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。     

相对法评价干湿循环―硫酸盐侵蚀下混凝土内部损伤

将相对法理论应用于混凝土材料,通过测量由表及里磨削掉每薄层前后样品的动弹性模量,运用相对法理论公式计算得出混凝土内部不同深度损伤层的动弹性模量,进而研究在干湿循环—硫酸盐耦合作用下混凝土内部损伤规律.研究结果表明:随着侵蚀深度增加,混凝土内部动弹性模量由表及里逐层递减,证明混凝土将发生由内向外的逐层破坏;随着干湿循环周期的延长,混凝土内各梯度损伤层处的动弹性模量均呈现先降低后增大再降低的趋势,由动弹性模量最低值处所对应的干湿循环次数,即可得到腐蚀到该循环次数时所对应的侵蚀层深度;掺矿物掺和料的混凝土试件内部各层动弹性模量值均小于基准混凝土试件的对应值,证明矿物掺合料的掺入加剧了干湿循环与硫酸盐侵蚀耦合作用下混凝土的损伤速率.该研究为解决常规实验方法无法测试的混凝土材料内部力学性能评价问题提供一种新思路.     

镁水泥钢筋混凝土盐卤侵蚀下的耐久性试验

针对研发青海省格尔木市的察尔汗盐湖地区耐腐蚀混凝土研发的迫切要求,结合察尔汗盐湖地区的实际情况,设计盐卤侵蚀单因素试验条件,通过相对质量、相对动弹性模量、裂缝与变形及钢筋的锈蚀情况来研究镁水泥钢筋混凝土在盐卤侵蚀单因素下的耐久性问题.通过研究发现:经长期盐卤侵蚀试验后,镁水泥混凝土性能未出现明显劣化;镁水泥混凝土的抗腐蚀性能优越,钢筋均存在一定程度的腐蚀.     

混合侵蚀和冻融循环条件下混凝土力学机制试验研究

混凝土在硫酸盐侵蚀和冻融循环条件下易破坏,引发基础承载力下降。为了研究寒区盐渍土环境下混凝土的劣化机制,进行混凝土在硫酸钠和氯化钠混合溶液中的冻融循环试验,循环次数分别为0、10、20、30、40、50次;其次测量了冻融循环后混凝土的抗压强度,并结合X射线衍射试验,分析了侵蚀后混凝土内部物质的变化对力学性能的影响;最后通过冻融前后的弹性模量及质量变化,计算了损伤变量和质量损失率变化,研究了冻融循环下的混凝土损伤规律。研究结果表明:随着冻融次数的增加,混凝土力学性能大幅度弱化,内部损伤越严重,表面剥落越严重;弹性模量、抗压强度均大幅度降低,质量损失率与损伤变量均增大。混凝土内部发生了物理反应(芒硝的生成)和化学反应(石膏和钙矾石的生成),共同造成了混凝土内部结构破坏。     

动弹性模量在混凝土抗侵蚀性能评价中的应用

用力学指标评价混凝土抗侵蚀性能具有破坏性和测值离散的特点,采用混凝土试件在饱和硫酸钠溶液中浸泡和干湿循环的相对动弹性模量的测试结果与混凝土力学破坏试验结果比较的方法,探讨了相对动弹性模量测试等非破损方法在评价混凝土抗硫酸盐盐结晶侵蚀性能的可行性和有效性.结果表明,相对动弹性模量表征的抗盐结晶侵蚀系数与相对抗折强度及劈拉强度表征的抗盐结晶侵蚀系数评价指标具有较好的相似性.以相对动弹性模量测试的非破损方法辅助一定数量的力学测试可以用于评价混凝土的抗侵蚀性能.图6,表2,参8.     

玻璃粉/硅粉复掺对混凝土腐蚀环境下耐久性的影响

基于格尔木地区土壤中实测腐蚀性离子种类与含量,设计Na₂CO₃、NaCl、Na₂SO₄及MgSO₄复合溶液进行全浸泡试验,通过相对质量评价参数(ω₁)与相对动弹性模量评价参数(ω₂)变化规律研究玻璃粉/硅粉复掺对混凝土耐久性能的影响.分析标准养护下玻璃粉/硅粉复掺对胶凝材料水化反应的影响,以及玻璃粉/硅粉复掺混凝土受复合盐溶液侵蚀的微观机理.并依据Wiener理论预测了复合盐溶液腐蚀环境下混凝土的服役寿命.结果表明:复合盐溶液腐蚀环境下,混凝土劣化幅度因玻璃粉掺量的变化而不同;标准养护下玻璃粉/硅粉复掺对胶凝材料水化产物无影响,且养护至56~120 d时SiO₂仍进行着明显的火山灰效应;玻璃粉掺量10%、硅灰掺量6%时,玻璃粉/硅粉复掺对混凝土气孔结构有所改善,所以在复合盐溶液腐蚀前后混凝土内部平均气泡孔径均小于未掺玻璃粉与硅灰时的混凝土气泡孔径;玻璃粉/硅粉复掺制备混凝土时玻璃粉掺量不宜超过10%.     

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.     

格尔木地区钢筋混凝土现场暴露的竞争失效分析

为研究格尔木盐渍土地区钢筋混凝土服役期间的退化过程,采用现场暴露的试验方法,对钢筋混凝土的退化过程进行跟踪研究.将相对动弹性模量评价参数、相对质量评价参数作为钢筋混凝土耐久性退化的2个因素,基于Weibull分布函数对其进行综合分析.结果表明,Weibull分布函数可以很好地对钢筋混凝土的退化过程进行表述;相对动弹性模量评价参数和相对质量评价参数可分别作为劣化前期和后期的评价指标;钢筋混凝土的失效时间为870 d.     

