干湿交替氯盐环境下氧化石墨烯水泥砂浆抗侵蚀研究

抗氯离子侵蚀能力的强弱对水泥基材料服役寿命长短有着关键性的影响。本文研究了不同氧化石墨烯(GO)掺量(0%、0.02%、0.04%、0.06%、0.08%、0.10%,质量分数)在干湿交替氯盐环境下对水泥砂浆抗氯离子侵蚀性能的影响,分析了不同GO掺量下自由氯离子浓度与水泥砂浆抗氯离子侵蚀性能之间的关系,并利用扫描电子显微镜从微观角度分析水泥砂浆的抗侵蚀性能。结果表明:GO能显著提高水泥砂浆的抗氯离子侵蚀能力,最佳掺量范围为0.04%~0.06%;在同一钻孔深度处,水泥砂浆内的自由氯离子浓度随着GO掺量的增加先降低后升高;GO能有效调节水泥砂浆的微观形貌,减少内部孔隙产生,密实结构,提高水泥砂浆抗氯离子侵蚀能力。     

氯盐环境下粉煤灰及矿粉对砂浆性能的影响

主要研究了氯盐环境中掺粉煤灰和矿粉的砂浆性能.通过测试在氯化钠和氯化钙溶液浸泡之后的水泥砂浆的自由氯离子浓度和总氯离子浓度,研究了矿物掺合料对氯离子结合能力的影响,结论表明随着矿物掺合料掺量的增加,砂浆的氯离子结合能力也会提高.基于RCM法检测了砂浆的氯离子扩散系数,结果表明粉煤灰和矿粉均可以提高混凝土的抗氯离子渗透性,并且矿粉对抗氯离子渗透性的改善作用更显著.基于氯盐结晶、氢氧化钙溶出、Friedel's盐角度,分析砂浆孔隙率变化的原因,结论表明氯盐会导致砂浆孔隙率增加,而矿物掺合料则可以减小由氯盐引起的孔隙率增加的作用.     

氯离子掺入方式及偏高岭土对砂浆氯离子结合性能的影响

通过模拟海砂与拌合水将相同含量的氯离子引入砂浆,研究了氯离子掺入方式及偏高岭土对氯离子结合性能的影响。采用能谱仪(EDS)分析了砂浆中氯离子含量分布,使用X射线衍射(XRD)及微商热重法(DTG)分析了水化产物的变化,采用压汞法(MIP)分析了砂浆孔隙结构的变化。结果表明,海砂型氯离子存在从砂粒表面向胶凝材料扩散的过程,而拌合水引入氯离子在砂浆中分布较为均匀。龄期1 d时,砂浆对海砂型氯离子结合性能低于拌合水引入氯离子;龄期28 d时,两种内掺型氯离子结合性能趋于一致。偏高岭土加速早期水泥水化反应,会促进砂浆对拌合水引入氯离子的结合。随偏高岭土掺量的增加,Friedel’s盐及Ca(OH)₂含量逐渐减少。20%与30%(质量分数)偏高岭土掺量下,拌合水引入氯离子对孔隙结构的细化效果更为显著。     

阴离子交换树脂对水泥砂浆氯离子扩散和力学性能的影响

对强碱性阴离子交换树脂进行活化处理,与硅灰、粉煤灰混合球磨后,掺入到砂浆中,得到水泥砂浆试样,测试试样的力学性能及抗氯离子扩散性能.结果表明,强碱性阴离子交换树脂的掺入可提高砂浆抗压强度,3％掺量下抗压强度提高约27％.随着掺量继续增加,9％掺量下提高到35％,但相比3％增益效果不明显.掺量过多则会导致抗压强度的下降,12％掺量下抗压强度降低近10％.基于掺量变化和浸泡时间分析阻滞氯离子扩散的最佳掺量,结论表明掺量为3％的砂浆试件抗氯离子性能最佳.     

