硫酸盐侵蚀下水泥砂浆应力应变曲线及性能劣化研究

为分析硫酸盐侵蚀引起的混凝土弹性模量、抗压强度等力学性能劣化规律,开展硫酸盐侵蚀下水泥砂浆应力应变关系的试验研究。首先,采用增设高强度弹簧钢的方法,研制了一种经济实用的测试装置,调查硫酸盐腐蚀砂浆试件的应力-应变全曲线及其时变力学性能;然后,结合其微结构形貌及孔隙率的演变,分析硫酸盐侵蚀下水泥砂浆性能的劣化原因。最后,利用最小二乘法对力学性能的试验数据进行拟合,以硫酸盐溶液浓度与浸泡时间为变量,确定水泥砂浆化学损伤程度的数学表达式。研究结果表明：硫酸盐侵蚀不会改变水泥砂浆应力-应变曲线的形状,但会导致其力学性能退化;而数学拟合公式可定量分析浸泡于不同浓度硫酸盐溶液中的水泥砂浆力学性能的时变劣化程度。     

硫酸盐侵蚀环境因素对混凝土性能退化的影响

考虑硫酸盐侵蚀的阳离子类型、侵蚀溶液浓度、侵蚀溶液的PH值等环境因素影响，研究了环境因素对受硫酸盐腐蚀的混凝土性能退化的影响，对在不同侵蚀环境下受腐蚀混凝土试件的抗压强度、抗折强度进行了测试，实验结果表明，在腐蚀后期硫酸钠溶液中混凝土强度降低幅度比在硫酸镁溶液中混凝土强度降低幅度大；随腐蚀溶液浓度的增大和pH值的降低，混凝土强度衰减率增大，对各种环境条件下不同腐蚀阶段的混凝土进行了超声声速测试，测试结果表明：随混凝土强度的降低，超声波在混凝土中的传播速度降低，两的变化规律具有一致性，超声声速的变化可以反映不同腐蚀程度混凝土强度的变化情况。     

长期浸泡下混凝土受硫酸盐侵蚀试验研究

通过观察,试块表观现象在一定程度上反映了硫酸钠溶液对混凝土侵蚀的严重程度,质量变化反映了硫酸钠侵蚀产物随时间的生成及变化规律,通过力学试验研究了硫酸钠溶液浓度、水灰比、长期浸泡对混凝土抗压和劈裂抗拉强度的影响规律。结果表明：试块质量呈现先下降、后上升、再下降的总趋势,低水灰比混凝土的强度对硫酸钠溶液侵蚀较为敏感,侵蚀溶...     

硫酸盐腐蚀环境下CFRP-混凝土界面性能研究

通过10%硫酸钠溶液加速劣化试验,研究CFRP-混凝土粘结界面的力学性能,包括混凝土圆柱体的抗压强度、 CFRP片材的拉伸强度、混凝土的抗压强度及弹性模量.通过CFRP-混凝土粘结界面的单剪试验,研究硫酸钠溶液浸泡对CFRP与混凝土剪切粘结性能的影响,采用SEM和XRF等从微观层面探讨硫酸盐腐蚀机理.研究表明,硫酸钠溶液浸泡对CFRP的拉伸强度无影响;混凝土会受到硫酸盐的侵蚀,侵蚀程度与浸泡时间相关;因树脂的保护作用,10%硫酸盐溶液腐蚀118d对CFRP-混凝土界面的粘结性能基本无影响.     

混凝土的硫酸盐侵蚀机理及其影响因素

通过分析混凝土硫酸盐侵蚀反应类型,阐明了混凝土硫酸盐侵蚀机理;通过对混凝土组分、混凝土内部孔隙类型及其分布、侵蚀溶液及混凝土所处的工作环境的研究,探讨了影响混凝土硫酸盐侵蚀的因素,并在此基础上从降低混凝土组分与硫酸盐反应的活性和改善混凝土的孔隙结构等方面提出了提高混凝土抗硫酸侵蚀能力的思路和途径.     

