硫酸盐介质腐蚀混凝土灌注桩的质量与强度演变

为模拟混凝土灌注桩在硫酸盐渍土环境中侵蚀劣化规律,开展了现浇混凝土试件硫酸盐侵蚀试验,并研究了现浇混凝土试件硫酸盐侵蚀劣化机制.与预制混凝土试件劣化机制进行对比,分析现浇混凝土试件与预制混凝土试件硫酸盐侵蚀劣化的异同.分析水灰比、硫酸盐溶液浓度对现浇混凝土试件耐久性的影响,通过质量变化率、抗压强度相对值分析现浇混凝土试件劣化规律.结果表明:混凝土质量和抗压强度均呈现先增加后减少的趋势;同一条件下,现浇混凝土试件最先出现了质量和强度损失,损失率分别为0.4%和15%;硫酸盐溶液浓度的增加对现浇混凝土试件劣化规律不明显,而混凝土水灰比越大,现浇混凝土试件更易趋于劣化.     

盐侵-冻融-干湿耦合作用下天然浮石混凝土的耐久性分析

内蒙古河套灌区渠道“重灌轻排”导致土壤盐碱化严重,严重影响了水工建筑的使用寿命。本文研究了河套灌区渠道中盐侵-冻融-干湿耦合作用下天然浮石混凝土耐久性,以天然浮石混凝土作为衬砌材料,模拟河套灌区渠道水工建筑实际排水工程环境进行室内加速试验。以相对动弹模量以及质量损失率为损伤评价参数,分析天然浮石混凝土的宏观损失规律;借助环境扫描电镜和能谱成分分析揭示其退化机理;最后采用Weibull分布对天然浮石混凝土的相对动弹模量的退化轨迹构建模型,获得寿命可靠度函数,并预测出其极限失效次数。结果表明:在盐侵-冻融-干湿耦合作用下天然浮石混凝土的质量损失率总体呈现上升趋势,相对动弹模量呈现出下降趋势;在多因素耦合作用下,盐溶液与混凝土水化产物进行化学反应形成侵蚀产物,侵蚀产物膨胀引起混凝土内部孔隙变大、裂缝扩展,天然浮石混凝土劣化速率提高;在多因素耦合作用下天然浮石混凝土的可靠度为三阶段退化模型,其失效机制为耗损型失效。该研究可以为天然浮石混凝土在河套灌区渠道水工建筑工程应用提供理论依据。     

不同盐类环境下普通混凝土的抗盐冻耐久性研究

大安市不仅是东北典型的季冻土区,也是吉林省土壤盐渍化最严重的地区之一.境内的土壤盐分含量高、组成复杂,主要有Na+、HCO3-、Cl-、SO2-4,还有少量的Mg2+、Ca2+、K+等.在盐类侵蚀与冻融循环等外界因素作用下,常引起混凝土的盐冻剥蚀破坏,造成结构性能劣化,严重影响各类建筑物的耐久性与安全性.为了探究盐类侵蚀与冻融循环双重因素作用下混凝土的耐久性能,进行了复合盐、单盐(碳酸氢盐、氯盐、硫酸盐)及水环境下普通混凝土的抗冻耐久性快速试验,总结在盐蚀—冻融双重因素作用下,普通混凝土的盐冻破坏规律,运用电镜扫描、能谱与化学成分分析,进一步研究普通混凝土盐冻的破坏机理.     

复合盐溶液侵蚀与环境因素影响下混凝土耐久性研究进展

混凝土结构遭受各种盐离子侵蚀后,在远未达到其服役寿命时就破坏,位于恶劣环境下的混凝土还要同时遭到干湿循环、冻融、荷载等多重因素的影响,进一步加剧混凝土的损伤劣化.开展在复杂环境下受复合盐侵蚀的混凝土损伤劣化机理研究非常迫切,当前混凝土耐久性研究已逐渐转移到多因素共同作用所造成的耐久性损伤领域.针对复合盐溶液侵蚀作用下混凝土的耐久性能,对近年国内外相关研究成果进行回顾与分析.重点介绍了近年来关于混凝土在复合盐溶液与干湿循环、冻融、荷载等因素耦合作用下破坏机理和耐久性能试验研究成果,并对多因素耦合作用下混凝土耐久性研究进行了展望.     

