多年冻土季节活动层区引气混凝土孔结构演变规律与抗冻性研究

以多年冻土季节活动层区铁路、公路线路中桥梁的墩台基础混凝土灌注桩为背景,将持续-3℃养护下84 d时的引气混凝土和标养下28 d时的引气混凝土(两者抗压强度相同)的孔结构及抗冻性进行了对比分析,得出引气混凝土在-3℃养护环境下孔结构的演变规律和抗冻性能.结果表明:持续-3℃养护下混凝土平均孔径为标养下的1.48～1.63倍,气泡间距指数为标养下的1.37～1.61倍,孔隙率为标养下的1.25～2.02倍,且平均孔径随着含气量的增大先减小后增大,气泡间距系数随着含气量的增大而减小,孔隙率随着含气量的增大而增大;通过延长养护龄期抗压强度虽然最终可以达到标养下的抗压强度(龄期滞后),但混凝土的抗冻性能降低,其降低幅度不仅与含气量有关,而且与孔结构有关,含气量对混凝土抗冻性能的影响存在最优含气量,即最优含气量在3.2％左右.     

-3℃养护条件下不同含气量混凝土的微观孔结构及渗透性研究

采用气孔分析法和直流电量法对在-3 ℃条件下养护28 d的不同含气量混凝土的孔结构和渗透性进行了试验研究.结果表明:-3 ℃养护条件下,随着含气量的升高,混凝土的气孔间距系数减小,混凝土中孔径＜100 nm的气泡所占的比例逐渐减小,而孔径＞ 100 nm的气泡所占的比例逐渐增大,混凝土的电通量增大,混凝土的立方体抗压强度降低;-3 ℃养护条件对混凝土的孔结构和抗压强度影响较大,而对混凝土的抗氯离子渗透性影响更大.     

低温(3℃)养护条件下不同水胶比对引气混凝土孔结构参数及抗渗性的影响

针对西部寒冷以及盐渍土地区的灌注桩混凝土,主要研究了低温(3 ℃)养护环境下不同水胶比对引气混凝土孔结构参数以及抗渗性能的影响.试验结果表明:随着水胶比的增大,引气混凝土的孔隙率与气泡间距系数都呈现增大的趋势,低温养护条件下孔隙率与气泡间距系数大于标准养护条件下;低温养护条件下混凝土主要孔径分布范围明显大于标准养护条件;低温养护条件下混凝土抗渗性能小于标准养护条件下混凝土,随着水胶比的增大,抗氯离子渗透性能下降,水胶比越大,抗渗性能下降越快;混凝土电通量和氯离子迁移系数与混凝土孔结构参数(孔隙率、气泡间距系数、孔径分布)呈现高度正负相关.     

负温养护条件及水灰比对混凝土抗氯离子渗透性和细观结构影响试验研究

为研究养护条件和水灰比对混凝土抗氯离子渗透性和细观孔结构的影响规律与程度,采用气孔分析法和直流电量法对-3℃养护条件下和标准养护条件下的不同水灰比的混凝土28 d细观孔结构和电通量进行了测试.试验结果表明:-3℃负温养护条件下的混凝土气孔间距系数和平均气孔直径明显大于标准养护条件下的同种混凝土,孔径粗化严重,粗大孔明显增多;-3℃负温养护条件下的混凝土电通量值也明显大于标准养护条件下的混凝土,与细观孔结构测试结果一致.标准养护条件下,随着水灰比的提高,混凝土细观孔结构随之劣化,抗氯离子渗透性减弱;但在-3℃养护条件下,混凝土细观孔结构随着水灰比的提高反而优化,抗氯离子渗透性亦随之变强,究其原因,在-3℃养护条件下,随着水灰比提高,混凝土中液相水含量随之增大,水化反应更加充分,故出现上述现象.水灰比对细观孔结构和抗氯离子渗透性的影响程度较养护条件小,且随着水灰比的增大,养护条件对其影响程度减弱.     

不同含气量对-3℃养护环境下混凝土渗透性能的影响

在-3 ℃养护环境下,采用加速渗透法中的ASTM C1202直流电量法,就28 d时不同含气量对混凝土抗氯离子渗透性能的影响进行了试验研究.研究结果表明:含气量越大越能够提高混凝土抗氯离子渗透试验中的初始电流,最大电流增量及氯离子迁移电量,与标养下抗氯离子渗透性规律不同;含气量越大越能够降低混凝土的抗压强度,与标养下混凝土抗压强度规律相同.-3 ℃养护条件对混凝土的抗压强度影响较大,而对混凝土的渗透性能影响更大,即对混凝土的耐久性影响更大.     

