煤矸石集料混凝土Na2SO4侵蚀试验研究

以Na2 SO4溶液浓度、水胶比、粉煤灰质量浓度和煤矸石质量浓度作为试验因素,进行了四因素三水平正交试验,对长期浸泡、干湿循环两种环境中的煤矸石集料混凝土抗硫酸盐侵蚀性能劣化规律展开研究.研究表明,混凝土在Na2 SO4溶液中的破坏过程分为两个阶段,侵蚀初期:混凝土的孔隙被侵蚀产物填充,致密了结构,抗压强度、动弹性模量、抗折强度等指标有所增加;侵蚀后期:膨胀性物质仍持续生成,结晶压力超过混凝土的抗拉强度,各指标从高位下降;在干湿循环作用下,各强度指标变化速率较长期浸泡组更快,说明干湿循环对试块的性能劣化更加显著;在各因素对抗压强度耐腐蚀系数、相对动弹性模量与抗压强度耐腐蚀系数的影响中,Na2 SO4溶液浓度和水胶比占主导作用;适量掺入煤矸石和粉煤灰对混凝土性能劣化起到一定的抑制作用.     

干湿循环作用下粉煤灰对砂浆抗硫酸盐侵蚀性能的影响

硫酸盐侵蚀是影响混凝土耐久性的重要因素之一.通过外观、抗压抗蚀系数、抗折抗蚀系数和膨胀率等宏观性能,研究了干湿循环作用下混凝土抗硫酸钠和抗硫酸镁侵蚀性能,并基于侵蚀产物相和孔结构结果分析了粉煤灰对其抗侵蚀性能的影响机制.结果表明:在硫酸盐和干湿循环两者共同耦合作用下,干湿循环的作用是促进硫酸盐的结晶,加速混凝土破坏.粉煤灰掺量为15％时砂浆抗侵蚀的性能最好,随着粉煤灰掺量继续增加,砂浆的抗硫酸盐侵蚀性能明显降低.与硫酸钠溶液劣化规律相对比,镁离子的存在减缓了砂浆的劣化破坏速度,砂浆的盐结晶损伤减轻,其原因在于侵蚀溶液中的氢氧根离子会与镁离子反应生成氢氧化镁沉淀在砂浆表面,抑制了硫酸根离子的向内扩散.     

盐卤-干湿循环耦合作用下纳米偏高岭土改性混凝土的性能

研究了盐湖卤水与干湿循环耦合作用下,纳米偏高岭土对混凝土抗压强度的影响,并利用X射线衍射、红外光谱、压汞实验和扫描电子显微镜-能谱分析对其影响机理进行分析。结果表明:纳米偏高岭土掺量对混凝土盐卤-干湿循环后的抗压强度演变规律影响很大,超过2%的纳米偏高岭土可显著降低混凝土经盐卤-干湿循环后的抗压强度损失率,改善混凝土应用于大温差盐湖地区时的性能。改性机理可归纳为纳米偏高岭土降低了混凝土中的有害孔比例,明显改善了孔径分布,使其原始微观结构更加密实;减小了混凝土中Cl、Na、Mg和S等离子的侵蚀深度和侵入量,进而减轻盐卤溶液中NaCl等盐在混凝土中结晶膨胀产生的物理破坏,减少Mg(OH)2和CaSO4·2H2O等化学腐蚀产物的富集;从而使得混凝土经盐卤-干湿循环后的结构破坏程度明显降低。     

含硝酸盐水盐体系降温过程研究

针对新疆硝酸盐矿开发过程中涉及到的水盐体系Na+//Cl-,SO42-,NO3- -H2O,研究了具有不同浓度特征的硝酸盐水盐体系在自然降温过程中液相组成及结晶规律的变化。研究表明：随着温度的降低,十水硫酸钠的结晶区扩大,复盐 Na2SO4·NaNO3·H2O和硫酸钠的结晶区缩小至消失,氯化钠、硝酸钠的结晶区变化不大;常温下处于不同盐类饱和状态下的溶液,降温过程中将出现不同的结晶路线;对于氯化钠、硝酸钠和 Na2SO4·NaNO3·H2O三盐共饱的卤水,随着温度的降低,三盐始终饱和并析出,但液相组成变化由3种盐的结晶速率共同决定。     

