干湿循环与盐湖卤水侵蚀共同作用下喷射混凝土的劣化及其机理

通过对比普通混凝土、普通喷射混凝土和钢纤维喷射混凝土在(干湿循环+盐湖卤水侵蚀)共同作用下的外观形貌、抗压强度、物相组成和微观结构,研究了喷射混凝土的劣化及其机理.结果表明:(干湿循环+盐湖卤水侵蚀)150次时,普通混凝土外观形貌破损严重,喷射混凝土外观形貌较完整;普通混凝土抗压强度＜普通喷射混凝土＜钢纤维喷射混凝土;钢纤维喷射混凝土表层微观结构较为致密且存在CH,侵蚀产物石膏在侵蚀后期发生了二次反应;其劣化侵蚀机理包括NaCl、MgCl2、Na2SO4和MgSO4的物理结晶侵蚀及碳酸盐、硫酸盐和镁盐的化学侵蚀,但未发现氯盐的化学侵蚀产物,而喷射混凝土中还发生碳硫硅钙石型硫酸盐侵蚀.     

磷酸钾镁水泥中硫酸根离子扩散研究

通过磷酸钾镁水泥(Potassium magnesium phosphate cement,MKPC)在5％Na2 SO4溶液中的长期浸泡、冻融循环和电脉冲试验,并测定其中不同深度和不同侵蚀时间的硫酸根扩散浓度,分析MKPC在不同侵蚀环境中的硫酸根扩散规律,基于Fick扩散定律求解不同条件下硫酸根离子扩散系数.结果表明:MKPC在三种侵蚀条件中的硫酸根扩散浓度均随侵蚀时间增加而增大,且硫酸根最大扩散深度x与侵蚀时间t之间关系遵循幂函数x=atb;求得冻融循环和电脉冲的硫酸根扩散系数相比长期浸泡环境高一数量级,冻融循环和电脉冲均能有效加快硫酸根在MKPC中的迁移扩散.     

干湿交替对硫酸盐侵蚀喷射混凝土损伤层试验研究

为了研究硫酸盐侵蚀后喷射混凝土表面损伤层厚度变化,试验采用干湿交替方法,对同配合比普通混凝土、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.同时,对不同侵蚀龄期试件相对动弹性模量、质量损失率及力学性能进行测试,研究损伤层与试件性能之间关系.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;试件相对动弹性模量、质量损失率随着损伤层厚度增大而增大,试件力学性能随着损伤层厚度增大而减小,但均与损伤层厚度呈指数关系,用损伤层厚度表征试件硫酸盐侵蚀具有较好相关性.     

盐湖卤水侵蚀喷射混凝土衬砌耐久性能退化规律研究

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,造成喷射混凝土单层永久衬砌结构耐久性能下降.为系统研究盐湖卤水侵蚀喷射混凝土耐久性能退化规律,以5％Na2 SO4+5％MgSO4+3.5％NaCl混合溶液为侵蚀介质,采用干湿交替法,分别模拟盐湖卤水及隧道衬砌侵蚀方式,开展喷射混凝土耐久性试验.通过测试混凝土相对动弹性模量、质量变化率、相对抗压强度、损伤层厚度及混凝土中离子含量,研究卤水侵蚀喷射混凝土耐久性能退化规律.结果表明,高水胶比、未掺粉煤灰及高粉煤灰掺量喷射混凝土和模筑混凝土物理力学性能退化速度快,损伤层厚度快速增大,钢纤维可显著提升喷射混凝土抗侵蚀性能.随着侵蚀的进行,混凝土中水溶性钙离子及混凝土pH值下降,水溶性钠离子和氯离子含量增大,酸溶性硫酸根离子含量快速增大.混凝土表面水化产物含量降低,密实度下降,损伤层厚度增大,物理力学性能退化.     

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。     

碳化和应力作用对混凝土抗氯离子渗透性能的影响

碳化、氯离子侵蚀、应力三者共同作用对沿海地区混凝土结构耐久性具有重要影响.以C25级普通混凝土为研究对象,针对应力、碳化和氯盐三因素共同作用,借助室内试验手段,对混凝土试样进行加载及快速碳化试验,研究了碳化和应力作用下混凝土中的氯离子迁移规律.研究表明:碳化龄期短的混凝土试件,氯离子扩散系数会有很大程度的下降,随着碳化时间的增加下降速度不断减缓;碳化龄期较长的混凝土试件,氯离子扩散系数会略有升高.随压应力的增大,混凝土碳化深度逐渐减小,氯离子扩散系数也逐渐减小.     

