偏高岭土改善海工混凝土抗氯离子侵蚀性的效果及机理

以不同掺量偏高岭土单掺以及与粉煤灰、矿粉复掺制备混凝土,分别采用浸泡法和RCM法测试混凝土氯离子扩散系数,采用压汞法测试混凝土的孔结构;同时制备相应掺NaCl水泥净浆,采用自动电位滴定仪测试水泥浆中总氯离子和游离氯离子量,计算氯离子固化率,并通过XRD法分析其物相组成。结果表明,偏高岭土可显著降低混凝土氯离子扩散系数,其与粉煤灰或矿粉复掺时效果更优,且与粉煤灰复掺时对后期氯离子扩散系数的降低作用显著;偏高岭土提高了水泥浆对氯离子的固化率,提高掺量可改善固化效果;偏高岭土复掺粉煤灰或矿粉进一步增强了固化效果,且与粉煤灰复掺效果最优;偏高岭土细化了混凝土孔结构,降低了毛细孔含量,促进了含氯水泥浆中F盐的生成,从减少氯离子传输通道和提高氯离子固化作用两方面改善海工混凝土的抗氯离子侵蚀性能。     

混凝土中氯离子-硫酸根离子耦合扩散模型

为了研究混凝土中硫酸根离子与氯离子扩散的相互影响,引入硫酸根离子侵蚀损伤演化理论,分析了硫酸根离子侵蚀对混凝土孔隙率的影响和混凝土孔隙率对氯离子扩散的影响,提出了考虑硫酸根离子影响的氯离子扩散系数。通过菲克定律推导出的一维扩散模型对实验数据进行拟合,确定了待定系数a_D的值,建立了考虑硫酸根离子侵蚀损伤演化的氯离子扩散模型。     

掺石灰石粉混凝土的性能及其改善途径

采用不同掺量的石灰石粉取代水泥配制混凝土,同时配制复掺6%偏高岭土和20%石灰石粉的混凝土,并采用相同的胶凝材料体系制备水泥净浆,开展Na_2SO_4溶液浸泡试验。测试了混凝土抗压强度,采用RCM法和硫酸盐干湿循环侵蚀试验分别测试混凝土的氯离子扩散系数和抗硫酸盐侵蚀性,采用MIP法测试混凝土孔结构,进一步采用SEM观察浸泡后净浆试件的微观形貌。结果表明,石灰石粉对混凝土抗压强度、抗氯离子渗透性和抗硫酸盐侵蚀性均有一定的不良影响。采用偏高岭土与石灰石粉复掺可以有效提高掺偏高岭土混凝土的强度、抗氯离子渗透性和抗硫酸盐侵蚀性。其机理主要在于优化了混凝土孔结构,降低了有害离子在混凝土中的传输速度,阻止了混凝土在硫酸盐环境中钙钒石、石膏等侵蚀产物的形成。     

免压蒸预应力离心桩用C80高强混凝土抗氯离子渗透性能研究

为探索蒸汽养护对采用水泥-硅灰-矿渣粉复合胶凝材料的C80高强混凝土渗透性的影响规律,研究了不同养护条件下(蒸汽养护和标准养护)C80高强混凝土抗氯离子渗透性能(6h电通量和氯离子迁移系数),并分析了不同蒸汽养护恒温静停时间对复合胶凝材料水化程度的影响。结果表明,蒸汽养护能有效提高预应力离心桩用C80高强混凝土早期强度;标准养护下的预应力离心桩用C80高强混凝土抗氯离子渗透性能要优于蒸汽养护,且矿物掺合料的合理复掺可明显改善其氯离子抗渗透性能;电通量和扩散系数之间均存在一定的线性相关性,标养和80℃蒸养4h的要优于80℃蒸养3h和5h,80℃蒸养5h的最差。     