海泡石对砂浆抗氯离子和碳化侵蚀性能的影响

基于海泡石的基本特性,初步选用了A、B、C三类海泡石,研究了其对水泥砂浆基本性能的影响.首先采用SEM对三种海泡石进行了微观形貌表征;分析了海泡石种类及掺量对砂浆抗氯离子及抗碳化侵蚀性能的影响规律;同时调查了三种海泡石砂浆在不同掺量条件下的吸水特性;利用MIP分析了海泡石砂浆的孔隙特征;最后通过SEM进行了海泡石砂浆的微观形貌分析.结果 表明:三种海泡石均具有纤维结构,但尺度不同;在抗氯离子侵蚀性能方面,以B类海泡石效果较好,较基准砂浆的氯离子扩散系数降低了38.5％;在抗碳化方面,A类海泡石及C类海泡石掺量分别在10％ ～15％和20％以后能更好的改善砂浆的抗碳化性能;MIP表明海泡石可以改变砂浆的孔尺度,并发现海泡石对氯离子具有一定的吸附作用,吸水率测试表明海泡石使砂浆具有了较强的吸湿性.SEM发现海泡石与砂浆具有良好的结合能力,对提高砂浆性能有利.     

海水和矿物掺合料对硫铝酸盐水泥砂浆性能的影响

本文研究了不同拌和水以及海水拌和时粉煤灰和硅灰掺量对硫铝酸盐水泥(SAC)砂浆力学性能和表观孔隙率以及净浆凝结时间、化学收缩、孔溶液pH值和氯离子结合能力等的影响,并通过XRD、SEM和EDS分析水泥水化产物和微观结构。结果表明,海水能加快SAC早期水化并提高其早期强度,但后期强度和淡水拌和时无明显差别。粉煤灰和硅灰均会延长SAC凝结时间,对早期抗压强度不利,而掺加质量分数为5.0%和7.5%的硅灰能提高SAC砂浆28 d抗压强度。硅灰掺量增加时会提高用水量和表观孔隙率,降低流动性,使水泥化学收缩增大,降低净浆pH值且减少氯离子结合量;粉煤灰能够提高砂浆流动性,减少水泥化学收缩,但掺量越大对SAC砂浆抗压强度和抗折强度越不利,掺质量分数为10%的粉煤灰可小幅提高氯离子结合量且减小表观孔隙率。     

NaOH激发矿渣砂浆强度和抗氯离子渗透性能的研究

NaOH激发矿渣砂浆(简称NAS砂浆)和水泥砂浆的强度和抗氯离子渗透性能用NaCl溶液浸泡法研究.保持矿渣数量和水胶比不变,当NaOH数量从2％增加到6％时,NAS砂浆强度先增加后降低,抗氯离子渗透性能随NaOH含量增加而增加,且显著强于同抗压强度的水泥砂浆.在NAS砂浆中掺入水泥取代部分矿渣和NaOH后,砂浆的强度会降低,且水泥掺量越多,砂浆强度降低越多;当水泥掺量为5％～15％时砂浆抗氯离子渗透性能不会降低反而稍有增加,但当水泥掺量为20％时,砂浆抗氯离子渗透性能明显下降;水泥掺量为5％～20％的NAS砂浆抗氯离子渗透性能显著强于同抗压强度的水泥砂浆.用粉煤灰取代NAS砂浆中部分矿渣和NaOH后,砂浆强度会降低,当粉煤灰掺量为10％～ 30％时,砂浆强度降低幅度较小,但当粉煤灰掺量为40％,则砂浆强度会显著降低;当粉煤灰掺量为10％ ～40％时,砂浆抗氯离子渗透性能降低,但显著强于同抗压强度的水泥砂浆.     