矿渣混凝土在海洋环境中的氯离子扩散系数演变规律

本文根据自然扩散法的原理,在模拟海水环境中研究了普通矿渣混凝土(SGC)的氯离子扩散特性.探讨了暴露时间,养护龄期,矿渣掺量与混凝土氯离子扩散系数的关系.实验表明了混凝土试件的氯离子扩散系数同暴露时间之间呈幂级数衰减规律,随养护龄期的延长而减小,且随着暴露时间的延长而增加,并逐渐趋于稳定,且扩散系数与养护时间及矿渣掺量有关;当养护龄期达到100～ 150 d,扩散系数趋于平稳;矿渣掺量达到30％时,混凝土的表观氯离子扩散系数随暴露时间的降低速度最快.因此,适当延长养护龄期及掺入矿渣,有助于延长混凝土结构在海洋环境的服役寿命.     

喷射混凝土力学性能试验研究及预测模型建立

以喷射混凝土单层永久衬砌隧道为背景,采用干喷大板法,开展喷射混凝土力学性能试验.以宝鸡至兰州高速铁路麦积山隧道衬砌喷射混凝土配合比为基础,考虑水胶比、粉煤灰和钢纤维影响,研究喷射混凝土抗压强度和劈裂抗拉强度经时变化规律,建立相应的预测模型.结果表明:喷射混凝土早龄期强度较高.随着龄期增大,同配合比模筑混凝土强度增大并超过喷射混凝土,且二者差值逐渐增大.水胶比增大及钢纤维掺量减小,喷射混凝土强度减小;随粉煤灰掺量增大,强度先增大后减小.采用13组数据对抗压强度模型进行验证,其相对偏差的标准差为5.55,说明模型具有较好的适用性.喷射混凝土抗压强度和劈裂抗拉强度均呈正态分布,且二者之间呈指数关系.     

酸雨环境下粉煤灰混凝土抗压强度的灰关联分析

采用实验室模拟酸雨侵蚀试验,研究了酸雨环境下水胶比、粉煤灰掺量、pH值和SO2-4浓度这四个指标对粉煤灰混凝土抗压强度的影响,并用灰关联法分析了各因素对抗压强度的影响程度.结果表明:抗压强度随SO2-4浓度、粉煤灰掺量、水胶比的增大而下降,随pH值的减小而下降.酸雨环境下粉煤灰混凝土的抗压强度会显著降低,SO2-4浓度对其影响最大.     

粉煤灰混凝土在海洋环境中的氯离子扩散系数演变规律

在模拟海水环境中研究了普通混凝土和粉煤灰混凝土的氯离子扩散特性.探讨了养护龄期,暴露时间以及粉煤灰掺量对混凝土表观氯离子扩散系数的影响.结果表明:随着暴露时间的延长,混凝土的表观氯离子扩散系数呈幂指数衰减规律;且延长混凝土养护时间以及掺入粉煤灰可降低混凝土表观氯离子的扩散系数;当养护龄期达到180 d,表观氯离子扩散系数趋于平稳;当粉煤灰掺量达到30％,表观氯离子扩散系数随暴露时间的降低速度最快.因此,在海洋环境下,适当延长养护龄期及掺入粉煤灰对于延长混凝土结构的服役寿命有重要意义.     

弯曲荷载下喷射混凝土衬砌碳化耐久性研究

以一般大气环境长大喷射混凝土单层永久衬砌隧道为背景,开展弯曲荷载作用下喷射混凝土衬砌碳化耐久性试验.采用改进的四点弯曲法,对应力比为0、0.25、0.50和0.75的混凝土试件进行快速碳化试验,并对无荷载混凝土试件的抗压强度、劈裂抗拉强度及抗折强度进行测试.以张誉碳化模型为基础,对其碳化系数进行修正,建立考虑应力比、受力方式、钢纤维和成型方式的喷射混凝土碳化深度预测模型.结果表明:喷射混凝土碳化深度符合Fick第一定律,碳化系数与受力方式和应力比、钢纤维及成型方式有关.喷射混凝土碳化耐久性优于模筑混凝土,钢纤维可进一步提升喷射混凝土碳化耐久性.碳化混凝土相对抗压强度和相对劈裂抗拉强度随碳化深度增大而增大,相对劈裂抗拉强度与碳化深度呈指数关系.通过将模型预测值与试验值进行对比,其平均偏差小于10%,标准差为0.07,对弯曲荷载喷射混凝土碳化深度的预测具有较好的适用性.     