掺复合掺合料混凝土抗硫酸盐侵蚀性能研究

研究了钢渣-矿渣-粉煤灰复合掺合料的混凝土在硫酸盐及干湿交替硫酸盐环境中的强度、膨胀率及剥落量。结果表明:在干湿循环环境中,硫酸盐结晶引起的破坏远大于化学侵蚀引起的破坏。复合掺合料能有效抑制硫酸盐化学侵蚀引起的膨胀破坏,但掺加复合掺合料的混凝土抗硫酸盐结晶破坏的能力有明显降低。     

盐冻融与干湿作用下沥青混凝土的高低温力学性能分析

制备了沥青混凝土样品,并进行了不同次数的盐冻融干湿循环试验。在此基础上,测试了沥青混凝土的高温车辙深度、动稳定度和低温抗弯拉强度,得到了车辙深度、动稳定度和抗弯拉强度随盐冻融干湿循环次和盐浓度的变化规律,研究了盐冻融与干湿作用下沥青混凝土的高低温力学性能。研究结果表明:(1)沥青混凝土60min车辙深度随盐浓度的增加和冻融循环次数的增多而呈线性增长的趋势;(2)沥青混凝土的抗高温变形能力随盐冻融干湿循环次数的增多而逐渐弱化;(3)沥青混凝土的抗弯拉强度经历9次和15次盐冻融干湿循环后分别下降22%~26.4%和42.6%~51.5%;(4)冻融干湿循环次数一定时,沥青混凝土的抗弯拉强度随盐浓度的增加而缓慢下降,并且当盐浓度达到12%时,沥青混凝土的抗弯拉强度减小就很不明显。     

硫酸钠对水泥砂浆的物理侵蚀作用

采用150 g/L的硫酸钠溶液半浸泡的试验方法,以砂浆抗蚀系数为指标,研究了相对湿度和温度变化条件下,硫酸钠溶液的不同结晶产物Na2SO4(无水芒硝)与Na2SO4·10H2O(芒硝)对砂浆试件的物理侵蚀作用和不同条件下硫酸钠溶液的物理侵蚀特性及相关机理.结果表明:与环境温度变化条件相比,硫酸钠溶液在相对湿度变化条件下对砂浆试件造成物理侵蚀作用更为严重,这主要是在相对湿度变化条件下,硫酸钠溶液的结晶产物Na2SO4与Na2SO4·10H2O发生相互转化造成的.硫酸钠溶液形成Na2SO4结晶产物时,其对砂浆造成的物理侵蚀破坏作用较形成的Na2SO4·10H2O结晶产物更为显著.     

冻融腐蚀共同作用下浇注式沥青混凝土劈裂抗拉强度演化规律研究

为分析冻融和腐蚀共同作用下浇注式沥青混凝土劈裂抗拉强度的演化规律,采用两种浓度的NaCl和Na2SO4溶液对浇注式沥青混凝土进行了冻融腐蚀试验并在各个冻融腐蚀循环后进行劈裂试验,在试验数据基础上分析了试验现象的机理,建立了劈裂抗拉强度比的演化方程.研究结果表明:在冻融腐蚀共同作用下,浇注式沥青混凝土劈裂抗拉强度出现了降低现象,且下降幅度与腐蚀溶液浓度正相关,Na2SO4溶液比Nacl溶液造成的劈裂抗拉强度损失更大;冻融腐蚀现象的机理是沥青混凝土冻胀、沥青老化、化学腐蚀以及盐分结晶产生的体积膨胀共同作用的结果,建立的演化方程与试验数据高度吻合,能够反映冻融腐蚀共同作用下浇注式沥青混凝土的强度演化规律.     

硫酸盐侵蚀与冻融循环共同作用下混凝土损伤研究

对水胶比为0.45的引气混凝土分别在质量分数为1％ Na,SO4、5％ Na2 SO4、5％ MgSO4溶液及水中进行快速冻融试验,采用超声平测法测量混凝土损伤层厚度,分析了不同溶液中混凝土的损伤层、未损伤层超声波速及损伤层厚度随冻融循环次数的变化规律.结果表明:混凝土损伤层厚度能够反映硫酸盐-冻融共同作用下混凝土损伤程度;不同溶液与冻融共同作用下混凝土损伤程度有所不同,原因在于硫酸盐溶液对混凝土冻融破坏既存在抑制作用,又存在促进作用;随着硫酸钠溶液浓度的升高,硫酸钠溶液对混凝土的冻融破坏由促进作用逐渐转变为抑制作用,由于硫酸镁具有镁盐和硫酸盐的双重腐蚀,对混凝土的冻融破坏促进作用最大.     

