多元胶凝材料体系再生混凝土复合盐侵蚀耐久性退化规律

我国西北地区土壤及地下水中含有大量侵蚀性硫酸根离子、镁离子与氯离子,导致在役再生混凝土(RAC)耐久性退化,严重制约了RAC在西北地区新建结构中的使用。为了研究多元胶凝材料体系RAC复合盐侵蚀耐久性退化规律,采用全浸泡、部分浸泡及干湿交替三种方式,分别模拟RAC结构构件不同部位的破坏方式,开展RAC耐久性试验。以相对动弹性模量、质量损失率及相对抗压强度为指标,研究不同侵蚀方式下RAC耐久性退化规律,分析多元胶凝材料体系中辅助胶凝材料的搭配方式及取代率对RAC耐久性退化的影响。全浸泡方式下,粉煤灰-矿渣双掺RAC相对动弹性模量下降较慢;部分浸泡方式下,辅助胶凝材料的引入降低了RAC抗复合盐侵蚀能力;干湿交替侵蚀方式下,RAC物理力学性能整体呈先增大后减小的趋势,多元胶凝材料体系RAC皆表现出优于纯水泥RAC的抗盐侵蚀能力     

硫酸盐侵蚀喷射混凝土损伤层及微观结构研究

为了研究硫酸盐侵蚀后喷射混凝土表面损伤层厚度变化,采用干湿交替方法,对同配合比模筑混凝土、喷射混凝土及钢纤维喷射混凝土进行硫酸盐侵蚀,利用超声波平测法对试件表层声时进行测定,采用回归方法对试验数据进行拟合,得出试件损伤层厚度。结果表明:随着干湿交替次数增加,试件表层超声波波速降低,试件密实度下降,损伤层厚度增大,用损伤层厚度表征试件硫酸盐侵蚀具有较好相关性。而后对硫酸盐侵蚀后喷射混凝土微观结构进行分析,发现喷射混凝土硫酸盐侵蚀破坏方式从初期钙矾石破坏转变为后期钙矾石、石膏复合破坏,且钙矾石及石膏含量随着交替次数的增多而增加;同时,对交替150次喷射混凝土试件进行钻孔分层取粉,对其进行物相分析及热分析,随着深度增加,试件中钙矾石含量先增大后减小继而平稳,但石膏含量持续减小,深度大于12mm时石膏含量为0。     

硝酸侵蚀环境喷射混凝土抗冻性试验研究北大核心

为研究硝酸侵蚀环境下喷射混凝土的抗冻性,对喷射混凝土和钢纤维喷射混凝土进行硝酸溶液快速冻融试验,并与同配合比普通模筑混凝土对比,得出三者抗冻性的差异,通过分析混凝土含气量、混凝土孔隙平均弦长探究混凝土抗冻性差异的机理,结果表明:掺加钢纤维能有效改善喷射混凝土抗冻性能;喷射混凝土初始含气量高,孔径弦长小,这是造成其抗冻性优于普通模筑混凝土的原因。     

复合盐侵蚀衬砌喷射混凝土耐久性退化研究

我国西部地区土壤及地下水中含有高浓度、及Cl,与隧道衬砌喷射混凝土发生一系列物理化学反应,造成其结构耐久性能退化。为系统研究复合盐侵蚀喷射混凝土耐久性能退化规律及机理,分别以10%Na2SO4溶液和5%Na2SO45%MgSO43.5%NaCl混合溶液为侵蚀介质,采用干湿交替法,开展喷射混凝土耐久性试验。、及Cl与氢氧化钙和铝相反应生成水镁石、石膏和Friedel盐,延缓钙矾石形成。复合盐侵蚀喷射混凝土物理力学性能退化速度明显小于硫酸盐侵蚀。硫酸盐侵蚀喷射混凝土以表面水泥砂浆和骨料的剥落为主,复合盐侵蚀主要以表面龟裂最终断裂为主,且裂缝中充满白色结晶盐。分析侵蚀喷射混凝土矿物组成和微观结构,硫酸盐侵蚀喷射混凝土产物主要为钙矾石和石膏,而复合盐侵蚀喷射混凝土产物组成复杂,包括碳硫硅钙石、水镁石、石膏、钙矾石、水化硅酸镁和结晶盐。硫酸盐侵蚀喷射混凝土中含量高于复合盐侵蚀,而混凝土pH值低。     