混凝土的硫酸盐侵蚀机理及其影响因素

通过分析混凝土硫酸盐侵蚀反应类型,阐明了混凝土硫酸盐侵蚀机理;通过对混凝土组分、混凝土内部孔隙类型及其分布、侵蚀溶液及混凝土所处的工作环境的研究,探讨了影响混凝土硫酸盐侵蚀的因素,并在此基础上从降低混凝土组分与硫酸盐反应的活性和改善混凝土的孔隙结构等方面提出了提高混凝土抗硫酸侵蚀能力的思路和途径.     

干湿交替环境下混凝土受硫酸盐侵蚀劣化机理

通过试验模拟干湿循环作用下混凝土受不同质量分数硫酸钠的侵蚀特点,从不同侵蚀时间后混凝土的表观特征、质量经时变化规律、混凝土中硫酸根离子分布、侵蚀深度、混凝土轴心抗压强度、劈裂抗拉强度经时退化规律、变形经时变化规律等方面全面衡量混凝土的硫酸盐侵蚀损伤特征;讨论硫酸盐溶液质量分数、侵蚀龄期对混凝土损伤累积规律的影响;根据SEM图像分析受蚀混凝土的微观结构特征,揭示了干湿循环和硫酸盐侵蚀共同作用下,不同侵蚀时期后混凝土损伤的演变机理.试验结果表明,在干湿循环作用下硫酸钠对混凝土的侵蚀损伤是侵蚀产物与硫酸盐结晶膨胀共同作用的结果;在侵蚀初期由于晶体的填充密实作用,使得受蚀混凝土的质量、强度与延性增大;随着侵蚀时间的延长,混凝土不仅受到钙矾石、石膏等侵蚀产物的膨胀损伤作用,而且叠加了干湿循环过程中Na2SO4·10H2O的结晶膨胀作用,使得混凝土损伤反复进行并不断累积,加速了混凝土的受蚀劣化速度,质量、强度逐渐降低,脆性变大;由于拉应力的叠加效应,混凝土劈裂抗拉强度对硫酸盐侵蚀损伤更敏感.     

海工水泥抗硫酸盐侵蚀机理

采用浸泡抗蚀性能试验方法 （K法）,对比研究了海工水泥和普通硅酸盐水泥的抗硫酸盐侵蚀性能。使用X射线衍射（XRD）、热重分析（TGA）、电子扫描（SEM）和电子计算机断层扫描（Computed tomography, CT）分析了两种水泥硫酸盐侵蚀前后矿物成分和微观结构的变化,进行了机理分析。结果表明：海工水泥抗硫酸盐侵蚀性能优于普通硅酸盐水泥,海工水泥在3%硫酸钠溶液中浸泡11个月后侵蚀系数为1.03,而普通硅酸盐水泥为0.22。海工水泥主要水化产物为水化硅酸钙、钙矾石和较少的氢氧化钙,其在3%硫酸钠溶液中浸泡后生成微量二水石膏,不会对基体产生破坏。除水化硅酸钙和钙矾石外,普通硅酸盐水泥的水化产物中有较多的氢氧化钙和单硫型水化硫铝酸钙,其在3%硫酸钠溶液中会生成大量的二水石膏和钙矾石,两者的结晶膨胀会引起基体开裂。     

混凝土硫酸盐侵蚀破坏分析与研究

为保障工程安全运行,延长工程使用寿命,将不同配合比混凝土浸泡在不同质量分数的硫酸盐溶液中,探究半浸泡试验条件下混凝土硫酸盐侵蚀的影响因素和破坏机理.结果表明:侵蚀过程中,试件质量随浸泡时间的增加,呈现先增后减的变化趋势,Na2SO4质量分数越高的溶液,试件的质量损失率越大,试件性能劣化越严重;在半浸泡条件下,混凝土抗压...     

硅灰对水泥净浆抗硫酸盐侵蚀性能的改善作用

将水泥净浆试件在5%Na2SO4溶液中长期浸泡,用试件强度随浸泡时间的变化和试件中物相的XRD分析,研究了硅灰对水泥净浆抗硫酸盐侵蚀性能的影响.在Na2SO4溶液侵蚀下,普通硅酸盐水泥净浆试件强度随浸泡时间先增长,然后急剧降低;外观和XRD相分析表明,其原因是由于形成了膨胀性钙矾石,造成试件开裂破坏;加入硅灰的水泥净浆试件强度损失明显减小,尤其是抗折强度没有降低,其抵抗强度下降系数还略有增加;原因是由于硅灰的稀释作用和火山灰效应减少了水泥净浆中Ca(OH)2的量,从而降低了水泥净浆试件在硫酸盐溶液侵蚀下形成的膨胀性钙矾石的量.因而,硅灰对水泥混凝土抗硫酸盐侵蚀性能有改善作用.     