氯盐对灌注桩混凝土硫酸盐腐蚀规律的影响

复杂盐渍环境多种离子侵蚀灌注桩混凝土等现浇混凝土结构的腐蚀规律研究较少.文中对未经标准养护的混凝土试块进行全浸泡侵蚀试验,模拟混凝土灌注桩受硫酸盐及氯盐共同作用的侵蚀过程,探讨氯盐对现浇混凝土硫酸盐腐蚀规律的影响.结果发现,混凝土试块受侵蚀的前7 d,其抗压耐蚀系数均高于1,之后呈现先增大后减小的趋势;侵入混凝土试块中的硫酸根离子随着侵入深度的增加逐渐减小,并且越向深处侵入混凝土内部的硫酸根离子含量衰减速度越快;氯离子的存在抑制了硫酸根离子在混凝土内部的扩散,且加速了硫酸根离子随深度的衰减速度.由于氯离子的先期反应阻碍了石膏型硫酸盐侵蚀发生,从而减少了硫酸盐对于混凝土侵蚀所造成的强度损失,氯盐含量低时效果最明显.     

矿物掺量对海水海砂ECC抗氯离子渗透性能的影响

为推动海水海砂的有效利用及探究工程水泥基复合材料(Engineered Cementitious Composites, ECC)的耐久性能,研究了粉煤灰掺量和矿粉掺量对海水海砂ECC抗氯离子侵蚀性能的影响规律。采用溶液萃取法测试了海水海砂ECC在2.8 mol/L氯化钠溶液中浸泡不同龄期后的自由氯离子含量、总氯离子含量和表观氯离子扩散系数,并分析了初始孔隙对基体抗氯离子侵蚀性能的影响。结果表明：海水海砂ECC的氯离子扩散系数随着暴露时间的增加而减小,随着粉煤灰或矿粉掺量的增加先减小后增大;50%矿物掺合料下的ECC抗氯离子扩散和氯离子结合能力最强;掺粉煤灰的试样长期抗氯离子侵蚀能力优于掺矿粉试样。研究结果对ECC在海洋工程中的应用具有理论指导意义。     

海洋环境下混凝土的硫酸盐腐蚀机理

海水中存在的硫酸根离子传输至混凝土内部将导致其腐蚀破坏。针对矿粉掺量0~65%的C40引气混凝土进行海洋潮汐区、大气区和水下区腐蚀1~2 a,测试其水溶和酸溶硫酸根离子浓度分布;分析水泥净浆中的腐蚀产物类型及含量。试验结果表明：海洋不同腐蚀区带混凝土中硫酸根离子传输量及传输深度排序为：潮汐区 > 水下区 > 大气区。混凝土中反应硫酸根离子与总硫酸根离子的关系服从线性函数分布,反应量占总硫酸根离子量的90%以上,反应的硫酸根离子量随腐蚀龄期增加而增加。海洋潮汐区和水下区生成的腐蚀产物量高于大气区,主要是钙矾石和石膏;海洋大气区暴露混凝土的腐蚀产物为钙矾石。对于P.I.52.5水泥制备的C40混凝土而言,掺加65%的矿粉有助于提升混凝土抗海洋硫酸根离子侵蚀能力。     

掺离子侵蚀抑制剂对海工混凝土抗硫酸盐侵蚀性能及其防护研究

针对伶仃洋大桥墩柱混凝土服役于海洋环境中易出现腐蚀的耐久性问题,研究了离子侵蚀抑制剂对暴露在硫酸钠溶液中的矿物掺合料混凝土力学性能退化,离子传输和微结构的影响;另外,还研究了钢管防护对半浸泡在硫酸钠溶液中的混凝土力学性能和微结构的影响。结果表明：硫酸盐干湿循环作用下,掺加适量的离子侵蚀抑制剂制备的混凝土具有良好的孔隙分布(有害孔比例降低),导致硫酸根离子在混凝土中的含量和渗透深度降低。此外,钢管对混凝土的防护显著提高了混凝土抗硫酸盐侵蚀性能(浸泡250 d,耐蚀系数96.93%),其作为隔离混凝土与其周围环境的屏障,减轻了硫酸钠溶液在混凝土上的毛细上升现象,从而消除了盐结晶造成的表层剥落。同时钢管的环箍约束限制了硫酸盐侵蚀引起的基体膨胀,导致孔径分布密实度的增加。     

