混凝土在海洋环境下硫酸盐侵蚀机理研究

对不同配合比混凝土试件在不同海洋区域内进行现场暴露试验,通过硫酸根离子含量测定、SEM扫描电镜试验及X荧光试验,研究实际海洋暴露环境下混凝土内部硫酸盐侵蚀机理。试验结果表明,不同暴露环境下硫酸根作用机理不同,混凝土在不同暴露区域硫酸盐侵蚀程度为潮汐区水下区浪溅区;硫酸根离子由混凝土表层向内部传输,在表层范围内硫酸盐腐蚀产物主要是钙矾石,随着硫酸根离子传输深度增加以及内部游离CaO水化成Ca(OH)2,混凝土硫酸盐损伤程度加剧;混凝土表层SO42-和Ca2+含量较高,而混凝土内部Na+含量较高。     

硫酸盐侵蚀混凝土扩散理论模型研究进展

硫酸盐侵蚀混凝土是研究混凝土结构耐久性的主要问题之一。混凝土内部的硫酸根离子与水泥水化产物发生反应形成石膏和钙矾石,这些可能会影响混凝土内部的孔隙结构的变化和造成结构损坏。从硫酸根离子进入混凝土内部的扩散机理来阐述硫酸盐侵蚀混凝土的研究进展,介绍了国内外典型扩散理论模型的提出,分析了现有理论模型所存在的问题,并提出硫酸根离子扩散过程中的随机性。     

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。     

硫酸盐侵蚀下混凝土抗压承载力退化过程的数值分析

针对硫酸盐侵蚀下混凝土结构的承载力退化问题,以混凝土柱为研究对象,利用Fick定律和化学反应动力学原理,给出了硫酸根离子在混凝土截面内的二维扩散反应模型;根据硫酸盐侵蚀混凝土的损伤机理及已有的硫酸盐侵蚀试验结果,获得了混凝土强度损伤程度与硫酸根离子浓度及侵蚀时间之间的关系;通过平截面假定,建立了考虑硫酸盐侵蚀影响的混凝土柱轴向抗压承载力时变模型及其数值计算方法,并将该模型的计算结果与已有硫酸盐侵蚀混凝土的试验结果进行对比分析,验证了该时变模型及数值计算方法的正确性;最后,利用所建立的模型,对一素混凝土柱中硫酸根离子传输、混凝土强度损伤和轴向抗压承载力退化过程进行了数值分析。     

外加剂与混凝土耐久性（下）

二、硫酸盐侵蚀硫酸盐侵蚀主要是在混凝土硬化后,由水泥中的C_3A与周围环境中的硫酸盐离子反应引起的。C_3A与硫酸盐反应生成钙矾石,而钙矾石生长需要空间,在固体材料内封闭的环境中,钙矾石晶体生长可产生高达240MPa的压力,足以引起周围材料的破坏。根据硫酸盐离子的来源,硫酸盐侵蚀可分为外部侵蚀和内部侵蚀两种。混凝土中含有富硫酸盐成分的材料引起的膨胀、开裂、破坏称为内部硫酸盐侵蚀;混凝土暴露在硫酸盐环境中(如含硫酸盐的污水、地下水或土壤等)产生的侵蚀叫做外部硫酸盐侵蚀。     

酸腐蚀下混凝土性能的变化

根据酸雨的特点配制了5种具有不同pH值、不同硫酸根离子浓度的酸性溶液,研究了混凝土在干湿循环、酸性溶液侵蚀30 d到150 d强度的变化、表层混凝土的吸水性以及其孔结构的变化。经过含有硫酸盐溶液的侵蚀后,混凝土强度的变化经过一个先降后升、然后再降低的过程;而经过不含硫酸盐溶液的侵蚀后,混凝土的强度持续下降。受不含硫酸根离子的酸性溶液侵蚀后,表层混凝土的孔隙结构变化较大,孔隙率增加、孔径增大。硫酸盐侵蚀产物的形成过程与混凝土的宏观性能的变化密切相关。     

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1～2a,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。     

海洋浪花飞溅区混凝土硫酸盐侵蚀试验研究

对混凝土试件进行海边暴露试验,研究海边浪花飞溅区域混凝土硫酸盐侵蚀试验,利用分光光度计法测定硫酸根离子的含量。试验结果表明,混凝土中总硫酸根离子浓度随着腐蚀龄期的增加而升高,但后期增加幅度逐渐降低;混凝土中总硫酸根离子浓度因水胶比、水泥用量不同而不同;掺加矿物掺合料可以明显改善混凝土的抗硫酸盐侵蚀能力。     

氯盐、杂散电流共同作用下水泥基材料中硫酸根离子迁移行为的研究

通过加载杂散电流,以硫酸钠、硫酸钠-氯化钠作为腐蚀溶液,模拟地铁主体结构(钢筋混凝土)所处腐蚀环境。采用3%NaCl+5%Na_2SO_4复合腐蚀溶液,研究电场作用下水灰比对硫酸根离子迁移行为的影响,通过在5%Na_2SO_4腐蚀溶液中掺加不同量的氯化钠,探究氯盐掺量对硫酸盐侵蚀过程的影响。采用硫酸钡质量法测定硫酸根离子的含量,并运用XRD、DTG微观测试技术分析硫酸根离子的侵蚀机理。结果表明:杂散电流作用下,随着水灰比的增大,侵入净浆试件中的硫酸根离子含量增加;腐蚀溶液中氯盐掺量的增加,使试件内部的硫酸根离子含量降低,并且氯盐、杂散电流共同作用下硫酸盐对试件的侵蚀破坏是钙矾石和石膏共同作用的结果。     

氯离子对硫酸根离子在混凝土中扩散的影响

研究了不同氯离子浓度对硫酸根在混凝土中扩散的影响,以单一硫酸根离子浓度溶液、不同氯离子浓度与硫酸根离子为复合溶液作为侵蚀溶液对混凝土试块进行连续浸泡,采用比浊法对一定龄期的混凝土中的硫酸根离子含量进行测定,结果表明:氯离子的存在并不改变硫酸根在混凝土中的扩散规律,即硫酸根随着侵蚀深度的增加含量逐渐减少;氯盐浓度变化对硫酸根在混凝土中的扩散速度有较大的影响,硫酸根在混凝土中扩散速度随着氯盐浓度的增加而下降。