多因素下地铁混凝土耐久性试验

综合考虑地铁沿线复杂的气候特点和腐蚀环境,在室内设计了考虑紫外线照射、干湿循环、冻融循环、硫酸盐及镁盐腐蚀的大循环试验,对3种水胶比和3种粉煤灰掺量共5种配合比的混凝土进行了耐久性试验,通过试件表观现象、抗压强度值、相对质量评价参数、相对动弹性模量评价参数及考虑质量和动弹性模量的综合损伤评价参数等评价指标,对地铁混凝土耐久性能进行了评价,同时,结合X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)分析了多因素下混凝土损伤劣化机理,结果表明:在室内大循环下混凝土试件发生了复杂的物理化学反应,生成膨胀性产物钙矾石、石膏晶体及无胶结性能的M-S-H,受到温度应力、胀缩应力、膨胀压力及盐结晶压力等复合力的共同作用,整个循环周期内呈现出初期强化、初步劣化及后期加速劣化的侵蚀特点,考虑质量和超声波波速的综合损伤评价指标,能够客观准确地反应混凝土宏观性能和内部微观结构,结果显示,水胶比为0.35,粉煤灰掺量30%的混凝土耐久性最佳。     

盐沼泽环境下公路桥梁桩基材料耐腐蚀试验

为解决盐沼泽环境下桥梁桩基础混凝土材料的耐久性,通过分别埋置在现场地表、水中、地下0.25m深和地下1.25m深的13个不同配合比的混凝土试件,历时360d的自然条件盐碱腐蚀环境下公路桥梁桩基混凝土材料腐蚀试验,系统地研究了掺和料(粉煤灰、矿粉、硅灰、膨胀剂、水泥基自愈合防水材料)种类及阻锈剂、抗硫酸盐水泥、钢护筒等对公路桥梁桩基混凝土抗侵蚀性能的影响,分别测试了混凝土立方体抗压强度和质量;采用扫描电镜、能谱仪和X衍射仪对混凝土进行微观分析,进而揭示其内部腐蚀机理;并提出混凝土抗侵蚀系数随龄期变化的回归公式。研究结果表明:埋置条件对混凝土抗侵蚀性能有一定影响,4种埋置条件中,放置在地表上的混凝土受侵蚀最严重,埋置在土中1.25m深处的混凝土腐蚀最轻,但不同混凝土试件略有差别;矿物掺和料的合理搭配能有效提高混凝土的抗侵蚀性能,其中矿渣应与膨胀剂掺和(CMP3),粉煤灰应与硅灰掺和(CMP7),水泥基自愈合防水材料应与硅灰掺和(CMP9);几种情况下360d内混凝土抗侵蚀系数均在0.85以上,具有较好的抗侵蚀性能;钢筋阻锈剂对混凝土的抗侵蚀性能有负面影响;所得回归公式可为混凝土耐久性的预测提供参考;腐蚀产物中发现了钙矾石、方解石、Friedel盐和硅灰石膏,这些腐蚀产物共同作用加速了混凝土的腐蚀;粉煤灰中活性成分Al_2O_3较高时,会加速钙矾石的生成,对混凝土不利。     

基于盐冻性能的高寒地区桥梁混凝土优化设计及机理分析

为探索改善高寒地区桥梁混凝土盐冻性能的可行性措施,设计正交试验,重点研究水胶比、用水量和引气量等因素对桥梁主塔C50混凝土、桥面板C40混凝土及大体积承台C30混凝土盐冻损伤规律,并提出高寒地区桥梁混凝土配合比设计参考值;借助SEM和压汞微观测试手段对桥梁混凝土进行微观分析.结果表明:桥梁混凝土盐冻性能显著性影响因素为用水量和引气量;用水量由156 kg·m~(-3)减至144 kg·m~(-3),桥面板C40混凝土剥蚀量降幅为13. 0%,300次冻融后抗弯拉强度损失率仅为20%;引气量控制在4. 5%～5. 0%时,300次冻融循环后,主塔C50混凝土的动弹模量相对值在87%以上,混凝土内部微裂缝较少,过渡区结构致密度较高,孔径分布最佳,宏观上表现为盐冻性能的提高.     