低温变温(5℃→-3℃)养护下不同水灰比混凝土抗氯离子渗透性试验研究

为了研究低温变温(5℃→-3℃)养护条件下不同水灰比(0.24、0.27、0.31、0.38)混凝土的抗氯离子渗透性,采用直流电量法对低温变温养护下和标准养护下养护28 d的混凝土进行了抗氯离子渗透性研究.试验结果表明:低温变温养护下混凝土的电通量随着水灰比的增大而增大,这与标准养护下混凝土电通量的规律一致;低温变温养护下混凝土电通量与标养下混凝土电通量的比值随着水灰比的增大而减小;低温变温养护条件下混凝土的电通量是标准养护下混凝土的1.60～1.65倍;低温变温养护条件下混凝土的初始电流是标准养护下混凝土的1.55～1.58倍.说明在低温变温养护条件下混凝土的抗氯离子渗透性较差.     

不同养护条件下同等强度混凝土抗氯离子渗透性和细观结构对比分析试验研究

为研究不同养护条件下同强度混凝土抗氯离子渗透性和细观孔结构的差异,采用气孔分析法和直流电量法对-3℃养护条件下养护56 d和标准养护条件下养护28 d的抗压强度基本一致的混凝土的细观孔结构和电通量进行了测试.试验结果表明:两者抗压强度基本相同,孔隙率也基本相同,但-3℃负温养护条件下养护56 d混凝土的气孔间距系数和平均气孔直径明显大于标准养护条件下养护28 d的同种混凝土,粗大孔明显增多;-3℃负温养护条件下养护56 d的混凝土电通量值也明显大于标准养护条件下养护28 d的混凝土.在-3℃养护条件下,混凝土中部分液相水很快转化成冰,一方面降低了水泥的水化速率,另一方面,因水结成冰产生膨胀内应力,使内部孔结构劣化严重,故出现上述现象.因此,强度不能作为衡量混凝土性能优劣的唯一指标,强度相同而养护温度不同时,其抗氯离子渗性和细观孔结构也不同.     

养护温度和水灰比对混凝土微观孔结构及抗氯离子渗透性影响研究

为研究养护条件和水灰比对混凝土抗氯离子渗透性与微观孔结构的影响规律与程度,采用压汞法和RCM法对-3℃养护条件下和标准养护条件下的不同水灰比的混凝土28 d微观孔结构和氯离子渗透系数进行了测试.试验结果表明:-3℃负温养护条件下混凝土的临界孔径和最可几孔径明显大于标准养护条件下的同种混凝土,孔径粗化严重,粗大孔明显增多,其氯离子渗透系数也明显大于标准养护条件下的混凝土,与孔结构的发展规律一致.标准养护条件下,随着水灰比的提高,混凝土水泥石孔结构劣化,混凝土抗氯离子渗透性减弱;但在-3℃养护条件下,混凝土水泥石孔结构随着水灰比的提高呈现出先优化后劣化的趋势,混凝土抗氯离子渗透性变化规律亦与之相同.     

不同养护温度下混凝土的强度及抗氯离子渗透性试验研究

本文主要研究了不同养护温度下混凝土的强度及抗氯离子渗透性.通过测定出标准养护、3℃养护、-3℃养护以及变温(5→-3℃)条件下养护混凝土不同龄期的抗压强度,分析了低、负温养护下混凝土强度增长规律并与标准养护下混凝土强度进行比对得出:养护温度是影响混凝土强度的重要因素,前期养护温度越低,28 d的抗压强度越低;低、负温下养护时,混凝土的强度早期增长比标养下慢,后期增长比标养下快;变温养护下,3d前强度增长较快,3d后其强度的增长与-3℃养护的混凝土差不多.同时采用直流电量法对这四种养护情况下56 d时混凝土进行了抗氯离子渗透性研究,试验结果表明:养护温度越低,混凝土的抗氯离子渗透性越差.     

低温(3℃)养护条件下引气混凝土孔结构对强度与抗渗性的影响

主要研究了低温(3 ℃)养护环境下28 d、56 d龄期下引气混凝土孔结构参数对早期强度以及抗渗性能的影响.试验结果表明:随着含气量的增加,孔隙率增加,混凝土强度逐渐降低,抗渗性呈现先减小后增大的趋势;当掺入适量引气剂时,混凝土气泡间距系数达到最佳,此时氯离子渗透路径变长,抗渗性能达增强;低温(3 ℃)养护条件导致混凝土孔径分布劣化,主要孔径分布范围明显变大,随着龄期增长,混凝土孔径朝着大孔减小,小孔增大的趋势发展,但是发展速度比较缓慢.     

