西北复合盐侵蚀环境衬砌喷射混凝土离子扩散研究

中国西北地区盐渍土广泛分布,侵蚀性离子与喷射混凝土衬砌接触并向其内部扩散,经过一系列物理化学作用,形成高溶解性、膨胀性及无胶凝性侵蚀产物,破坏喷射混凝土微观结构,造成衬砌结构耐久性退化。采用干湿交替制度,模拟西北地区自然环境;以5%Na₂SO₄+5%MgSO₄+3.5%NaCl(质量百分比)混合溶液为侵蚀介质,模拟盐渍土及其地下水中的离子组成及含量,开展复合盐侵蚀喷射混凝土耐久性试验,测试混凝土pH值,水溶性Cl^-、SO₄^2-、Ca²⁺含量及酸溶性SO₄^2-含量。结果表明:干湿交替次数增大,混凝土pH值,水溶性Ca²⁺含量降低,水溶性Cl^-、SO₄^2-及酸溶性SO₄^2-离子含量增大。Mg²⁺扩散导致混凝土侵蚀区pH值明显降低。但随着深度增大...     

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,NO_3~-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。     

内盐湖环境中混凝土硫酸盐侵蚀破坏研究

位于内盐湖环境中的漯河－淮阳220kV高压输电线的混凝土基础,在线路投入运行不到十三年即出现明显开裂,本文利用化学分析对土壤环境,混凝土粗集料的SO3含量分析表明,环境中壤中SO^2-4离子浓度较高（0．39－0．67％）,为可能的侵蚀源,利用化学分析,XRD分析,电子探针等对基础不同深度混凝土分析表明,表层混凝土的SO^2-4离子浓度高于混凝土混凝土本体,环境土壤中的SO^-24离子已渗透进入混凝土内部,与水泥水化产物反应生成了钙矾后,形成了硫酸盐侵蚀特征型的破坏。     

海洋环境喷射混凝土抗氯离子侵蚀性能试验研究

为研究海洋环境喷射混凝土氯离子扩散性能,试验采用浸泡法及盐雾法模拟海洋水下区及海洋大气区,对不同侵蚀龄期喷射混凝土及钢纤维喷射混凝土渗透层氯离子含量进行测定。同时,与同配合比模筑混凝土进行对比,研究喷射混凝土氯离子扩散性能与模筑混凝土的差异。结果表明:随着侵蚀龄期增加,混凝土中氯离子含量增大,且相隔龄期间极差增大;不同海洋环境对混凝土氯离子扩散影响显著,与同条件下模筑混凝土相比,喷射混凝土氯离子扩散速率快,且在距表层同深度处氯离子含量较大;钢纤维的掺入可显著改善喷射混凝土微观孔结构,降低喷射混凝土中氯离子含量,提高其抵抗氯离子侵蚀性能。     

复合盐侵蚀衬砌喷射混凝土耐久性退化研究

我国西部地区土壤及地下水中含有高浓度、及Cl,与隧道衬砌喷射混凝土发生一系列物理化学反应,造成其结构耐久性能退化。为系统研究复合盐侵蚀喷射混凝土耐久性能退化规律及机理,分别以10%Na2SO4溶液和5%Na2SO45%MgSO43.5%NaCl混合溶液为侵蚀介质,采用干湿交替法,开展喷射混凝土耐久性试验。、及Cl与氢氧化钙和铝相反应生成水镁石、石膏和Friedel盐,延缓钙矾石形成。复合盐侵蚀喷射混凝土物理力学性能退化速度明显小于硫酸盐侵蚀。硫酸盐侵蚀喷射混凝土以表面水泥砂浆和骨料的剥落为主,复合盐侵蚀主要以表面龟裂最终断裂为主,且裂缝中充满白色结晶盐。分析侵蚀喷射混凝土矿物组成和微观结构,硫酸盐侵蚀喷射混凝土产物主要为钙矾石和石膏,而复合盐侵蚀喷射混凝土产物组成复杂,包括碳硫硅钙石、水镁石、石膏、钙矾石、水化硅酸镁和结晶盐。硫酸盐侵蚀喷射混凝土中含量高于复合盐侵蚀,而混凝土pH值低。     