喷射混凝土抗冻性及冻融损伤力学行为实验研究

为系统研究喷射混凝土抗冻性能,采用快冻法,对普通喷射混凝土及钢纤维喷射混凝土进行快速冻融实验,并与同配合比模筑混凝土进行对比,研究模筑混凝土与喷射混凝土抗冻性能差异;而后对冻融循环后试件进行微观结构观察,分析其性能劣化机理。结果表明,随着冻融循环次数增加,试件相对动弹性模量、质量损失率、立方体抗压强度及劈裂抗拉强度呈下降趋势,且模筑混凝土性能衰减程度远大于喷射混凝土。而此时试件内部微气孔相互连通继而发展成为微裂缝,凝胶体在冻胀压力及过冷水渗透压作用下结构酥松且部分流失,进一步加剧试件性能劣化速度;钢纤维的加入可显著改善喷射混凝土内部微观孔结构,提高其抗冻性能。同时,对冻融循环50,100,150及200次后试件进行轴心抗压强度实验,分析冻融损伤对试件应力-应变曲线的影响。随着冻融损伤的加剧,试件弹性模量及峰值应力减小,峰值应变和极限应变增大,应力-应变曲线趋于扁平。经相同冻融循环次数作用时,钢纤维喷射混凝土峰值应变和极限应变增大,说明钢纤维的掺入可显著提高喷射混凝土延性及韧性。     

喷射混凝土快速碳化试验研究

通过快速碳化试验,探讨了喷射混凝土抗碳化性能和碳化后力学性能变化规律。试验结果表明:喷射混凝土较普通混凝土具有更好的抗碳化性能,其抗压强度、劈拉强度随碳化深度的增加快速提高;掺入钢纤维能进一步提高喷射混凝土碳化性能,减小碳化速率,还能显著提高喷射混凝土碳化后劈拉强度。同时,在分析钢纤维和施工方式对混凝土碳化影响的基础上,建立了喷射混凝土碳化深度模型。     

海洋水下区喷射混凝土中氯离子扩散性能研究

喷射混凝土结构是隧道支护的重要组成部分。位于海洋环境中的隧道工程,势必遭受氯离子的侵蚀。采用室内浸泡的方法模拟海洋水下环境,以喷射混凝土与普通混凝土中氯离子扩散性能差异为核心,主要研究混凝土施工方式对混凝土中氯离子扩散性能的影响。试验结果表明:施工方式对混凝土的抗氯离子渗透性能影响显著。相对于普通混凝土,喷射混凝土毛细吸附区深度略大,氯离子浓度峰值约为普通混凝土的2.51倍,氯离子扩散速率较大。加入钢纤维后,喷射混凝土抗氯离子渗透性能有所提高。运用Fick第二定律对喷射混凝土中氯离子含量进行非线性拟合,具有良好相关性,并初步建立了喷射混凝土与普通混凝土氯离子扩散系数的关系。     