冻融环境下地聚物混凝土和螺纹钢筋黏结性能的研究

寒冷地区临海、盐碱土壤或冰盐环境中的混凝土结构因遭氯离子腐蚀和冻融循环的共同作用使得钢筋与混凝土间的黏结性能劣化,甚至会导致构件过早失效。为了分析在冻融循环和氯离子腐蚀耦合作用下地聚物混凝土与螺纹钢筋间黏结性能的变化规律,通过拉拔试验研究了地聚物混凝土与螺纹钢筋在此环境下的黏结性能,分析了保护层厚度（40 mm、60 mm、67 mm）、盐溶液浓度（0 %、5 %、10 %）和冻融次数（0次、15次、30次、50次）对极限黏结强度及黏结—滑移曲线的影响。结果表明：盐冻循环和水冻循环试件与未冻融试件破坏模式相同,均为劈裂破坏;但与未冻融的试件相比,极限黏结强度总体上降低,经过50次冻融循环后,盐冻和水冻试件的极限黏结强度为未冻融试件的56 %~67 %和80 %左右;最后,基于试验数据,提出考虑冻融次数和盐溶液浓度影响作用下地聚物混凝土劈裂抗拉强度以及极限黏结强度的拟合公式,以期为混凝土结构的工程应用提供理论参考。     

盐冻条件下FRP布加固混凝土粘结性能试验

目的研究FRP布加固混凝土在盐冻侵蚀下能否按预定要求起到应有的效果及其力学性能的变化.方法将混凝土试块进行25次、50次、75次和100次的盐冻处理,并采用试验机进行轴拉试验,对其试件的外观、极限承载力及粘结强度等指标进行对比分析.结果试验结果表明:盐冻时间越长越易从混凝土的浅层区发生拉断破坏或者从纤维布处破坏,进行100次盐冻处理的C20混凝土试件粘结强度平均值仅为0.890 MPa;C40混凝土试块经过100次盐冻处理后,粘结强度平均值仍达到3.944 MPa,其破坏形式为混凝土被拉断.结论在相同混凝土等级不同作用时间情况下,盐冻开始时对粘结强度的影响较大,后来变得不是很明显.在不同混凝土等级相同作用时间情况下,盐冻对较低等级混凝土影响较大,对较高等级混凝土影响较低,同时CFRP的正拉粘结强度远大于GFRP的粘结强度,CFRP的粘结强度较高.     

西宁盐渍土地区混凝土劣化机理试验研究

对不同组混凝土试件在多种情况下进行了耐久性试验,结合试验数据选取试件的相对质量评价参数和相对动弹性模量评价参数作为评价指标,探究了混凝土的表观损伤特征、相对质量及相对动弹性模量的变化规律,同时对不同组混凝土试件取样进行电镜扫描、EDS能谱分析及化学成分测定,以揭示混凝土的微观结构及损伤劣化机理.研究结果表明,相对质量评价参数和相对动弹性模量评价参数能直观地表征混凝土的劣化过程;西宁盐渍土地区混凝土的破坏形式为盐分的化学腐蚀和物理结晶,化学腐蚀对混凝土劣化具有加速效应,二者相互作用使混凝土发生了严重的破坏,主要的腐蚀产物有石膏、碳酸钙及硅灰石膏,特别地在西宁盐渍土地区混凝土发现了更为危害的硅灰石膏型硫酸盐侵蚀;西宁地区现场暴露混凝土已经受到盐渍土的侵蚀,其评价参数波动性变化,经过1 230d的试验还处于劣化初期.     