集料中石盐对混凝土耐久性的影响

集料中掺杂的石盐会使混凝土表面形成黑斑,通过干湿循环、碱-集料反应、冻融循环、钢筋锈蚀等几个方面的试验,研究了集料中石盐对混凝土耐久性的影响.结果表明,干湿循环过程中NaCl结晶可使混凝土表面砂浆剥落,表面的石盐逐步迁移出混凝土,试件的体积没有明显变化.内部的石盐颗粒溶解与试验条件有关,当石盐溶解使砂浆中Cl-浓度达到一定值时,混凝土的抗冻性下降,碱-集料反应过程中膨胀率增大,同时可能引起钢筋锈蚀.     

不同种类硫酸盐溶液侵蚀下混凝土损伤研究

研究了混凝土在不同种类硫酸盐溶液与干湿循环作用下的损伤层厚度演化规律,分析了损伤层混凝土的力学性能,得到了损伤层混凝土抗压强度。研究结果表明：随着侵蚀时间增加,混凝土损伤层中超声声速降低,损伤层厚度增大,并且损伤层混凝土抗压强度明显降低。当混凝土损伤层越厚、声速越低时,其损伤程度越大。混凝土在硫酸镁溶液中的损伤层厚度最大,且抗压强度劣化明显,混凝土侵蚀破坏最严重;硫酸钠与氯化钠的复合溶液中混凝土损伤层厚度最小,其抗压强度降低最少,氯离子的存在降低了混凝土的损伤劣化程度。     

氯化钠、硫酸钠溶液对混凝土抗冻性的影响及其机理

研究了混凝土在质量分数为3．5％的氯化钠溶液、5．0％的硫酸钠溶液中的抗冻性,结果表明,不同的盐溶液对混凝土抗冻性有不同的影响,在氯化钠溶液中冻融时,混凝土表面产生严重的剥落;而在硫酸钠溶液中冻融时,质量损失小,原因在于氯化钠溶液冻结以后压缩塑尾较小,而硫酸钠溶液冻结后在压缩塑性很大,在溶液中冻融时混凝土的相对动弹性模量下降比在水中略为缓慢,但水灰比0．26的混凝土在硫酸钠溶液中冻融后期相对动弹性模量下降很快,过早破坏,原因在于经过一定时间硫酸盐侵蚀发挥作用以后与冻融破坏产生交互作用。     

干湿循环作用下混凝土力学性能及微观结构研究

为揭示混凝土在干湿循环作用下的劣化机理,本文对不同强度等级的混凝土进行干湿循环试验,并在试验过程中测定混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度、超声波速、孔隙率等物理量,探究了干湿循环作用对混凝土物理力学性能的影响,并从微观尺度上分析了混凝土强度与孔结构的关系。结果表明:混凝土的强度随干湿循环次数的增加先升高后降低,干湿循环40次后,C20、C30、C40、C50混凝土的相对抗压强度分别下降了13.33%、12.47%、8.45%、6.58%,相对劈裂抗拉强度分别下降了25.93%、23.06%、20.59%、19.03%,相对劈裂抗拉强度较抗压强度衰减更为显著;超声波速和超声波幅表现出不同的变化规律,随着干湿循环次数的增加,超声波速先略有增加而后减小,超声波幅则不断增大;在干湿交替的环境中,混凝土试样的孔隙率、孔隙总体积、平均孔径、中值孔径、最可几孔径随着干湿循环次数的增多,先减小后增大,最终表现出孔径粗化特征,这也是混凝土强度后期损失的内在原因。     

干湿循环-硫酸盐耦合作用下混凝土相对动弹模灰熵关联度分析

为研究混凝土在干湿循环与硫酸盐耦合作用下的损伤劣化,本文以相对动弹模为测试指标,通过试验研究了混凝土的相对动弹模在各个不同影响因素(粉煤灰的掺量、水胶比、Na2SO4的浓度、先期养护时间、不同的干湿循环制度(烘浸时间比))下随腐蚀龄期的演变规律.采用灰熵关联度理论分析了在不同腐蚀龄期各影响因素对混凝土相对动弹模的关联程度.结果表明:在干湿循环与硫酸盐耦合作用下,随着腐蚀龄期的增长,混凝土发生不同程度的损伤劣化,混凝土的相对动弹模也表现出不同程度的下降.不同腐蚀龄期,相对动弹模各影响因素的灰熵关联度排序是一致的.各影响因素对相对动弹模的灰熵关联度由大到小的排序为:水胶比、Na2SO4的浓度、不同的干湿循环制度(烘浸时间比)、先期养护时间、粉煤灰的掺量.     

