硫酸盐腐蚀对混凝土微观结构特征的影响研究

为了研究硫酸盐溶液侵蚀作用对混凝土微观结构的损伤规律,对试样进行0次、10次、20次、30次和50次硫酸盐溶液的腐蚀试验,获取了试样外观破坏特征、质量变化曲线、矿物成分、微观形态以及核磁共振T2分布曲线与NMRI图像,在此基础上分析了混凝土腐蚀损伤的微观机理.研究结果表明,随着硫酸盐腐蚀次数的增加,混凝土的质量损失率呈幂指数函数上升规律,材料外观破坏程度逐渐增加;对混凝土微观结构进行SEM和XRD分析,发现硫酸盐腐蚀作用使得钙矾石晶体的含量随腐蚀次数增加而上升;由T2分布谱线的变化趋势表明硫酸盐腐蚀作用使得材料内部小孔隙、中孔隙逐渐扩张成相互连通裂隙;不同损伤程度的混凝土NMRI扫描图像与T2分布曲线变化规律较为同步,说明扫描结果较为准确地反应了试样内部结构;硫酸盐溶液的化学腐蚀与渗透力是导致混凝土微观结构损伤的内在机理.     

不同养护温度下引气剂对混凝土性能的影响研究

通过试验,研究了混凝土含气量的经时损失规律及其影响因素,以及养护温度和引气剂对混凝土强度、抗氯离子渗透性和微观孔结构等性能的影响.结果表明:新拌混凝土的含气量损失与混凝土的初始含气量有关,初始含气量越大,损失也会更大,且处于动态过程的新拌混凝土的含气量损失较静态过程更大;与标准养护条件相比,负温养护条件一方面会使混凝土内部的水化反应变慢,水化程度变低,另一方面水结冰也会引起体积膨胀,破坏混凝土内部的晶体结构,对混凝土内部孔结构造成了一定程度的损伤,使得混凝土抗压强度降低,电通量、气孔间距系数等参数增大;掺入引气剂会引入了大量的微小气泡,使混凝土内部小孔径的孔含量增多,在一定程度上会提高孔的连通性,从而相对减小混凝土受力面积,造成混凝土抗压强度降低,电通量增大,孔径分布也会朝着小孔径方向移动.     

石膏矿渣水泥混凝土抗硫酸钠侵蚀性能研究

石膏矿渣水泥具有低水化热、良好抗化学侵蚀性能等优点,是一种低碳绿色胶凝材料。为了明确原材料对石膏矿渣水泥混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的影响,对比研究了不同化学组成及活性矿粉制备的石膏矿渣水泥混凝土的强度发展及抗硫酸钠侵蚀性能。结果表明:提高矿粉中Al₂O₃含量可以有效提高石膏矿渣水泥混凝土早期3 d强度;石膏矿渣水泥混凝土在硫酸钠环境下表现出强度软化型劣化;提高水泥用量、降低水灰比可以有效提高低活性矿粉制备的石膏矿渣水泥混凝土的抗硫酸钠侵蚀性能,但不利于高活性矿粉制备的石膏矿渣水泥混凝土的抗硫酸钠侵蚀性能。研究为低活性矿粉制备石膏矿渣水泥混凝土及其寿命预测提供试验数据支撑。     

养护温度对喷射混凝土性能影响的试验研究

为探究不同地温环境对喷射混凝土性能的影响,本研究在实验室模拟相应温度条件,开展不同养护温度下喷射混凝土强度、耐久性及混凝土与岩石粘结强度的研究.结果表明,在25～40℃养护条件下,随养护温度的提高,喷射混凝土的抗压强度、混凝土与岩石的粘结强度呈增大趋势,但在60℃养护条件下抗压强度和粘结强度均降低并随龄期呈先增大后降低的趋势;25～60℃养护条件下的混凝土抗渗等级都为最高等级,氯离子渗透性皆处于低级;随温度升高,其抗渗性、抗氯离子渗透性、抗碳化能力均有所降低.     