荷载-干湿交替-硫酸盐耦合作用下混凝土损伤过程

研究了弯曲荷载-干湿交替-硫酸盐三因素耦合作用下的混凝土损伤劣化过程,采用环境扫描电镜(ESEM)观察了耦合作用下的混凝土微观结构演变过程.结果表明,与单一硫酸盐侵蚀相比,弯曲荷载和干湿循环都加剧了混凝土在硫酸盐溶液中的损伤程度,但干湿循环的加速损伤作用更加明显.三因素耦合作用时,当荷载率低于40％时,干湿循环是加速混凝土损伤劣化的主要因素;而当荷载率达到60％时,荷载引起的力学损伤是导致混凝土劣化的主要因素.试验还表明,在荷载-干湿交替耦合作用下,混凝土强度等级越高其抗硫酸盐侵蚀能力越强,硫酸盐浓度越大混凝土损伤越明显,粉煤灰和矿粉等矿物掺合料可显著提高混凝土抗硫酸盐侵蚀能力.     

气候变化对RC结构碳化侵蚀可靠度的影响

气候变化引起的全球大气中CO2浓度的升高,加速了钢筋混凝土(RC)结构的劣化.针对《混凝土耐久性设计规范》中规定的碳化环境(Ⅰ类环境),评估了未来气候变化对中国RC结构在正常使用极限状态下时变可靠度的影响.研究显示:未来气候变化使中国RC结构的平均碳化深度增大20％～40％,降低了RC结构的碳化侵蚀可靠度.到2100年,混凝土结构耐久性设计规范中Ⅰ类环境下Ⅰ-A、Ⅰ-B环境作用等级的耐久性规定不能够适应气候变化对中国钢筋混凝土结构的耐久性影响.     

三因素作用下混凝土耐久性试验研究

利用自制加载装置,研究硫酸盐侵蚀、干湿循环和弯曲荷载耦合作用时混凝土的损伤劣化规律.试验结果表明:弯曲荷载加速了硫酸盐对混凝土的侵蚀作用;在1年内,干湿循环对硫酸盐侵蚀混凝土的影响不明显;混凝土试件接近破坏时,重量稍有增加.钢纤维对混凝土重量损失影响不大,其主要作用是减缓混凝土相对动弹性模量的降低,并随钢纤维体积率增大而效果更佳.粉煤灰有利于提高混凝土抗硫酸盐侵蚀能力.     

环境条件和应力水平对混凝土中氯离子传输的影响

为了研究自然环境中混凝土的氯盐侵蚀过程,进行了不同侵蚀角度、氯化钠溶液质量浓度、环境温度、应力水平下的混凝土盐雾加速侵蚀试验,分别探讨了在不同的条件下氯离子在混凝土中的扩散规律.结果表明:盐雾箱中试件放置角度不同,其表面氯离子聚集量会不同,最终导致氯离子侵蚀程度不同,其中以平面或45°侧面为侵蚀面时,表面氯离子质量分数较高,氯离子侵蚀程度严重;随着氯化钠溶液质量浓度的增大,盐雾沉降量增加,表面氯离子质量分数也增加,不过最终会达到一个衡定值;随着环境温度的升高,氯离子表观扩散系数逐渐增大;由于压应力状态下混凝土内部结构更加密实,氯离子表观扩散系数显著减小.     

人工气候模拟海洋大气盐雾区的加速试验设计

在海洋大气盐雾环境下,氯离子侵蚀是混凝土结构耐久性退化的主要原因。为了解决该环境下混凝土结构耐久性试验的相似性问题,以海洋环境中混凝土受氯盐侵蚀的实际工程为背景,在简述盐雾侵蚀机理的基础上,分析了大气盐雾区的现场环境参数（盐雾沉降率、雾粒直径、温度、湿度和干湿时间比等）。通过对现场环境参数的模拟和改变来提高氯盐侵蚀速度以制定加速试验方案。     

