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。     

初始损伤混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能EI北大核心CSCD

通过外观形貌、抗压强度损失率、硫酸根离子含量的变化,系统研究了干湿循环与硫酸盐耦合作用下初始损伤混凝土的劣化规律,建立了混凝土累积损伤模型;同时,采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、X射线计算机断层扫描仪(X-CT)揭示了混凝土的劣化机理.结果表明:随着初始损伤度的增大,试件破坏等级明显加剧;当干湿循环270次时,初始损伤程度为0%、10%和20%的混凝土抗压强度损失率分别达到34.6%、48.6%、67.5%,其表观硫酸根离子含量分别为1.87%、2.63%和3.83%;混凝土损伤速率随着干湿循环次数的增加而增大,且初始损伤混凝土的损伤速率增长幅度明显大于完整混凝土;干湿循环与硫酸盐耦合作用下混凝土的劣化表现为物理侵蚀和化学侵蚀,其中物理侵蚀为硫酸钠晶体的结晶析出,化学侵蚀为在孔隙及微裂缝中生成腐蚀产物而产生的膨胀破坏.     

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。     

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。     

硫酸盐侵蚀下硬化水泥浆体中硫元素分布规律的微观测试研究

利用SEM的BSE成像模式和EDS的Line(线扫描)模式测试了2.5%和5.0%硫酸钠溶液中侵蚀1年的水泥净浆试样中硫、钙、硅元素的分布趋势,定量描述与分析了试样中硫元素的分布规律及其产生的主要原因。结果表明:两种浓度硫酸钠溶液侵蚀下的试样,其表层浆体中硫元素含量较低,近表层区出现"高硫含量"带,"高硫含量"带以内,硫元素含量随试样深度的增加,开始下降明显,后缓慢下降,最终趋于稳定;但5.0%硫酸钠溶液中试样"高硫含量"带的宽度和硫元素含量峰值明显大于2.5%硫酸钠溶液中的试样。为进一步研究水泥基材料中硫酸根离子的传输规律及硫酸盐侵蚀下水泥基材料的损伤劣化机理提供了基础。     

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。     

氯盐、杂散电流共同作用下水泥基材料中硫酸根离子迁移行为的研究

通过加载杂散电流,以硫酸钠、硫酸钠-氯化钠作为腐蚀溶液,模拟地铁主体结构(钢筋混凝土)所处腐蚀环境。采用3%NaCl+5%Na_2SO_4复合腐蚀溶液,研究电场作用下水灰比对硫酸根离子迁移行为的影响,通过在5%Na_2SO_4腐蚀溶液中掺加不同量的氯化钠,探究氯盐掺量对硫酸盐侵蚀过程的影响。采用硫酸钡质量法测定硫酸根离子的含量,并运用XRD、DTG微观测试技术分析硫酸根离子的侵蚀机理。结果表明:杂散电流作用下,随着水灰比的增大,侵入净浆试件中的硫酸根离子含量增加;腐蚀溶液中氯盐掺量的增加,使试件内部的硫酸根离子含量降低,并且氯盐、杂散电流共同作用下硫酸盐对试件的侵蚀破坏是钙矾石和石膏共同作用的结果。     

轴压与硫酸盐耦合作用下混凝土强度劣化机理

为研究混凝土结构荷载与环境耦合作用下的混凝土性能劣化时变规律,对不同应力比的轴压荷载与不同浓度的硫酸钠溶液直接耦合作用下的混凝土强度劣化和微观机理进行了研究,轴压应力比取0%,15%,30%和45%,硫酸钠溶液浓度(质量分数,下同)取0%,5%和10%.结果表明:45%应力比的轴压荷载与硫酸钠溶液耦合对混凝土强度的劣化有显著促进作用;30%及以下应力比的轴压荷载与硫酸钠溶液耦合对混凝土强度的劣化有一定抑制作用,其中30%应力比的轴压荷载抑制作用最为显著;相比5%浓度的硫酸钠溶液,10%浓度的硫酸钠溶液对混凝土的劣化有显著加速作用.微观机理研究表明:轴压荷载与硫酸钠溶液耦合作用下,30%应力比作用下混凝土试件的界面过渡区劣化最轻,15%应力比作用下混凝土试件的界面过渡区损伤稍大于30%应力比作用下,45%应力比作用下混凝土试件的界面过渡区损伤劣化最严重;耦合作用下,微裂缝处的钙矾石和石膏等物质对界面过渡区的填充密实作用较小;随着侵蚀龄期的增加,界面过渡区微裂缝的劣化逐渐加重;在高应力比的轴压荷载与硫酸钠溶液耦合作用下,界面过渡区的劣化对混凝土性能影响更显著;在低应力比的轴压荷载与硫酸钠溶液耦合作用下,界面过渡区的劣化对混凝土性能影响不明显.     