A new testing configuration for shrinkage cracking of shotcrete and fiber reinforced shotcrete

Shotcrete and fiber reinforced shotcrete are commonly employed to produce layers or linings with large surface area versus volume ratios. Restrained shrinkage cracking is hence an important concern. The common test set-up used for shrinkage cracking of concrete, with a ring specimen cast around a stiff steel form, is not applicable to shotcrete. A new testing configuration, consisting of a shotcrete specimen bonded to a steel I-section and angles, is therefore proposed. In this investigation, a finite element analysis was first performed to identify member sizes that provide a good compromise between the effectiveness of constraint and weight of steel members. Restrained shrinkage tests using this new configuration were performed for plain and fiber reinforced shotcrete. Despite the simplifying assumptions in the finite element analysis, the predicted degree of restraint is in reasonable agreement with test results. From the results, the proposed set-up is shown to be a practical and viable approach for investigating the shrinkage cracking behavior of shotcrete and fiber reinforced shotcrete.     

鹰潭市降水化学组成特征分析

对2002-2010年鹰潭市降水监测数据的综合分析和研究表明,研究时段内,降水pH值随着时间呈逐渐下降趋势,降水酸雨频率、电导率随时间呈上升趋势,降水中离子浓度的大小顺序为SO42-〉NH4＋〉NO3-〉Cl-〉Ca2＋〉F-〉Mg2＋〉K＋〉Na＋,其中SO4 2-和NH4＋是降水中高浓度离子,分别占总离子浓度的44...     

模拟循环冷却水中几种离子对碳钢腐蚀的影响

采用极化曲线和交流阻抗方法研究了模拟循环冷却水中的氯离子、硫酸根离子、碳酸氢根离子及钙离子等对碳钢腐蚀的影响.实验结果表明,氯离子对于碳钢腐蚀具有明显的促进作用,在含有氯离子的溶液中加入硫酸根离子、碳酸氢根离子或钙离子时,碳钢腐蚀加剧.而在含氯离子和碳酸氢根离子的溶液中加入钙离子时分为两种情况,当钙离子质量浓度较低时,...     

钢管自密实轻骨料混凝土变形性能试验研究

采用堆积密度分别为500 kg/m³、800 kg/m³的页岩陶粒和堆积密度为1 600 kg/m³的普通碎石作为粗骨料配制自密实轻骨料混凝土和普通混凝土,并成型了钢管轻骨料混凝土与钢管普通混凝土,对比研究了二者的收缩应变、轴压应力-应变变化规律和温度-应变变化规律。结果表明:随着粗骨料堆积密度的降低,同配比轻骨料混凝土的密度、强度和弹性模量均逐渐降低;相同龄期时,钢管轻骨料混凝土及其核心轻骨料混凝土的收缩应变均小于钢管普通混凝土及其核心混凝土的收缩应变,钢管与核心轻骨料混凝土的密贴性更好;钢管轻骨料混凝土的轴压应力-应变变化规律与钢管普通混凝土的基本相同,与钢管普通混凝土相比,钢管轻骨料混凝土的弹性模量有所降低,但比非钢管约束状态下轻骨料混凝土弹性模量的降低幅值有所减小;钢管轻骨料混凝土与钢管普通混凝土的温度-应变相当,均为4.0 με/℃左右。     

CFRP-PCPs复合筋混凝土柱偏压柱受力性能的试验研究

通过15根碳纤维预应力棱柱体复合筋(Carbon Fiber Reinforced Plastics Prestressed Concrete Prisms,简称"CFRPPCPs复合筋")混凝土柱进行偏心受压试验,考虑相对偏心距、复合筋配筋率、CFRP筋张拉控制应力和普通钢筋配筋率4个变化参数对复合筋混凝土柱受力性能的影响。观察了试件的受力过程及破坏形态,获取了试件开裂荷载、极限承载力、荷载-侧向变形曲线等重要数据,分析了4个变化参数对CFRP-PCPs复合筋混凝土柱偏心受压作用下的开裂荷载和极限承载力的影响规律。研究结果表明:CFRP-PCPs复合筋混凝土偏压柱与普通钢筋混凝土偏压柱的受力过程及破坏形态相似,试件的开裂荷载和极限承载力均随相对偏心距的增大而降低;提高CFRP筋张拉控制应力、增大复合筋配筋率和普通钢筋配筋率均能有效提高CFRP-PCPs复合筋混凝土柱的开裂荷载和极限承载力。     