不同养护温度下引气剂对混凝土性能的影响研究

通过试验,研究了混凝土含气量的经时损失规律及其影响因素,以及养护温度和引气剂对混凝土强度、抗氯离子渗透性和微观孔结构等性能的影响.结果表明:新拌混凝土的含气量损失与混凝土的初始含气量有关,初始含气量越大,损失也会更大,且处于动态过程的新拌混凝土的含气量损失较静态过程更大;与标准养护条件相比,负温养护条件一方面会使混凝土内部的水化反应变慢,水化程度变低,另一方面水结冰也会引起体积膨胀,破坏混凝土内部的晶体结构,对混凝土内部孔结构造成了一定程度的损伤,使得混凝土抗压强度降低,电通量、气孔间距系数等参数增大;掺入引气剂会引入了大量的微小气泡,使混凝土内部小孔径的孔含量增多,在一定程度上会提高孔的连通性,从而相对减小混凝土受力面积,造成混凝土抗压强度降低,电通量增大,孔径分布也会朝着小孔径方向移动.     

3℃下含气量对混凝土强度、孔结构及抗冻性的影响

本文通过混凝土强度试验、压汞试验、孔间距系数试验和冻融循环试验,对低温(3±0.2)℃养护下不同含气量混凝土的强度、孔结构及抗冻性进行了研究.结果表明,低温养护下混凝土的强度比标准养护下混凝土的强度低;随着含气量的增大,混凝土净浆的总孔体积、总孔面积、比表面积和骨架密度均增大,但硬化后混凝土的孔间距系数和平均孔径减小,孔径分布更加均匀合理;随着含气量的增大,混凝土的抗冻性提高,但混凝土的强度会降低,所以含气量存在一个合理的范围.     

含气量对低温养护下混凝土早期实际强度及抗冻性能的影响研究

本文以低温(3±0.2)℃养护下引气混凝土为研究对象,采用压汞法、气孔分析法、快速冻融法测试了不同含气量低温养护下混凝土的孔隙结构及抗冻耐久性.结果表明:掺入引气剂,可使混凝土孔隙率、总孔体积、总孔面积增加,平均孔径、孔间距系数减小,孔径均匀分布,显著改善混凝土的内部孔隙结构,明显提高混凝土的抗冻耐久性.为更好的阐述含气量对混凝土实际强度的影响,本文通过测出的气孔结构,进一步推算出低温养护下混凝土的实际抗压强度,通过理论计算得出,随着含气量的增大,实际强度降低.     

低温养护下引气混凝土的孔结构对力学性能及耐久性能影响研究

本文通过对3℃、10℃及20℃养护下的含气混凝土进行孔结构、抗冻性、电通量及抗压强度的测试,研究了孔结构与混凝土的抗冻性、电通量及抗压强度的关系,结果表明:随着含气量的增大,混凝土孔结构变化由不明显到明显,抗冻耐久性先增强再逐渐变弱,电通量有一个先减小后增大的过程,抗压强度逐渐减小;随着温度的升高,混凝土孔结构变化明显,抗冻性及抗渗性逐渐增强,抗压强度逐渐提高.     

水胶比对混凝土性能及气孔结构的影响分析

通过试验,对不同水胶比下混凝土28 d龄期的抗压强度、氯离子电通量及微观方面的气孔结构和气孔特征参数进行了对比分析,研究了水胶比对混凝土宏观性能及微观孔结构的影响.结果表明:过量的自由水会在混凝土内部产生毛细孔,增大水胶比相当于变相增多了混凝土内部的孔隙数量,能够显著降低混凝土的抗压强度,但较大的水胶比又能够增强局部的水泥水化反应.对氯离子电通量而言,水胶比越大,毛细孔越多,孔含量越多,相对增大了连通孔隙的数量,氯离子电通量会呈现出增大的现象.随着水胶比的减小,孔径分布也有向小孔径方向发展的趋势.此外,抗压强度与较小孔径的孔含量及孔隙率的关联度计算结果较大,氯离子电通量与气孔间距系数的关联度计算结果较大,这说明小孔含量及孔隙率能够用来表征混凝土的抗压强度,气孔间距系数也能在一定程度上表征混凝土的耐久性.     