弯曲应力作用下喷射混凝土氯离子扩散研究

采用弹簧四点弯曲加载法,对弯曲应力作用下喷射混凝土受拉区和受压区氯离子扩散性能进行了研究。以Fick第二定律为基准,对氯离子含量分布进行了拟合,分析弯曲应力作用下喷射混凝土氯离子扩散系数的变化规律。通过对比分析同配合比模筑混凝土、喷射混凝土和钢纤维喷射混凝土中氯离子含量分布规律,研究钢纤维和混凝土的成型方式对氯离子扩散性能的影响。结果表明：弯曲应力对喷射混凝土氯离子扩散影响大。应力改变喷射混凝土孔结构分布和微裂缝的数量及深度,对氯离子扩散速率产生影响。受拉区侧,氯离子含量随弯曲应力比增大而增大;受压区侧,氯离子含量随弯曲应力比增大而减小。氯离子扩散系数变化规律与氯离子含量变化规律相同。同应力比时,喷射混凝土氯离子扩散系数最大,钢纤维喷射混凝土和模筑混凝土氯离子扩散系数关系与受力方式、应力比大小、钢纤维和成型方式等有关。     

硫酸盐侵蚀环境下混凝土劣化规律研究

混凝土的劣化过程受到硫酸盐与循环冻融环境和干湿循环条件相互耦合、共同作用的研究相对较少。通过室内试验的手段,制作混凝土试块,分析混凝土的劣化过程受到硫酸盐与循环冻融环境和干湿循环条件相互耦合、共同作用的演变规律。结果表明：随着干湿循环次数的加大,不同水胶比、不同质量浓度Na₂SO₄溶液侵蚀下混凝土质量损失整体上均呈指数增加的趋势,而混凝土相对动弹模量的变化趋势则相反,整体表现为不断减小的规律,水胶比与混凝土的相对动弹模量之间具有负相关关系;随着冻融循环次数的不断加大,混凝土的质量损失率曲线均有相同的规律,均表现为非线性增加,且混凝土损失值均随冻融循环次数呈现近线性增加。     

聚丙烯纤维网喷射混凝土性能和衬砌试验

聚丙烯网状纤维喷射混凝土与传统素喷混凝土相比，抗拉、抗弯、抗渗水压力强度分别提高了56.2％，92．9％，100％；增加了密实性和质量稳定性：喷射作业回弹损失量减少10％～20％，粉尘减少1倍以上。在铁路、公路隧道中，已多次成功地将聚丙烯纤维网喷射混凝土用作隧道初期支护和永久衬砌，形成了完善的施工工艺，提高了隧道结构强度和质量。     

冻融损伤喷射混凝土本构关系及微观结构

采用棱柱体试件,通过快速冻融试验方法,对冻融损伤后同配合比普通混凝土、喷射混凝土及钢纤维喷射混凝土单轴受压应力应变全曲线进行研究。对应力应变关系中相关参数进行回归分析,得出冻融循环后试件应力应变全曲线方程。结果表明:随着冻融循环次数增加,受压应力应变曲线趋于扁平;峰值应力降低,峰值应变增大,分别与冻融循环次数呈线性和指数变化。与普通混凝土相比,喷射混凝土峰值应力下降速率小,而钢纤维喷射混凝土的下降速率进一步减小。而后,采用扫描电子显微镜及压汞法,对损伤后试件微观结构和孔结构进行观察分析,发现随着冻融循环次数增加,在渗透压和冻胀压力综合作用下,试件内部微裂纹及气孔增多,孔径增大,试件密实度显著降低;而钢纤维喷射混凝土中仅出现少量连通毛细孔,这与宏观力学性能变化呈现一致性。     

盐湖环境条件下抗腐蚀混凝土电杆的研究与开发

利用盐湖专用高性能混凝土技术，采用离心工艺研究开发出盐湖专用抗腐蚀混凝土电杆，解决了大西北盐湖地区混凝土电杆易腐蚀的难题，产品质量达到电杆国标要求和耐久性要求。同时，运用混凝土的氯离子扩散理论模型预测其使用寿命能达到50年。     