硫酸盐侵蚀混凝土中硫酸根离子分布的神经网络预测分析

基于BP神经网络算法,以硫酸盐侵蚀混凝土试验数据为训练样本,建立了考虑工作环境条件、硫酸盐溶液浓度、循环次数和侵蚀时间等影响因素的硫酸盐侵蚀混凝土中硫酸根离子沿侵蚀深度分布的内推与外推预测模型.经验证,该模型具有良好的预测效果,为混凝土结构的耐久性研究提供了新的途径.     

应力状态下混凝土受硫酸盐侵蚀深度的神经网络预测分析

基于BP神经网络算法,以硫酸盐侵蚀混凝土试验数据为训练样本,建立了考虑硫酸盐侵蚀溶液浓度、混凝土拉压应力水平和侵蚀时间等影响因素的硫酸盐侵蚀混凝土深度的内推与外推预测模型.经验证,该模型具有良好的预测效果,为混凝土受硫酸盐侵蚀的耐久性研究提供了一种有效方法.     

硫酸盐侵蚀下轴心受压钢筋混凝土柱应力时变过程的数值分析

针对荷载和硫酸盐耦合作用过程中钢筋混凝土柱的应力分析问题,在已有混凝土内硫酸根离子扩散反应模型的基础上,进一步给出了硫酸盐侵蚀引起的混凝土损伤程度与硫酸根离子浓度及腐蚀时间之间的关系,建立了与损伤程度相关的混凝土腐蚀本构模型及轴压混凝土柱截面应力的计算方法,并通过数值模拟分析了柱截面内硫酸根离子传输、腐蚀损伤程度变化、截面应变和应力分布规律。结果表明：硫酸根离子浓度和混凝土损伤程度在柱截面内呈梯度分布,且受二维交互效应的影响明显;随腐蚀时间的增加,截面损伤区逐渐向内移动且其宽度增加,而混凝土应力在损伤区呈先增加后逐渐降低、在未损伤区基本呈线性增加的趋势。硫酸盐侵蚀过程中,轴压混凝土柱截面应力发生了明显的重分布现象。     

硝酸侵蚀衬砌喷射混凝土中性化过程及机理

以一般大气环境喷射混凝土永久衬砌长大公路隧道为工程背景,开展汽车尾气中氮氧化物对喷射混凝土衬砌结构中性化过程及机理研究。以pH值为2的硝酸溶液为侵蚀介质,对喷射混凝土开展浸泡试验。以侵蚀喷射混凝土的物理力学性能及离子含量为表征指标,分析喷射混凝土中性化过程。采用X射线衍射、热分析及扫描电镜,分析及表征喷射混凝土中性化区的物相组成及微观形貌,研究喷射混凝土中性化发展过程及机理。结果表明,硝酸侵蚀喷射混凝土中性化演化过程可分为中和反应阶段、水化产物分解阶段、混凝土表面剥蚀等3个阶段。期间,喷射混凝土pH值逐渐下降,NO₃^-含量升高。随着侵蚀的进行,水化硅酸钙及氢氧化钙的含量降低,硝酸钙、硝酸型水化氮铝酸钙及高岭石的相对含量增大,微观结构被破坏,中性化速度加快,物理力学性能降低。     

美国混凝土硫酸盐侵蚀试验方法评析

指出混凝土硫酸盐侵蚀破坏的本质与其暴露条件如持续浸泡、干湿交替、溶液pH值、质量分数和温度相关．在阐明混凝土硫酸盐侵蚀反应类型和侵蚀机理的基础上，分析实验室5种硫酸盐试验加速途径，评述美国现行5种硫酸盐侵蚀试验方法，指出现行硫酸盐侵蚀试验方法，在测试时间、侵蚀破坏指标、多因素分析和模拟现场侵蚀破坏的有效性方面需要改进．     