干湿循环作用下氯离子在聚丙烯纤维混凝土中传输性能研究

为探究干湿循环作用下聚丙烯纤维混凝土中氯离子的传输规律,设计了四种掺量的聚丙烯纤维混凝土,对其在不同干湿循环周期下的自由氯离子含量和总氯离子含量进行测量,分析聚丙烯纤维掺入对混凝土氯离子结合性能及氯离子扩散系数的影响。结果表明:0.15%(体积分数,下同)聚丙烯纤维的掺入可以增加混凝土密实度,降低自由氯离子含量;而大量纤维的掺入(＜0.45%)导致混凝土内部自由氯离子含量增加,增大了混凝土的氯离子结合能力。聚丙烯纤维掺量0%~0.45%范围内,氯离子结合能力与纤维掺量存在二次函数关系。聚丙烯纤维的掺入降低了干湿循环后期氯离子扩散系数,增大了时间依赖系数m,有利于提高混凝土抗氯离子侵蚀能力。     

氧化石墨烯改性水泥砂浆抗氯离子渗透性能

采用快速电通量法及长期氯盐浸泡试验,研究了氧化石墨烯(GO)改性水泥砂浆的抗氯离子渗透性能,分析了电通量与表观氯离子扩散系数之间的关系,并通过扫描电镜(SEM)分析了其微观结构。结果表明:掺入适量的GO能够提升水泥砂浆的抗氯离子渗透性能,当掺量为0.06%(质量分数)时最显著,与无GO的对照组相比,水泥砂浆的电通量和氯离子侵蚀深度分别降低了34.5%和27.2%;长期氯盐浸泡60 d、120 d后,0~5 mm处的自由氯离子浓度最高分别降低了28.4%和15.3%;电通量与表观氯离子扩散系数之间存在良好的线性关系;GO有效调节了水化产物形状,减少了内部孔隙,使其微观结构更加密实,从而提升了水泥砂浆抗氯离子渗透性能。     

掺聚合物胶粉的硫铝酸盐水泥砂浆耐久性研究

通过测试不同聚合物胶粉种类、不同聚合物胶粉掺量硫铝酸盐水泥砂浆在硫酸盐、Thaumasite盐以及海水浸泡条件下的抗侵蚀变化规律,研究了聚合物胶粉种类、掺量对硫铝酸盐水泥砂浆耐久性的影响。结果表明:聚合物胶粉能够改善硫铝酸盐水泥砂浆的耐久性,浸泡180d后,当聚合物胶粉掺量为2%时,砂浆抗硫酸盐侵蚀的Kp值提高了5.83%;当聚合物胶粉掺量为4%时,砂浆抗Thaumasite盐侵蚀的Kp值提高了20.41%;当聚合物胶粉掺量为3%时,砂浆抗海水侵蚀的Kp值提高了18%。     

Diffusion of chloride ions in polymer‐mortar composites

In recent years, the rapid deterioration of various reinforced concrete structures has been a widely recognized problem in the world. Penetration of chloride ions into the concrete structures was found to be the major cause of premature corrosion of reinforcing steel and to promote their deterioration. The present articles deals with the resistance to chloride penetration of polymer‐mortar, which are often used as low‐cost promising materials for preventing or repairing various reinforced concrete structures. To gain more knowledge on the efficiency of polymer‐mortar, four mortar mixtures: one specimen with Portland cement (control sample) and three mixtures with 2.5, 5, and 7.5 wt % of the replacement of cement by polyethylene terephthalate (PET) were tested for chloride ion permeability under immersion in 5% sodium chloride solution. Their chloride ion penetration behavior is discussed by applying Fick's second law. In conclusion, the chloride ion penetration depth and apparent chloride ion diffusion coefficient of the polymer‐mortar composites are smaller than those of unmodified mortar. © 2008 Wiley Periodicals, Inc. J Appl Polym Sci, 2008     