Mg2+-SO42——Cl-侵蚀衬砌喷射混凝土耐久性能退化机理

盐渍土广泛分布于我国西北地区,其中含有高浓度的Mg~(2+),SO_4~(2–)及Cl~–,导致隧道衬砌结构耐久性能劣化。采用干湿交替法,以10%Na_2SO_4和5%Na_2SO_4+5%Mg SO_4+3.5%NaCl溶液为侵蚀介质,进行了喷射混凝土耐久性试验,以动弹性模量、质量及抗压强度为指标,分析了喷射混凝土耐久性退化规律。采用离子含量分析实验及X射线衍射、红外光谱、热分析、扫描电子显微镜等表征方法,研究了喷射混凝土耐久性退化机理及过程。结果表明:Mg SO_4–Na_2SO_4–NaCl侵蚀喷射混凝土耐久性能优于Na2SO4侵蚀。Mg SO_4-Na_2SO_4-NaCl侵蚀喷射混凝土pH值及Ca~(2+)含量高于Na_2SO_4侵蚀,而SO_4~(2–)含量低于硫酸盐侵蚀。Na_2SO_4侵蚀喷射混凝土耐久性退化过程分为钙矾石侵蚀、钙矾石/石膏共同侵蚀及石膏侵蚀3个阶段;Mg SO4–Na_2SO_4–NaCl侵蚀喷射混凝土耐久性退化过程分为水镁石/石膏/钙矾石侵蚀、水化硅酸钙分解及碳硫硅钙石形成、水化硅酸镁形成3个阶段。结晶盐形成并填充在喷射混凝土孔隙及微裂缝中,加速混凝土耐久性能退化。     

硝酸侵蚀/冻融循环共同作用下喷射混凝土耐久性能(II)——pH值及NO -3扩散#br#

为进一步研究硝酸侵蚀/冻融循环共同作用喷射混凝土耐久性能,试验采用固液萃取法和电化学法,测试喷射混凝土pH值和含量,讨论冻融损伤和喷射混凝土配合比对其孔溶液离子扩散的影响。结果表明,冻融损伤喷射混凝土中微裂缝数量增多并扩展,继而相互连通形成裂缝,硝酸扩散速度加快。喷射混凝土pH值随冻融循环次数增大逐渐降低,含量增大。高水胶比及粉煤灰掺量喷射混凝土pH值低,含量大。与普通喷射混凝土相比,喷射钢纤维混凝土离子含量变化幅度较小,抗冻性能较高。共同作用下喷射混凝土同时遭受H+、及冻融损伤三重作用。在硝酸化学侵蚀作用下,混凝土pH值快速下降,含量增加,水化产物被侵蚀或发生分解,使其矿物组成及微结构发生改变,促进微裂缝萌生。同时,在与冻融循环形成的盐冻作用下,混凝土表面水泥砂浆及骨料快速剥蚀,最终导致混凝土结构酥松,物理力学性能退化。     

盐湖侵蚀环境喷射混凝土耐久性能劣化规律及机理研究

我国西部地区盐湖分布广泛,土壤及地下水中含有高浓度硫酸盐、镁盐及氯盐,与衬砌喷射混凝土发生一系列物理化学反应,造成其结构耐久性能下降。为系统研究盐湖侵蚀环境喷射混凝土耐久性能劣化规律及机理,以5%Na2SO4+5%MgSO4+3.5%NaCl混合溶液为侵蚀介质,采用干湿交替法,分别模拟盐湖环境地下水及隧道衬砌侵蚀方式,开展喷射混凝土耐久性试验,对其物理力学性能、侵蚀产物矿物组成及含量、微观形貌、孔结构和离子含量进行测试分析。喷射混凝土SO2? 4含量随侵蚀时间快速增大,Cl-和Na+含量缓慢增大,而Ca2+和混凝土pH值降低。喷射混凝土侵蚀过程包含水镁石、石膏及钙矾石形成阶段,C-S-H分解和碳硫硅钙石形成阶段,M-S-H形成等三个阶段。最终,在碳硫硅钙石、水镁石、石膏、钙矾石以及结晶盐所形成的膨胀应力和结晶压力共同作用下,喷射混凝土内部孔数量及空气含量增大,形成网状裂纹,性能快速劣化。模筑混凝土微裂缝在盐结晶形成的结晶压作用下快速开裂,与气孔形成宏观裂缝导致断裂。钢纤维可显著消减喷射混凝土内部应力,提高其抗侵蚀能力。