受压混凝土中硫酸根离子的扩散与损伤机理分析

针对沿海、盐渍土环境下荷载和硫酸盐侵蚀的耦合作用对混凝土结构耐久性造成的损伤,提出了一种受压混凝土中硫酸根离子扩散的数值模型。首先,基于Fick第二定律,考虑应力和混凝土孔隙率之间的关系建立了荷载作用下混凝土内硫酸根离子的理论扩散模型;其次,通过自编程序构建包含水泥砂浆、界面过渡区和天然骨料的混凝土三相随机凸多边形骨料模型,从而实现了受压混凝土中硫酸根离子扩散的细观模拟;最后,通过与受压混凝土在硫酸盐溶液中全浸泡的实验结果对比分析,验证了理论模型和细观模型的有效性。进而对不同水灰比的受压混凝土试件在不同浓度硫酸盐溶液中的离子扩散与损伤过程进行了数值分析,分析结果表明：随着压应力水平的提高,同深度处硫酸根离子浓度逐渐减小;与压应力相比,侵蚀溶液浓度和水灰比对硫酸根离子扩散的影响更加明显;水灰比对压应力抑制离子扩散程度的影响要大于侵蚀溶液浓度;适当减小水灰比更有利于受压状态下的混凝土抵抗硫酸盐侵蚀。     

成型压力和浸泡时间对混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的影响

在不同的试验条件下对抗硫酸盐侵蚀进行试验,研究了成型压力和浸泡时间对混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的影响.结果表明:按现有规范规定的成型压力取得的试验结果偏大,对评价侵蚀性能不利,采用振动成型更接近实际情况;随着浸泡时间的延长,混凝土的耐腐蚀性均有所下降,建议延长浸泡时间评价混凝土的抗腐性能.     

成型压力和浸泡时间对混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的影响

在不同的试验条件下对抗硫酸盐侵蚀进行试验,研究了成型压力和浸泡时间对混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的影响．结果表明：按现有规范规定的成型压力取得的试验结果偏大,对评价侵蚀性能不利,采用振动成型更接近实际情况;随着浸泡时间的延长,混凝土的耐腐蚀性均有所下降,建议延长浸泡时间评价混凝土的抗腐性能．     

侵蚀性离子抑制剂对复合胶凝浆体抗侵蚀能力的影响机理

针对虎门二桥承台混凝土服役于南海环境中容易出现的耐久性问题,研究了侵蚀性离子传输抑制剂对复合胶凝浆体微结构的调控作用。结果表明:侵蚀性离子传输抑制剂会延缓复合胶凝浆体的水化进程,具有缓凝作用;适宜掺量的侵蚀性离子传输抑制剂可改善复合胶凝浆体的孔结构分布,降低有害孔比例,同时提升浆体密实程度。干湿循环MgSO_4侵蚀条件下,掺入侵蚀性离子传输抑制剂可以抑制侵蚀对浆体中C-S-H凝胶的脱铝脱钙作用,以及C-S-H中Al[4]和AFm中Al[6]向AFt中Al[6]转化,提升复合胶凝浆体的微结构稳定性,试验确定的最佳掺量为胶材质量分数的6%。     

侵蚀介质中现代混凝土浆体的行为研究

处于海洋环境中的现代混凝土易受海洋中侵蚀离子的作用而影响耐久性。分别以纯水、氯化钠、硫酸钠、硫酸镁、氯化钙、氯化镁、硫酸及模拟海水溶液为介质对掺杂了粉煤灰的现代混凝土浆体进行浸泡,研究不同离子对浆体的侵蚀效果及机理。结果表明:在180 d前,侵蚀介质对混凝土浆体强度起到一定的增强效果,在Na_2SO_4溶液中的浆体强度达到148 MPa。但是后期均产生侵蚀作用,MgCl_2溶液中的浆体强度低至104 MPa;含有Cl~-的溶液中浸泡的现代混凝土浆体的后期膨胀率均较大,其中模拟海水溶液中的浆体在180 d的后期膨胀率升至0.223 57%。而含有SO_4~(2-)的溶液中浸泡的现代混凝土浆体的后期膨胀率均较小,其中MgSO_4溶液中的浆体的膨胀率稳定在0.157 03%。浆体的后期膨胀率适中,但是早期膨胀率非常高,体积稳定性较差。