高温及冻融后蒸压轻质混凝土力学性能研究

为研究蒸压轻质混凝土结构在高温-冻融耦合作用下力学性能的变化情况,将不同高温处理后的蒸压轻质混凝土试件经过冻融循环试验后进行静态力学性能试验,研究了不同温度、不同冻融方法对蒸压轻质混凝土试件抗压强度、弹性模量、应力应变关系、能量吸收的影响。试验结果表明,蒸压轻质混凝土试件经高温与冻融循环耦合作用后,随着处理温度增加,其抗压强度减小,弹性模量降低,塑性提高,应力应变曲线变平缓,峰值应力减小,峰值应变增加,能量吸收减小,盐冻冻融循环相较于水冻冻融循环对高温处理后试件的力学性能劣化影响更大,使得试件破坏所需吸收的能量更小。     

混凝土高负温冻融损伤特性研究

为研究(-5±2)℃～(5±2)℃高负温冻融循环温度下混凝土盐冻融和水冻融的抗冻性,采用质量损失率、相对动弹性模量和超声波速损失率三种指标对混凝土试件在水冻、盐冻、盐浇水冻和盐浇盐冻环境下进行测试,结果表明:各类试件经历150次冻融后,评价指标值远未达到混凝土试件停止试验时的最初设计标准;盐与水冻融间的差距也要比标准冻...     

引气粉煤灰道面混凝土抗冻融性能试验研究

采用快速冻融法,测定了不同冻融循环次数下引气粉煤灰混凝土试件的质量损失、相对动弹模量和抗弯拉强度。研究了水胶比、引气剂掺量和粉煤灰掺量对混凝土抗冻性能的影响规律。结果表明:提高水胶比会增大水泥石内部孔径和孔隙率,混凝土更容易遭受冻融破坏;掺加粉煤灰不利于提高混凝土抗冻耐久性,随着粉煤灰掺量的增加,混凝土冻融循环后力学性能呈下降趋势;引气剂能够改善混凝土拌和物的泌水和离析现象,减小混凝土循环冻融后抗弯拉强度的损失。     

混凝土的抗酸雨腐蚀性及其机理研究

为了考察混凝土建筑在酸雨环境腐蚀下的耐久性问题,研究不同配合比的混凝土材料在酸雨侵蚀作用下的抗压强度、抗折强度和抗冲击性等性能,通过X射线衍射(XRD)、压汞测孔法(MIP)、扫描电镜和能谱仪(SEM-EDS)等测试方法,从粉煤灰、膨胀剂、聚丙烯纤维的作用机理入手,研究了侵蚀前后混凝土试块中水化产物微观结构及内部孔结构特征的变化.结果表明,聚丙烯纤维粉煤灰膨胀混凝土的抗酸雨腐蚀性效果最佳.基准混凝土水化产物在酸雨介质侵蚀下易转换为石膏和SiO2·nH2O,而聚丙烯纤维粉煤灰膨胀混凝土结构致密,有害孔显著减少,可有效阻碍酸雨介质侵蚀作用.     

SO_4~(2-)存在下水泥基复合材料力学性能研究

以内掺复合掺合料、中砂、细石、普通硅酸盐水泥以及抗硫水泥制成的细石高性能混凝土作为研究对象,在硫酸盐溶液中进行一百次干湿循环后,以抗折强度和抗压强度的变化来说明硫酸盐侵蚀对混凝土耐久性的影响.结果说明:混凝土试件的抗折强度比抗压强度更敏感,能够更好地反映混凝土试件的破坏程度;在干湿交替的水侵蚀环境中,不宜采用普通水泥混凝土和抗硫酸盐水泥混凝土;在干湿交替的硫酸盐侵蚀环境中,不宜采用普通水泥混凝土.在硫酸跟浓度小于5000mg/L的硫酸盐侵蚀环境中,可以选择使用抗硫酸盐水泥混凝土;在干湿交替的水侵蚀和硫酸盐侵蚀环境中,加入复合掺和料的混凝土能够更好地发挥抵制恶劣环境的作用.通过硫酸盐侵蚀机理分析说明:加入辅助胶凝材料能够有效的提高盐渍土地区混凝土抵抗硫酸盐侵蚀的能力.