伤区逐渐向内移动且其宽度增加,而混凝土应力在损伤区呈先增加后逐渐降低、在未损伤区基本呈线性增加的趋势。硫酸盐侵蚀过程中,轴压混凝土柱截面应力发生了明显的重分布现象。     

海洋环境下混凝土的硫酸盐腐蚀机理

海水中存在的硫酸根离子传输至混凝土内部将导致其腐蚀破坏。针对矿粉掺量0～65%的C40引气混凝土进行海洋潮汐区、大气区和水下区腐蚀1～2a,测试其水溶和酸溶硫酸根离子浓度分布;分析水泥净浆中的腐蚀产物类型及含量。试验结果表明:海洋不同腐蚀区带混凝土中硫酸根离子传输量及传输深度排序为:潮汐区水下区大气区。混凝土中反应硫酸根离子与总硫酸根离子的关系服从线性函数分布,反应量占总硫酸根离子量的90%以上,反应的硫酸根离子量随腐蚀龄期增加而增加。海洋潮汐区和水下区生成的腐蚀产物量高于大气区,主要是钙矾石和石膏;海洋大气区暴露混凝土的腐蚀产物为钙矾石。对于P.I.52.5水泥制备的C40混凝土而言,掺加65%的矿粉有助于提升混凝土抗海洋硫酸根离子侵蚀能力。     

硫酸盐侵蚀对混凝土强度的影响分析

为了明确硫酸盐浓度和侵蚀时间对于混凝土力学性能产生的影响,需要利用不同高浓度的硫酸盐溶液侵蚀混凝土;针对不同腐蚀时间的混凝土,开展单轴抗压试验,以明确在硫酸盐侵蚀过程中混凝土强度变化情况.根据结果可以明确,如果硫酸盐溶液浓度相同,增加了侵蚀时间之后,混凝土单轴抗压强度首先增加,随后再减少;在侵蚀前期,逐渐提高硫酸盐浓度,可以提高混凝土强度,而在腐蚀后期,降低硫酸盐浓度,混凝土强度随之降低.     

半浸泡硫酸盐环境中混凝土损伤表征及寿命预测

通过抗压强度、表面硬度、离子分布和微观分析方法表征硫酸盐半浸泡环境中混凝土试件的性能变化,研究了混凝土硫酸盐侵蚀机理,分析计算了硫酸根离子含量、表面硬度和抗压强度之间的关系,并建立了简易寿命预测模型。结果表明:混凝土硫酸盐侵蚀包括物理结晶破坏和化学反应破坏;混凝土内部硫酸根离子含量越高的区域,表面硬度越低,二者之间存在线性关系;混凝土表面硬度与抗压强度存在一定的线性关系。     

硫酸盐干湿循环作用内养护混凝土损伤研究

在硫酸盐干湿循环环境下,测试了混凝土抗压强度、相对动弹性模量、自由硫酸根和总硫酸根离子含量,结果表明:高吸水树脂会加速高水灰比混凝土强度下降速度,延缓低水灰比混凝土强度下降速度;相对动弹性模量呈现先下降后上升再下降的趋势,高吸水树脂延缓了混凝土相对动弹性模量下降的初始时间;掺加高吸水树脂后,混凝土自由和总硫酸根离子含量均增加,混凝土硫酸根离子反应量相应降低;降低混凝土水灰比有助于提升混凝土抗硫酸盐腐蚀能力,但其硫酸根离子反应量相应增加。     

电脉冲加速磷酸钾镁水泥硫酸盐侵蚀方法初探

为研究电脉冲对硫酸根在磷酸钾镁水泥中侵蚀扩散的影响,分别以两端不同的侵蚀溶液、不同侵蚀电压、频率及侵蚀时间作为变量进行电脉冲试验,通过分光光度法测定不同深度的硫酸根离子浓度来判定侵蚀效果。结果表明:当阴极端为MgSO_4溶液、电压为60 V、频率为30 s时侵蚀效果最明显,同时硫酸根浓度及其侵蚀深度随侵蚀时间的增加而增大。     