不同劣化作用对混凝土力学性能的影响

为探讨混凝土力学性能在不同劣化作用下的变化规律,对3种类型混凝土分别在冻融循环、干湿循环、碳化和氯盐侵蚀条件下的抗压强度和动弹性模量进行了试验研究,结果表明:不同劣化作用对混凝土力学性能的影响机理不同,冻融循环对混凝土力学性能损伤较大,冻融循环300次时,3种混凝土抗压强度损失率依次为30.1%、51.4%、23.3%,动弹性模量损失率依次为2.8%、10.1%、21.6%,氯盐侵蚀和短期内的干湿循环对混凝土的力学性能损伤不明显,而碳化对混凝土力学性能有促进作用。标准养护条件下混凝土抗压强度与动弹性模量具有较好的相关性,但在不同劣化因素作用下,这种相关性随混凝土类型、劣化因素类型而发生改变。     

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。     

溶液浓度和温度对混凝土硫酸盐侵蚀速度影响

通过大量试验,采用强度损失、试件的长度变化和重量损失3种判定指标研究了溶液浓度和温度对硫酸盐侵蚀速度的影响。结果表明:侵蚀破坏速度随着溶液浓度增大和温度的提高而加快,但当浓度和温度超过某一数值后继续增加,侵蚀破坏的速度反而减慢。在各种影响因素下,硫酸钠侵蚀破坏的速度比硫酸镁侵蚀快。对硫酸钠型侵蚀,采用抗折抗蚀系数作为判定指标较为合理,而对硫酸镁型侵蚀,应该综合考虑抗折抗蚀系数和抗压抗蚀系数。     

掺矿物掺合料盾构管片混凝土的高温性能研究

混凝土作为盾构隧道中钢筋混凝土管片结构的关键组成部分,与钢筋混凝土结构的稳定性与耐久性密切相关,而不同矿物掺合料制备的混凝土性能存在差异。在800℃条件下,以所设计的混凝土钢筋保护层厚度处(50 mm)温度达到250℃的时间确定为耐火极限,研究了不同矿物掺合料制备的盾构管片混凝土在高温作用下的性能。结果表明:混凝土试件在经历高温作用时,其中心处的温度变化速率包括成峰,波动和平稳三个阶段。掺加25%矿粉试件(J2)的耐火极限为19 min,爆裂面积为7.06 cm2,测试结果优于纯水泥体系试件(J0)和掺加20%粉煤灰试件(J3)。J0,J2和J3达到耐火极限后冷却36 h的物理力学性能损失率相近:抗压强度损失率约为50%,弹性模量损失率约为40%。此外,J0,J2和J3的超声波声速值约为2.5 km/s。     

混凝土硫酸盐侵蚀速度影响因素研究

研究了水灰比、胶砂比、试件尺寸、预养方式、溶液浓度及温度对混凝土硫酸盐侵蚀速度的影响.结果表明:试件的水灰比越大、胶砂比越小、试件尺寸越小(比表面积越大),则硫酸盐侵蚀速度越快;提高养护温度、缩短养护时间可以加快硫酸盐侵蚀速度;硫酸盐侵蚀速度随着硫酸盐溶液浓度增大和温度提高而加快,但当浓度和温度超过某一数值后,硫酸盐侵蚀速度反而减慢.在各种条件下,混凝土硫酸钠侵蚀速度比混凝土硫酸镁侵蚀快;对硫酸钠型侵蚀,采用抗折抗蚀系数作为判定指标较为合理,而对硫酸镁型侵蚀,应该综合考虑抗折、抗压抗蚀系数.     