制备工艺对含有工程渣土的混凝土性能影响研究

分别对比研究了渣土直接代替法和渣土浆代替法中的传统搅拌工艺、先拌水泥砂浆工艺、先拌水泥净浆工艺、水泥裹砂工艺、水泥裹石工艺、粗细骨料全造壳工艺六种制备工艺对含有工程渣土的混凝土力学性能和微观结构研究.研究结果表明:(1)采用渣土浆代替法制备工艺制备含有工程渣土的混凝土抗压强度普遍比渣土直接代替法高;(2)采用渣土浆代替法中的粗细骨料全造壳工艺,制备含有工程渣土的混凝土力学性能最高,28 d强度可达41.8 MPa,相比于渣土浆代替法的对照组(传统工艺)提高10.0％;(3)渣土浆代替法的粗细骨料造壳工艺所制备的试样中含有大量由细小针状物密集堆积而成的网状C-S-H结构物质,且分布在三维空间内,该网状物质被其他产物紧紧的包裹在中间,形成微观结构连结非常紧密的包裹式网状结构.     

超低温条件下引气剂对混凝土抗冻性能影响的试验研究

为探究引气剂对超低温条件下混凝土抗冻性能的影响,以相对抗压强度、质量变化率以及孔结构特征参数为指标,对掺有不同类型和掺量引气剂的混凝土进行超低温(最低温度低至-80℃)冻融循环试验.根据试验结果可得到以下结论:(1)在不同温度下,引气剂对混凝土抗冻性能的改善效果不同,随着循环温度的降低,其改善效果逐渐明显.(2)孔隙水的冻胀使得冻融循环后混凝土孔隙率和孔径变大,力学性能降低;但随着冻融循环温度的不断降低,水分子运动逐渐受限,混凝土性能损伤程度减缓.(3)引气剂掺入使得混凝土内部产生了一定比例的无害孔,多害孔明显减少,抗冻性能得到改善.由于不同引气剂对混凝土孔结构特征参数的影响程度不同,因此混凝土抗冻性能的改善效果间存在差异.(4)高效引气剂粉剂掺入后,混凝土内部的含气量略大于其余两种引气剂,所引入的气孔孔径较小,且混凝土的工作性能提高,因此,其对于混凝土在超低温条件下的改善效果更为明显.     

温度对高强喷射混凝土性能的影响

主要研究了温度对矿用高强喷射混凝土凝结时间、抗压强度及耐久性的影响.结果表明,当温度在10～15 ℃之间时,随着温度的升高凝结时间下降速率最快;当温度在20～30 ℃之间时,随着温度的升高凝结时间基本不再变化.当温度在10～20 ℃时,矿用高性能喷射混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能较强.当温度在20～30 ℃时,矿用高性能喷射混凝土氯离子扩散系数很低.当养护温度在5～15 ℃时,对矿用高性能喷射混凝土的抗冻性能比较有利.     

海水侵蚀下混凝土徐变性能的试验研究

对混凝土进行了压应力和海水侵蚀共同作用下的徐变特性试验,研究了应力水平、侵蚀溶液的类型和质量分数对海水侵蚀下混凝土徐变特性的影响.研究结果表明,当侵蚀时间相同、试件所受到的应力大小相同且比较小时,浸泡在Na2SO4溶液中所产生的膨胀应变最大,浸泡在水中所产生的膨胀应变次之,浸泡在NaCl溶液中所产生的膨胀应变最小.当侵蚀时间和浸泡的溶液类型相同时,受到压力的试件的膨胀应变小于未受压力的试件的膨胀应变.当试件在侵蚀时受到的应力相同且比较小时,经Na2SO4溶液侵蚀后试件的单轴抗压强度最大,经水浸泡后试件的单轴抗压强度次之,经NaCl溶液侵蚀后试件的单轴抗压强度最小.     

粉煤灰对混凝土补偿收缩性能的影响

本文阐述粉煤灰对普通砼和补偿收缩砼的收缩膨胀性能的不同影响 ,指出掺加粉煤灰能使普通砼减少用水量 ,降低收缩值 ,并使补偿收缩砼的膨胀量降低。粉煤灰的火山灰效应对水化产物钙矾石的形貌和性能会产生影响     

渣土对C50混凝土力学性能的影响

针对地铁盾构出来的渣土大量堆砌、利用率低、附加值低现状,本文将渣土作为矿物掺合料,研究了渣土掺量(0、2.5％、5.0％、7.5％和10.0％)对C50混凝土工作性和力学性能的影响.结果表明:(1)c50混凝土初始坍落度和坍落度损失均随着渣土掺量的增加而逐渐降低;(2)掺有不同渣土掺量的C50混凝土早期(3d、7 d)抗压强度均低于基准组抗压强度,而28 d抗压强度均高于基准组抗压强度;渣土掺量对C50混凝土抗压强度的影响存在最佳值,当渣土掺量为水泥掺量的7.5％时,发现其28d抗压强度最高;(3)不同渣土掺量的C50混凝土28 d微观结构表明,随着渣土掺量的增加,C50混凝土微观结构逐渐密实,孔隙逐渐减少.     