大掺量矿物掺合料混凝土抗盐冻性能研究

开展了普通混凝土、复掺粉煤灰和矿粉的大掺量矿物掺和料混凝土(HVMAC)分别在清水、5％ MgSO4溶液、10％ NaCl溶液、5％ Na2SO4 +5％ MgCl2复合溶液中的快速冻融试验,以试件的质量、动弹性模量及抗压强度变化表征混凝土在盐冻作用下的抗冻性能.结果表明,两种混凝土试件在清水中的冻融破坏比盐溶液中严重,普通混凝土在MgSO4溶液中形成致密结构,破坏较小,在NaCl溶液中,HVMAC对溶液的吸收较小,其破坏程度较轻,混凝土在5％ Na2SO4 +5％ MgCl2复合溶液中几乎没有劣化,综合考虑,HVMAC的抗盐冻性最好.     

冷热循环下纤维混凝土与高强钢筋间粘结强度损伤模型

通过对普通混凝土(PC)、钢纤维混凝土(SFRC)、聚丙烯纤维混凝土(PFRC)与HRB500E钢筋进行冷热循环作用后的中心拉拔试验,研究不同类型混凝土的劣化机理,分析冷热循环对PC、SFRC、PFRC的质量损失、相对动弹性模量以及粘结强度的影响。试验结果表明:冷热循环后,混凝土的质量损失和动弹性模量损失增加,钢筋与混凝土的粘结强度下降;掺入钢纤维、聚丙烯纤维的试件,其粘结强度衰减有所减弱,并且聚丙烯纤维的抑制效果更为明显。结合试验数据,对国内外的Petersen模型、Xu模型和Wu模型进行对比分析,同时考虑冷热循环对相对动弹性模量和相对粘结强度的影响,基于Weibull概率分布理论和强度衰减模型,建立了纤维混凝土与高强钢筋间粘结强度劣化模型,并通过本文数据对其进行了验证,粘结强度实测值与计算值比值的平均值为0.97,标准差为0.07,两者吻合良好,可为冷热环境下纤维混凝土结构耐久性设计提供理论参考。     

塑钢纤维轻骨料混凝土氯离子渗透性试验研究

采用快速氯离子迁移系数法(RCM)对塑钢纤维轻骨料混凝土氯离子渗透性进行研究,主要考察了塑钢纤维掺量、陶粒类型和陶粒预湿时间三个影响因素对氯离子掺透性的影响.研究结果表明,塑钢纤维轻骨料混凝土氯离子扩散系数随纤维掺量的增大而减小,且掺量为9 kg/m3时,氯离子扩散系数值最小;相较于粉煤灰陶粒,页岩陶粒制备的塑钢纤维轻骨料混凝土氯离子扩散系数更低;陶粒预湿时间对塑钢纤维轻骨料混凝土的氯离子扩散系数影响不大,但未掺纤维的轻骨料混凝土氯离子扩散系数随陶粒预湿时间的增加而增大.     

风积沙混凝土的碳化试验研究与预测

用风积沙(沙漠沙)部分或全部替代普通河砂拌制混凝土具有重大的社会与经济效益.沙漠地区环境气候条件十分恶劣,研究风积沙混凝土在复杂环境下的耐久性能意义重大.设计制作了不同风积沙掺量(0、20％、40％、60％、80％、100％)的混凝土试块,并标准养护28 d,研究在实验室加速碳化3 d、7 d、14 d、21 d和28 d后的碳化规律.运用MATLAB拟合得到了风积沙混凝土的CO2扩散系数随风积沙掺量变化的数学表达式,并建立了以风积沙掺量为主要参数的碳化深度预测模型.模型的建立为风积沙混凝土在沙漠及周边区域的推广应用提供重要的参考.