干湿循环下透水型生态混凝土硫酸盐侵蚀试验研究

对透水型生态混凝土在不同浓度硫酸盐干湿循环条件下进行了侵蚀试验,测定了透水型生态混凝土的抗压强度耐蚀系数、相对动弹性模量和质量变化率。并辅以SEM电镜和EDS成分分析,探究了不同浓度硫酸盐侵蚀下试件微观损伤过程和侵蚀破坏规律。试验结果表明:在硫酸盐干湿环境下,透水型生态混凝土的抗压强度耐蚀系数、质量变化率均呈现出先上升再下降的变化趋势。浓度越高,侵蚀破坏的周期越短。通过微观分析发现,试件侵蚀产物多为硫酸钠结晶、钙矾石和石膏以及少量碳化碳硫硅钙石结晶。此外,实验室烘干会加速试件本身和侵蚀结晶碳化,生成碳硫硅钙石结晶。     

Sulfate resistance of plain and blended cements exposed to wetting–drying and heating–cooling environments

Exposure conditions significantly affect the resistance of cements to sulfate attack. This article investigates the sulfate resistance of ordinary portland cement (OPC), sulfate resistant portland cement (SRPC), and blended cements with different proportions of natural pozzolan and Class F fly ash when subjected to different exposure regimes. Plain and blended cement mortar specimens were stored under three different conditions: (i) continuous curing in lime-saturated water, (ii) continuous exposure to 5% Na₂SO₄ solution at room temperature, and (iii) cyclic exposure to 5% Na₂SO₄ solution at room temperature in which the cycles consisted of wetting–drying and heating–cooling. The sulfate resistance of cements was evaluated by measuring the reduction in compressive strength and length change of mortar specimens up to one year of exposure. This study revealed that the performance of blended cements under sodium sulfate solution at room temperature was better than that of SRPC with a 3.6% C₃A content when the length change was considered. However, for the structures exposed to sulfate attack and cycles of wetting–drying and heating–cooling, SRPC was found to perform better than blended cements when the compressive strength losses were considered.     

混凝土在盐溶液中的抗冻性

采用快速冻融法,以剥落量和相对动弹性模量作为混凝土抗盐冻性能的评定指标,研究了混凝土在3．5%NaCl溶液、5%、7%和10%Na_2SO_4溶液以及海水中的抗盐冻性能。试验结果表明,引气对混凝土在NaCl溶液、Na_2SO_4溶液和海水中的抗盐冻性能均有显著改善作用;混凝土在各种盐溶液中冻融循环后的破坏现象和破坏机理不同;Na_2SO_4溶液的浓度对混凝土的抗盐冻性能没有明显影响。     

混凝土硫酸盐侵蚀双因素影响及干湿循环与连续浸泡差异分析

从物理侵蚀和化学侵蚀两方面论述硫酸盐侵蚀的破坏机理,综述了混凝土受硫酸盐侵蚀时,其自身特性及工作环境对侵蚀破坏的影响,结合物理侵蚀以及化学侵蚀作用机理,对干湿循环与连续浸泡方法的试验结果进行可能性的分析,并对混凝土硫酸盐侵蚀研究中存在的问题进行了总结。     

多因素作用对混凝土硫酸盐腐蚀的影响研究

研究了不同水灰比配制的混凝土在浸泡,干湿循环,弯曲荷载及其复合作用下的硫酸盐侵蚀规律;并用XRD等微观方法对侵蚀机理进行了表征.结果表明:混凝土在单一破坏因素作用下侵蚀规律与多因素共同作用下的侵蚀规律并不相同,多因素侵蚀作用的规律能更准确地反映实际工程中的侵蚀规律.     

Durability of copper slag contained concrete exposed to sulfate attack

Sulfate attack is one of several chemical mechanisms of concrete deterioration. Exposure of concrete structures in the sulfate environments may lead to detrimental chemical, microstructural, and physical changes in the concrete matrix, resulting in serious deteriorations and service life reduction. Partial replacement of cement with slag is one of the efficient methods for improving concrete resistance against sulfate attack. In this paper the performance of copper slag contained concrete in sulfate solution is investigated. In this regard, an experimental study including expansion measurements, compressive strength degradation and microstructural analysis were conducted in sulfate solution on concretes made by replacing 0%, 5%, 10% and 15% of cement with copper slag waste. The results of this study emphasized the effectiveness of copper slag replacement in improving the concrete resistance against sulfate attack.