硫酸钠溶液环境下混凝土的自愈合性能

通过对比混凝土裂缝愈合前后的力学性能、裂缝宽度、物相组成和微观组织,研究了不同浓度Na2SO4溶液环境下混凝土裂缝的自愈合性能。结果表明:Na2SO4溶液环境下裂缝自愈合效果明显优于水。2%Na2SO4溶液环境下裂缝自愈合效果60 d时最明显,强度恢复率达126.5%;6%Na2SO4溶液环境下裂缝自愈合效果28 d时最明显,强度恢复率达137.8%,但在60 d时下降至75.8%;4%Na2SO4溶液环境下裂缝自愈合效果处于两者之间。随着Na2SO4溶液浓度的增大,裂缝中的钙矾石、石膏、水化硅酸钙凝胶等数量增多,体积增大,且连续的C-S-H凝胶逐渐将相互交叉搭接的钙矾石包裹住,填充于裂缝使其自愈合;若Na2SO4溶液浓度过大,水化产物富集且显著膨胀,导致裂缝愈合后二次开裂。     

冻融循环与硫酸盐溶液耦合作用下混凝土劣化机理试验研究

基于多尺度研究了浓度为10％和15％硫酸盐溶液与冻融循环耦合作用下混凝土的劣化机理.从混凝土质量,抗压强度,相对动弹性模量时变规律等宏观力学指标探究了混凝土损伤劣化机制;运用CT技术和扫描电镜(SEM)技术从细微观角度研究了冻融循环与硫酸盐溶液耦合作用下混凝土的侵蚀劣化规律.研究结果表明:宏观上混凝土试样的质量损失总体呈现初期增加随后小幅下降后期快速增加的趋势、单轴抗压强度先增大后减小的变化规律;在高浓度溶液中的试样相对动弹性模量下降速率呈现出先快后慢的变化规律,在低浓度溶液中的试样相对动弹性模量下降速率开始比较缓慢随着冻融次数增加慢慢趋近于高浓度溶液中试样.细观上通过CT技术发现试样的孔隙率随着冻融次数的增加呈现先减小后增大的趋势,内部微裂纹逐步扩展直至贯通.微观上运用扫描电镜(SEM)观察到试样裂缝和孔洞内壁处生成了钙矾石和石膏,并由于其膨胀力使得混凝土结构酥松.硫酸盐侵蚀和冻融循环耦合作用下混凝土劣化过程有两个阶段:在前期硫酸盐能降低冻融循环对混凝土的劣化,在后期硫酸盐侵蚀产物膨胀力、结晶盐产生的结晶压力和冻融产生的冻胀力共同作用使混凝土加速劣化.     

混凝土超低温冻融循环损伤机理及控制措施

通过冻融循环前后混凝土抗压强度、质量、表观及微观现象的改变揭示了其超低温冻融循环损伤机理.在此基础上,探究了抗冻剂和引气剂分别对混凝土超低温抗冻性的影响.根据试验结果可得到以下结论:1)循环最低温度越低,混凝土表面和内部结构劣化越严重,抗压强度降低越显著;2)混凝土超低温冻融循环损伤主要是由混凝土内部水结冰所致,在降温过程中,其体积膨胀对孔隙壁产生冻胀压力,使得孔隙逐渐增大、连通甚至出现裂缝,内部损伤逐渐累积使结构变得疏松;3)与抗冻剂相比,引气剂对混凝土超低温抗冻性的改善效果更好;4)抗冻剂和引气剂掺量分别不应大于水泥质量的5％和0.03％,两者在低温下的掺量宜为2％和0.02％～0.03％.     