矿物掺合料对混凝土中氯离子渗透性的影响

采用可蒸发水含量法、氯离子渗透快速实验法,研究了粉煤灰、硅灰、粉煤灰与硅灰复合掺入及不同龄期等条件制备的混凝土的孔结构、结合氯离子性能及渗透性的变化规律,探讨了掺粉煤灰、硅灰混凝土的孔结构、结合氯离子性能对其氯离子渗透性的影响.结果表明:粉煤灰、硅灰对混凝土的孔结构、结合氯离子性能及氯离子渗透性均存在不同程度的影响.对于掺粉煤灰、硅灰的混凝土,在胶凝材料水化前期,主要是混凝土的孔结构变化引起其6h库仑电量下降;而在胶凝材料水化中后期,主要是混凝土孔结构变化与混凝土对氯离子的结合共同作用导致其6h库仑电量降低.混凝土的孔结构改善及其对氯离子的结合是导致混凝土中氯离子渗透性降低的重要原因.     

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。     

蒸养条件下矿粉、粉煤灰对高铁相硅酸盐水泥基材料毛细孔和抗侵蚀性能的影响

为提高蒸养高铁相硅酸盐水泥(HFC)构件的抗侵蚀性能,推进HFC在海洋工程中的应用,本文通过力学性能测试、毛细孔测试、氯离子固化测试及X射线衍射等手段,研究了50 ℃蒸养条件下矿粉(SL)和粉煤灰(FA)对HFC水泥基材料毛细孔结构和抗侵蚀性能的影响。结果表明,由于SL具有较高的火山灰反应活性,掺入SL可以提高蒸养HFC砂浆的早期力学性能,同时降低HFC砂浆的28 d毛细孔率。掺入FA显著降低了HFC砂浆的早期力学性能,且后期强度增长缓慢,但FA的“微集料”效应导致HFC砂浆的毛细孔率降低。氯离子固化结果表明,SL促进了水泥对氯离子的物理吸附,而FA促进了水泥对氯离子的化学固化,SL和FA均提高了复合胶凝材料的氯离子结合能力。     

纳米二氧化硅改性大掺量矿粉-水泥胶凝体系性能与微结构研究

利用沉淀法制备的纳米二氧化硅(PNS)极强的火山灰活性,能改善大掺量矿粉-水泥胶凝体系早期抗压强度低、内部结构疏松等缺陷,研究了PNS对大掺量矿粉-水泥胶凝体系抗压强度、抗氯离子渗透性的影响,通过XRD、TG-DSC及MIP对该体系的水化产物与孔结构进行微观分析。研究表明:随着PNS掺量的增加,试件的抗压强度也随之提高,尤其是7 d抗压强度,掺5%(质量分数,下同)PNS试件的强度增幅达到了20%;同时,水泥抗氯离子渗透能力先上升后下降,PNS掺量为3%时,达到最优,其28 d氯离子扩散系数较不掺PNS降低44.8%。PNS在早期能够大量消耗Ca(OH)₂,生成更多的C-S-H凝胶等水化产物,使得孔结构更加致密,降低孔隙率,在适宜范围内掺入PNS还可有效细化孔径。     

干湿循环下煤矸石混凝土孔结构特性及抗氯离子侵蚀机理

氯离子侵蚀是影响混凝土耐久性的重要因素。通过干湿循环试验,研究了煤矸石混凝土的抗氯离子侵蚀性能,分析了煤矸石体积取代率(0%、20%、40%、60%)对氯离子浓度分布和表观扩散系数的影响。通过压汞试验,测定了煤矸石混凝土的孔结构参数,通过计算其孔隙体积分形维数,研究了孔结构对煤矸石混凝土抗氯离子侵蚀性能的影响。结果表明:随着煤矸石掺量的增加,自由氯离子的浓度先减小后增加,而表观扩散系数先增加后减小;煤矸石掺量为40%时,混凝土密实性最好,孔隙体积分形维数最大;与未添加煤矸石的混凝土相比,掺量40%的煤矸石混凝土氯离子浓度最低,此时抗氯离子侵蚀性能最好,且表观扩散系数下降35.68%。