硫酸盐侵蚀混凝土扩散理论模型研究进展

硫酸盐侵蚀混凝土是研究混凝土结构耐久性的主要问题之一。混凝土内部的硫酸根离子与水泥水化产物发生反应形成石膏和钙矾石,这些可能会影响混凝土内部的孔隙结构的变化和造成结构损坏。从硫酸根离子进入混凝土内部的扩散机理来阐述硫酸盐侵蚀混凝土的研究进展,介绍了国内外典型扩散理论模型的提出,分析了现有理论模型所存在的问题,并提出硫酸根离子扩散过程中的随机性。     

基于混凝土表面氯离子浓度时变性的氯离子扩散模型研究

通过自然扩散法研究了钢筋混凝土在硫酸盐、氯盐作用下的耐久性,测定了混凝土表面氯离子浓度,建立水灰比及硫酸根对混凝土表面氯离子浓度影响的关系,并建立基于混凝土表面氯离子浓度时变性的氯离子扩散模型,结果表明:混凝土表面氯离子浓度随着侵蚀龄期的增长逐渐趋于稳定,并且稳定后的表面氯离子浓度随着水灰比的增加而逐渐增加;硫酸盐的存在不改变表面氯离子浓度的扩散规律,但是硫酸根的存在减小了稳定后的表面氯离子浓度。     

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。     

海工混凝土受硫酸盐影响的氯离子扩散规律研究

不考虑阳离子的影响,分析了混凝土中氯离子、硫酸根离子耦合扩散机理。针对海洋环境下混凝土劣化过程以钢筋锈蚀为主的情况,提出与氯离子结合能力和硫酸盐抗压抗蚀系数相关的氯离子扩散模型,并确定了参数的取值范围。通过试验验证,模型计算结果与试验实测结果吻合较好。数据分析结果表明:受硫酸盐影响的混凝土氯离子扩散系数,随时间的延长先减小后增大,随深度的增加而增大;当侵蚀时间足够长时,氯离子扩散系数随深度增加先增大,后减小。     

离子侵蚀对再生混凝土多重界面区(ITZ)性能的影响

通过研究氯离子和硫酸根离子侵蚀下再生混凝土不同界面过渡区的显微结构以及显微硬度变化,揭示了离子侵蚀对再生混凝土结构和性能的影响机理。结果表明:再生混凝土经氯离子侵蚀后,骨料老界面、骨料新界面、砂浆新界面的显微硬度逐渐降低,过渡区宽度逐渐增加;氯离子侵蚀前后,同种界面过渡区显微硬度值随着新浇筑砂浆强度等级的增加而增大,且氯离子扩散系数与界面过渡区宽度成正相关性;硫酸根离子侵蚀再生混凝土的界面过渡区宽度有所增加,显微硬度降低,界面区的致密性下降。     

多因素作用下地下粉煤灰混凝土抗压强度灰熵分析及微观结构

通过强度试验,运用灰关联熵分析方法,以水压力、荷载、硫酸盐、氯盐与侵蚀时间作为影响因素,研究地下粉煤灰混凝土抗压强度变化情况及其关联程度,结合SEM、XRD分析了不同工况下混凝土内部结构的微观变化。结果表明:灰关联熵分析方法可以有效区分多种因素的主次关系,在选取的五种因素中,硫酸盐与混凝土强度退化灰关联熵值最大;无水压力时,Cl^-会先进入混凝土内部与水泥水化产物生成Friedel’s盐。有水压力时,水压力加速硫酸根离子侵蚀混凝土试块,Cl^-结合能力减弱并且多以自由离子形式存在于粉煤灰混凝土中;随着侵蚀时间增加,多因素作用下粉煤灰混凝土生成产物石膏越来越多,内部结构越来越稀疏,使得抗压强度下降速率大于单因素与双因素作用下粉煤灰混凝土抗压强度下降速率。     

界面结构对低水胶比高性能水泥砂浆抗硫酸盐侵蚀性能的影响

本文研究了在低水胶比条件下,掺入磷渣超细粉和高效减水剂后水泥砂浆界面及其抗硫酸盐侵蚀性能。试验结果表明：界面结构仍然是影响高性能混凝土抗硫酸盐侵蚀的关键因素。界面为硫酸根离子提供进入通道,使砂浆内部结构受到侵蚀破坏,采用经加工处理的石英集料,可以提高水泥砂浆的抗硫酸盐侵蚀性能。