冻融循环条件下氯化钠浓度对混凝土内部饱水度的影响

研究了在冻融循环条件下,NaCl浓度对混凝土内部溶液吸入量和饱水度的影响.结果表明:在冻融循环条件下,混凝土的饱水度增加速率在周围覆盖NaCl溶液时明显高于周围覆盖水时的,且吸入溶液量随浓度提高而增加.混凝土吸入溶液量随融化时间的增加而迅速降低,直到达到平衡;在冻融循环条件下,混凝土吸入溶液速率和饱水度增加速率明显快于常温浸泡条件下的.通过把冻融过程分成3个阶段,分析了混凝土受冻或盐冻破坏的机理.     

特性环境对水泥砂浆硫酸盐侵蚀类型的影响

研究了硫酸盐种类(Na2SO4,MgSO4)及温度(5 ℃,20 ℃)等影响因素对水泥砂浆硫酸盐侵蚀类型的影响,以明确碳硫硅酸钙型硫酸盐侵蚀的特性环境条件.试验结果表明:掺加石灰石粉的水泥砂浆试件置于5% MgSO4溶液、5 ℃及20 ℃温度环境下浸泡450 d后,均能生成碳硫硅酸钙.而一般水泥砂浆试件置于5% Na2SO4溶液、5 ℃及20 ℃温度环境浸泡侵蚀后,未生成碳硫硅酸钙.证明水泥混凝土在＞15 ℃的硫酸盐侵蚀环境下亦可生成碳硫硅酸钙,而Mg2 的存在对碳硫硅酸钙的形成过程具有加速催化作用.     

Micro-Analysis of ＂Sulfate Salt Weathering Distress on Concrete＂：Ⅱ.Concrete

运用环境扫描电镜、能谱仪和X射线衍射等微观分析手段研究了稳定环境中,半浸泡混凝土试件在硫酸钠和硫酸镁溶液中的劣化破坏特征,以及混凝土碳化对＂混凝土硫酸盐结晶破坏＂的影响。结果表明：粗骨料界面过渡区生成的大量钙矾石和石膏等晶体是引起混凝土试件劣化的原因;在碳化混凝土内发现了硫酸钠结晶破坏现象。     

石灰石粉对水泥基材料抗硫酸盐侵蚀性的影响及其机理

用天然石灰石粉等质量取代水泥20%和30%,将制备的水泥净浆和砂浆试件常温浸泡在0.35 mol/L Na2SO4溶液中,测量试件的线长度和抗折强度随浸泡时间的变化.结果表明:石灰石粉对水泥基材料的抗硫酸盐性有严重的影响,它们使水泥基材料在硫酸盐环境中的强度急剧下降并导致水泥基材料产生较大体积膨胀,引起开裂.掺石灰石粉的水泥基材料主要因形成大量较大尺寸的石膏晶体而膨胀开裂.石膏的形成导致硫酸盐侵蚀水泥基材料产生膨胀开裂.因此,在硫酸盐侵蚀环境下,不宜采用含石灰石粉的复合水泥或将石灰石粉作为矿物掺合料制备的混凝土.     

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.     

粉煤灰与矿渣、硅灰复掺混凝土干湿循环下抗硫酸盐侵蚀性能研究

为探索粉煤灰与矿渣、硅灰复掺混凝土干湿循环作用下的抗硫酸盐侵蚀性能,在室内开展了三组掺合料混凝土在3种不同浓度硫酸根溶液侵蚀以及4种硫酸盐溶液侵蚀下的干湿循环和抗压试验。结果表明:掺合料种类对混凝土抗硫酸盐侵蚀能力的影响较大,掺入硅灰能明显提升混凝土抗硫酸盐侵蚀能力,复掺15%粉煤灰+30%矿渣+5%硅灰试验组的抗硫酸盐侵蚀能力最强;硫酸根离子浓度越高,生成的钙矾石和石膏量越多,混凝土的抗侵蚀能力越弱;MgSO_4对混凝土的侵蚀能力强于Na_2SO_4,掺入NaCl能减弱硫酸盐的侵蚀能力,混凝土对四种硫酸盐的抗侵蚀能力大小依次为:5% Na_2SO_4+3.5%NaCl>5% Na_2SO_4>5%MgSO_4+3.5%NaCl>5%MgSO_4。