隧道围岩喷护速凝增强效应试验研究及工程应用

 在隧道工程施工中,喷射混凝土作为一种必要的初期支护手段,对隧道围岩稳定性控制起着重要的作用,而速凝剂的品质及掺量又直接影响着喷射混凝土的强度与施工环境。基于铝酸盐速凝剂促凝机制,研制出一种高性能低掺量液态速凝剂。该液态速凝剂苛性比小于1.2,pH值为9～11,含固量为65%,溶液稳定不析出。通过XRD和SEM图谱分析及相关性能试验,该液态速凝剂能有效提高水泥水化程度,短时间内形成大量硅酸钙凝胶,相互搭接形成晶体结构,减少凝结时间;其适宜掺量为水泥质量的1.5%～3%,喷射混凝土后期强度损失在10%以内。在现场应用中,研制出一种高精度小流量液态速凝剂定量添加装置,确保精确控制液态速凝剂掺量;并完善相应的配套喷射工艺,有效提高喷射混凝土强度,降低施工中粉尘和回弹,具有良好的推广和应用价值。     

喷射混凝土力学性能、渗透性及耐久性试验研究

试验以采用喷射混凝土单层衬砌结构隧道工程为背景,对不同水胶比、粉煤灰掺量及钢纤维掺量喷射混凝土力学性能、渗透性能进行研究。结果表明 ,喷射混凝土具有高早龄期强度,当养护龄期大于1d时,喷射混凝土强度小于普通混凝土且差值逐渐增大。随着水胶比增大和钢纤维掺量降低,喷射混凝土 强度及渗透性降低;随着粉煤灰掺量增大,喷射混凝土抗压强度先增大后减小,渗透性先减小后增大,劈裂抗拉强度持续增大。同时,对喷射混凝土碳化、 冻融、硫酸盐侵蚀及氯离子侵蚀耐久性能进行研究,并与同配合比普通混凝土进行对比。而后,采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、热分析及压 汞测孔法(MIP)对侵蚀后喷射混凝土微观结构、侵蚀产物及孔结构进行分析,研究喷射混凝土与普通混凝土耐久性能差异及机理。结果表明：喷射混凝土碳 化、冻融及硫酸盐侵蚀耐久性能优于普通混凝土,但抗氯离子侵蚀性能较普通混凝土弱。钢纤维的加入使喷射混凝土耐久性能提高,但对抗氯离子侵蚀性能 提升不明显。     

混合侵蚀与冻融循环作用下混凝土力学性能劣化机理研究

本文对快速冻融循环与3%氯化钠和5%硫酸钠混合溶液浸泡的交替作用下,混凝土材料性能劣化的机理进行了试验研究;用X射线衍射仪(XRD)与扫描电子显微镜(SEM)分别对试件的水化产物及显微结构进行了测试和分析。结果表明:随冻融循环与混合溶液浸泡次数的增加,混凝土抗压强度明显降低;试件内部出现了微裂缝扩展和裂缝性质的变化,生成了盐类结晶;水泥石组分中也出现了盐类的腐蚀产物(钙矾石和石膏)。可见,冻融循环与盐类混合侵蚀溶液共同作用下,混凝土既出现了物理变化,又发生了化学反应,从而加剧了混凝土力学性能的劣化。     

盐胀对混凝土劣化机理研究

以混凝土强度、氯盐种类、氯盐浓度、侵蚀方式为评价指标,研究干湿循环条件下混凝土所受到的盐胀劣化机理。研究表明,氯离子侵蚀混凝土表面的量随强度等级的提高而减小;经多次干湿循环后,由于盐结晶作用,混凝土会发生膨胀;干湿循环比长期浸泡的混凝土表面氯离子浓度高;随浸泡龄期的增长,混凝土表层氯离子浓度不断增长,但后期增长缓慢。分析混凝土经干湿循环后表层XRD图谱以及混凝土在氯盐溶液中浸泡后SEM图谱,得出氯盐融雪剂对混凝土的盐胀破坏是物理结晶腐蚀和化学腐蚀综合作用的结果。     

盐雾状态下氯离子在混凝土中扩散规律研究

通过对10根钢筋混凝土粱进行8个月的盐雾府蚀试验,研究了不同条件下氯离子在混凝土中的扩散情况。该研究有助干理解在腐蚀过程中氯离子扩散的规律,为类似环境下混凝土相关设计与保护提供了一定指导。