矿物掺合料混凝土早期氯离子扩散系数的试验

目的 研究掺不同矿物掺合料及Na2SO4混凝土的Cl-扩散系数变化规律,分析其对混凝土早期孔结构的影响.方法 试件在标准养护条件下养护3 d、7 d、14 d、21 d,采用饱盐混凝土电导率(NEL)法测试混凝土氯离子扩散系数.结果 粉煤灰、矿粉混凝土早期的Cl-扩散系数随掺量的增加而增加;粉煤灰与掺Na2SO4粉煤灰混凝土的Cl-扩散系数差值随粉煤灰掺量的增加而增加;矿粉与掺Na2SO4矿粉混凝土的Cl-扩散系数差值在3 d、7 d随矿粉掺量的增加而增加,14 d、28 d差值接近于零;粉煤灰与矿粉混凝土的Cl-扩散系数的差值随掺量增加而增加;掺Na2SO4的粉煤灰与矿粉混凝土的Cl-扩散系数差值在3 d、7 d随掺量的增加而增加,14 d、28 d随掺量增加无明显变化.结论 掺合料的早期活性低于水泥,且粉煤灰低于矿粉;硫酸钠可激发掺合料的活性,但3 d、7 d矿粉混凝土的孔结构比粉煤灰密实,14 d、21 d基本相同,硫酸钠在14 d、21 d时激发作用已完成.     

纳米高岭土颗粒改性水泥基复合材料的性能

研究了纳米高岭土颗粒对不同龄期水泥基材料微观结构（微孔结构、微观结构）及物理力学性能（工作性、抗弯强度、抗压强度、氯离子渗透性）的影响。结果表明,纳米高岭土颗粒的填充效应及其对水泥水化的促进作用改善了水泥基材料的微观孔结构,限制了氯离子在水泥基材料中的渗透扩散。当高岭土为水泥质量的1％时,水泥浆1、3、7、90 d抗弯强度分别提高30．41％、39．04％、36．27％和38．32％;当高岭土为水泥质量的5％时,水泥砂浆氯离子扩散系数降低53．03％;混凝土氯离子扩散系数随高岭土掺量增加呈指数递减;当高岭土为水泥质量的5％时,氯离子扩散系数降低18．87％;抗压强度分别提高28．4％;改性混凝土28 d抗压强度与混凝土氯离子扩散系数呈线性增加关系。     

钢筋在混凝土模拟孔溶液中的腐蚀研究

钢筋锈蚀是影响混凝土结构耐久性的主要因素.研究了模拟孔溶液pH值、Cl-浓度、SO42-浓度以及空气等对钢筋锈蚀的影响.试验结果表明：随溶液pH值降低,钢筋锈蚀程度增加.随孔溶液中Cl-浓度增加,锈蚀钢筋增重率线性增加.依据钢筋增重率判断,Cl-导致钢筋锈蚀临界值为0.065%.氯盐溶液中SO42-存在使钢筋锈蚀速度变为原来的2~3倍.将腐蚀溶液中钢筋与空气隔绝将延缓钢筋锈蚀.     

Experimental investigation on dynamic mechanical characteristics and microstructure of steam-cured concrete

Steam-cured concrete is widely used to manufacture prefabricated units of high-speed railway foundation structure such as girder and track slab. The dynamic mechanical property of steam-cured concrete is one of the key properties affecting service performance of high-speed railway foundation structure. In the present paper, serial macro/micro-experiments were carried out to investigate the dynamic elastic modulus, shear modulus, damping ratio, and microstructure of steam-cured concrete. The relationships between compositions, curing regime, microstructure, and dynamic properties of steam-cured concrete as well as the corresponding mechanisms were discussed. The results indicate that steam-cured concrete in early age has a larger dynamic elastic modulus and shear modulus as well as a smaller damping ratio compared with standard-cured concrete. On the contrary, at a later age a slightly smaller dynamic elastic modulus and a larger damping ratio of steam-cured concrete are observed. Addition of mineral admixture results in a bit lower dynamic elastic modulus and damping ratio of concrete than that of the control specimen without mineral admixtures. The achievements can provide some fundamental suggestions for materials parameters selection during structural design of steam-cured concrete precast element.     

Influence of Binder Composition and Concrete Pore Structure on Chloride Diffusion Coefficient in Concrete

The influence of binder composition and pore structure of concrete on chloride diffusion coefficient in concrete were investigated by the natural immersion test, MIP test, SEM and EDS test, respectively. The experimental results showed that the effect of binder composition on chloride diffusion coefficient was the comprehensive result of concrete pore structure and binder hydration products, and the porosity and pore size distribution were the main factors that influence the changes of diffusion coefficient...     