玄武岩纤维改善再生混凝土抗氯离子渗透性能研究

为研究玄武岩纤维对再生混凝土抗氯离子渗透性能的影响,本文对4种玄武岩纤维体积掺量(0%、0.2%、0.4%、0.6%)下5个粗骨料质量替代率(20%、40%、50%、60%、80%)的再生混凝土及1组普通混凝土进行了电通量试验,并利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和压汞法(MIP)从水泥水化和孔结构的角度探究了玄武岩纤维对再生混凝土抗氯离子渗透性能影响的微观机理。结果表明,玄武岩纤维显著提高了再生混凝土抗氯离子渗透性能,其中玄武岩纤维掺量为0.2%,粗骨料质量替代率为50%时改善效果最好且优于普通混凝土。基于FTIR发现玄武岩纤维是通过改变再生混凝土水化产物C-S-H的聚合度和CaCO₃的生成而改善其抗氯离子渗透性能。通过MIP得出最优组合掺量下,再生混凝土的孔径分布得到优化,孔隙率最小,进而提高了其抗氯离子渗透性能。     

养护温度对矿粉水泥石强度及细观结构影响研究

为研究不同养护温度下矿粉水泥石早期（28 d）强度及细观孔结构分布特征,设定水泥石的水灰比为0．24,以掺入不等量的矿粉为掺合料,分别将水泥试块在－3℃和20℃条件下养护28 d,测定水泥石的抗压强度,用孔结构分析仪对细观孔结构进行分析,并通过水泥石的孔隙结构计算水泥石的实际抗压强度,对比分析其规律。结果表明：矿粉掺量相同时,－3℃养护下水泥石较20℃养护下水泥石早期抗压强度明显降低,水泥石硬化后含气量变小,孔间距系数和气孔平均弦长增大,孔径粗化严重;随着矿粉掺量的增多,水泥石早期抗压强度呈下降趋势,水泥石硬化后含气量增大,孔间距系数和气孔平均弦长增大,其中－3℃养护下的水泥石孔间距系数、气孔平均弦长和早期抗压强度变化趋势较20℃养护下变化明显。     

基于暴露试验的大掺量粉煤灰混凝土耐久性试验研究

为研究海洋环境水位变动区大掺量粉煤灰混凝土的长期耐久性,利用华南地区12年现场暴露试验,研究了大掺量粉煤灰混凝土的抗氯离子渗透性,分析了长龄期时混凝土水化产物的微观产物与形貌及孔结构的演变过程,以及粉煤灰对混凝土耐久性的影响机理.结果 表明:大掺量粉煤灰可显著提升混凝土的抗氯离子渗透性能,延缓海水中氯离子的侵蚀速度,降低混凝土氯离子扩散系数,12年暴露龄期时30％ ～ 40％大掺量粉煤灰混凝土的氯离子侵蚀深度约为27 mm,氯离子扩散系数仅为0.24×10-12 ～0.41×10-12 m2/s,比空白混凝土降低了6倍以上;大掺量粉煤灰显著改善混凝土中孔结构的分布,降低了混凝土的孔隙率和平均孔径,粉煤灰中活性SiO2及Al2O3与水化产物CH反应生成C-A-S-H凝胶产物,提高了水化产物基团的聚合度,进而提升了凝胶产物的密实度,有效提升了混凝土的长期耐久性.     

陶瓷粗骨料混凝土抗氯离子渗透性能试验研究

试验采用电通量法研究了陶瓷粗骨料、矿物掺合料掺量对混凝土抗氯离子渗透性能的影响.试验结果表明:陶瓷粗骨料掺量对混凝土抗氯离子渗透性能影响不大,与普通混凝土一样,其渗透性能等级为Q-Ⅱ;28 d龄期时,电通量随着粉煤灰掺量的增大略有增加;龄期继续增长,粉煤灰的掺入明显改善了混凝土抗氯离子渗透性能.复掺硅粉后,随着硅粉的增加,混凝土的电通量明显降低,硅粉的掺入大大提高了混凝土的抗氯离子渗透能力.     

矿物掺合料对低水胶比混凝土抗氯离子渗透性能的影响

采用ASTM C1202-97方法测定混凝土氯离子电通量及渗透等级,主要研究了矿渣、粉煤灰、偏高岭土在单掺及不同比例复掺时对低水胶比混凝土抗氯离子渗透性能的影响.实验结果表明:矿物掺合料能有效改善低水胶比混凝土抗氯离子渗透性能.粉煤灰与矿渣复掺时,随着矿渣所占比例增加,混凝土氯离子渗透等级逐渐降低.水胶比为0.38,偏高岭土与矿渣复掺时随着偏高岭土所占比例增大,混凝土氯离子电通量先降低后增加,与基准组相比较,掺入比例为1∶1时其28 d氯离子电通量降低了93％.偏高岭土与矿渣复掺能有效改善混凝土的孔隙结构,孔径趋于细化,提高了混凝土抗氯离子渗透性能.