抗硫酸侵蚀防腐剂对混凝土性能影响研究及其作用机理的探讨

本文通过将SSP型抗硫酸盐侵蚀防腐剂与普通硅酸盐水泥复合,用于混凝土试验中,研究其对混凝土工作性能、抗压强度以及耐久性能的影响.同时,通过采用化学结合水和SEM试验,对SSP型防腐剂在混凝土中的作用机理进行分析研究.试验结果表明:在混凝土中掺入SSP型抗硫酸盐侵蚀防腐剂,混凝土不仅工作性能好、抗压强度值高,而且抗氯离子渗透、抗硫酸盐溶液侵蚀性能优良;SSP型抗硫酸盐侵蚀防腐剂的掺入,能够提高混凝土各个龄期的化学结合水含量,促进水泥基胶凝材料的水化进程,生成较多的细针状、棒状的AFt和不规则扁平粒子的C-S-H凝胶,使得结构更加致密,提高混凝土综合性能.     

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。     

不同条件下内掺水泥基渗透结晶型防水材料混凝土自愈合性能研究

为了全面摸清内掺水泥基渗透结晶型防水材料混凝土的裂缝自修复效果,研究不同条件下内掺水泥基渗透结晶型防水材料混凝土的自愈合性能.试验测定了不同水胶比、不同养护时间及不同养护条件下内掺水泥基渗透结晶型防水材料混凝土的抗压强度回复率,并结合扫描电镜对其微观结构进行分析.试验结果表明,水胶比对混凝土裂缝自愈合效果影响较大;标准养护条件最有利于裂缝的自愈合;养护时间达到一定期限后,修复效果趋于稳定.混凝土内部晶体的数量增加和形貌改变是其自愈合性能提高的根本原因.     

电场与硫酸盐侵蚀共同作用下混凝土的劣化及其机理

通过试验模拟电场与硫酸盐的共存环境,测试了不同配比的混凝土在这两种因素共同作用后的外观、抗压强度等宏观性能变化,并借助能谱分析、扫描电子显微镜和X射线衍射等方法,探讨了混凝土的劣化机理。结果表明:在电场作用下,混凝土孔溶液中的Ca2+发生定向迁移从而导致Ca2+浓度降低;Ca(OH)2分解溶出Ca2+来维持其平衡;此外,水化硅酸钙(C-S-H)凝胶的Ca/Si比下降,表明C-S-H凝胶也分解析出Ca2+,这对强度产生不利影响。同时,大量SO42–因电场作用从阴极溶液进入混凝土内部,并与水泥水化产物反应生成更多钙矾石和石膏晶体,导致强度进一步降低。低水胶比或掺粉煤灰混凝土的耐蚀性有所提高,但其劣化仍较为明显。因此,当混凝土受到电场和硫酸盐侵蚀共同作用时,应针对性地提出更为合理的混凝土耐久性设计及防范措施。     

不同养护环境对再生混凝土耐久性能的影响

实验从不同混凝土强度等级、不同再生粗集料取代率为变量,研究了再生混凝土在高温蒸压养护后的耐久性能,即干燥收缩长度变化及抗碳化性能,并与普通混凝土试件进行对比.实验结果表明,在标准养护时再生混凝土试件随着再生粗集料取代率的增加,干燥收缩长度变化率及碳化深度有所加大;高温蒸压养护再生混凝土及对比用普通混凝土试件的干燥收缩长度变化率比标准养护试件小,再生粗集料取代率的影响有限,可控制在3 ～4.5×10-4范围内,但碳化深度不仅随再生粗集料取代率的增加而加大,还要超出标准养护试件.     

不同助溶剂对硫酸钠的溶解效果研究

运用超声振荡促使硫酸钠溶解至饱和,考察多种助溶剂对饱和硫酸钠溶液的溶解效果,对一系列实验数据进行了比较分析,得出了最佳的助溶剂为乙酸钠,其最佳的加入量1.2790 g和最佳助溶量87.42%,为如何增加染料溶解度提供实验数据和理论依据。     

Foaming in Glass Melts Produced by Sodium Sulfate Decomposition under Isothermal Conditions

The factors controlling the behavior of foam produced in molten glass by sulfate decomposition are sulfate oversaturation (determined by the initial sulfate concentration, fraction of sulfate dissolved, and melting temperature), bubble nucleation (occurring predominantly on the residual silica grains), and film stability. The connection between the foam generation and variation in melting temperature and silica grain size has been experimentally investigated by observing the melting process in a transparent silica crucible. A generation/release model for the time variation of gas-phase volume retained in molten glass has been developed. The analysis of experimental data using this approach suggests that two forms of sulfate produce foam during melting: (1) sulfate dissolved in melt and (2) sulfate from sulfate-rich melt surrounding sand grains.