矿物掺合料对混凝土抗氯离子渗透性影响研究

氯离子渗透腐蚀是引起钢筋混凝土腐蚀的主要原因,然而氯离子渗透性和矿物掺合料有直接关联。主要通过实验研究了掺入矿物掺合料后混凝土中孔结构的特征,进而分析了矿物掺合料对混凝土抗氯离子渗透性的影响。     

劈裂裂缝混凝土在海洋潮汐区的氯离子传输

研究了不同尺度劈裂裂缝混凝土在海洋潮汐区环境作用下的氯离子浓度分布、氯离子传输以及钢筋锈蚀规律.试验结果表明:劈裂裂缝在制备过程中存在裂缝回复,裂缝宽度应以卸载后位移传感器获得的裂纹宽度值为准.裂缝混凝土氯离子浓度随深度增加而下降,然后在10 mm深度以下形成稳定段.裂缝区域稳定段氯离子浓度随裂缝宽度增加而呈指数函数增加,裂缝周边区域稳定段氯离子浓度则随裂缝宽度增加而线性增加;但与裂缝区域氯离子增加幅度相比,其增加幅度不明显.裂缝宽度大于0.05 mm,30d海洋暴露后混凝土裂缝面氯离子渗透深度近50 mm,沿垂直裂缝面向内平均渗透20 mm左右,钢筋表面锈蚀率快速增加.裂缝混凝土氯离子扩散系数与混凝土抗氯离子扩散能力、裂缝密度(包括裂缝的基体宽度/裂缝宽度)、裂缝对氯离子结合性能密切相关.当裂缝密度小于70时,裂缝混凝土氯离子扩散系数线性增加;距裂缝位置越近,混凝土氯离子扩散系数增加越大;裂缝越宽,其对混凝土影响范围越大.     

电化学除氯处理后的混凝土微观结构研究

为了研究电化学除氯对混凝土中离子分布和微观结构的影响规律,采用压汞法、SEM电子显微镜分析等方法对电化学除氯后不同水灰比混凝土试件中钢筋附近和表面层的氯离子和钾钠离子含量、孔隙结构、显微结构进行对比分析.结果显示,电化学除氯后,钢筋附近混凝土与外层混凝土相比,氯离子含量约为1/2,钾离子含量约为5～10倍,钠离子含量约为8～18倍,水化物颗粒间结合不连续、部分水化产物分解.钢筋附近区域混凝土中的氯离子含量明显低于外表层混凝土,钾、钠离子在钢筋阴极附近大量聚集.经过电化学处理后的混凝土试件钢筋附近区域的孔隙率和大孔含量增多,结构疏松;而外表层混凝土结构致密,孔隙细化,水化产物成网络状结合良好.     

掺合料、早强剂对冻融混凝土Cl^-扩散系数的影响

目的研究粉煤灰、矿粉、掺硫酸钠粉煤灰、掺硫酸钠矿粉混凝土冻融循环后Cl^-扩散系数,解决混凝土冻融循环后的内部结构损伤问题．方法采用慢冻法冻融、NEL法测试冻融循环后混凝土Cl^-扩散系数．结果掺入粉煤灰的质量分数低于30％时,掺入矿粉的质量分数低于40％时,经100次冻融循环后混凝土Cl^-扩散系数均低于基准混凝土．经冻融循环后,掺硫酸钠矿物掺合料的混凝土在一定的矿物掺合料掺量范围内,混凝土Cl^-扩散系数低于基准混凝土．经冻融循环后,掺硫酸钠矿物掺合料的混凝土Cl^-扩散系数高于未掺硫酸钠的矿物掺合料混凝土．结论掺粉煤灰混凝土、掺矿粉混凝土的抗冻性好坏取决于矿物掺合料掺量范围．掺硫酸钠粉煤灰混凝土、掺硫酸钠矿粉混凝土,在一定矿物掺合料的掺量范围内,混凝土抗冻性好于基准混凝土．但是硫酸钠的加入使得混凝土抗冻性比未掺硫酸钠混凝土抗冻性差．