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.     

多盐耦合腐蚀环境下混凝土性能劣化规律

为了探究实际工业化学腐蚀环境对混凝土物理力学性能的影响规律，在氯盐、硫酸盐及镁盐环境下，进行了半浸泡与全浸泡的现场暴露试验，并在室内进行了相应的腐蚀模拟试验，研究不同水胶比、腐蚀质量分数及干湿周期对混凝土质量、抗压强度、动弹性模量及损伤层厚度的影响.结果表明：半浸泡混凝土与室内模拟试验混凝土相对质量、相对动弹性模量、抗压强度均随时间先上升后下降，损伤层厚度随时间持续上升.全浸泡方式对混凝土的劣化损伤远低于半浸泡方式，全浸泡方式延长了半浸泡方式各转折点所需时间.水胶比增大、质量分数提升及干湿周期缩短均促进Friedel盐、钙矾石及氢氧化镁等生成，加速混凝土劣化.腐蚀性离子渗入混凝土的先后顺序为：氯离子、硫酸根离子、镁离子.     

腐蚀方式对灌注桩劣化及硫酸盐扩散规律影响

利用室内试验模拟盐渍土地区混凝土灌注桩的腐蚀过程,对比研究灌注桩混凝土在半浸泡及全浸泡腐蚀环境下的劣化过程及硫酸盐扩散规律.通过室内试验制备现浇混凝土试样,采用人工腐蚀环境,分别模拟全浸泡及半浸泡腐蚀作用方式下混凝土灌注桩的腐蚀过程,测定混凝土试件在1、3、6、9个月等不同腐蚀时间的尺寸、抗压强度变化及硫酸盐扩散深度,分析两种腐蚀作用下灌注桩现浇混凝土的劣化过程及差异,并探讨不同腐蚀方式对灌注桩混凝土中硫酸盐扩散的影响规律.结果显示,半浸泡与全浸泡腐蚀的灌注桩混凝土劣化过程差异显著;半浸泡的混凝土劣化速度显著快于全浸泡混凝土,强度损失也更严重;半浸泡混凝土同时遭受硫酸盐的化学及结晶腐蚀,液面附近表面发生较为严重的脱落并发生一定程度的膨胀;液面以上混凝土硫酸盐的扩散速度显著高于全浸泡下混凝土中硫酸盐的扩散.研究表明,灌注桩中处于地下水位活动范围的混凝土在硫酸盐腐蚀下的劣化速度较快,在较短时间内发生严重的损伤;全浸泡现浇混凝土则由于其环境较稳定,主要受到硫酸盐的化学侵蚀,损伤过程较慢.因此,在混凝土灌注桩抗硫酸盐腐蚀设计中,应重点考虑地下水位附近桩体混凝土的抗蚀性能.     

水泥-石灰石粉胶凝材料在硫酸盐侵蚀下的破坏机理

采用5%硫酸钠溶液,对水泥-石灰石粉胶砂试件进行长期浸泡腐蚀试验,测试试件强度,并对试件进行XRD分析和SEM观察.研究结果表明:在硫酸盐侵蚀下,试件劣化是因产生石膏而不是钙矾石造成的;侵蚀反应还造成水化产物碳铝酸钙分解,促使试件腐蚀破坏;水泥-石灰石粉胶凝材料的破坏主要是由石青膨胀和水化产物分解共同造成的;在硫酸盐腐蚀环境中,不宜采用石灰石粉作混合材的复合水泥以及用石灰石粉作掺合料的混凝土.     

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。     

轴压与硫酸盐实时耦合作用下混凝土耐久性试验研究

通过测量混凝土的饱和面干吸水率和相对动弹性模量,研究了混凝土在轴压荷载与硫酸盐侵蚀耦合作用下耐久性能的时变规律,采用扫描电镜和X射线衍射仪研究非界面过渡区微观结构劣化规律.轴压应力比包括0、15%、30%和45%,硫酸钠溶液浓度包括0、5%和10%.试验结果表明:在45%应力比作用下,荷载对混凝土相对动弹性模量的劣化有显著促进作用,饱和面干吸水率随侵蚀龄期的增加呈逐渐增加规律.在30%及以下应力比作用下,混凝土的饱和面干吸水率随侵蚀龄期的增加呈先降低后增大的规律,且10%的硫酸钠溶液中的饱和面干吸水率后期增加较快;荷载对5%硫酸钠溶液中混凝土相对动弹性模量的劣化有抑制作用,30%应力比作用下的最明显.混凝土在轴压荷载与硫酸钠溶液侵蚀耦合作用下,随侵蚀龄期的增加,在45%应力比作用下,非界面过渡区微观结构呈逐渐劣化的规律;在30%及以下应力比作用下,非界面过渡区微观结构呈两阶段演化规律,在早期侵蚀阶段,钙矾石、石膏等侵蚀产物对微观结构有逐渐填充密实作用,后期钙矾石、石膏等的膨胀应力作用使微观结构产生微裂缝而逐渐劣化.     

硫酸盐与冻融复合作用下混凝土劣化规律

采用快冻法对混凝土分别在1%Na_2SO_4,5%Na_2SO_4,5%MgSO_4(质量分数)溶液以及水中的冻融情况进行试验,从混凝土相对动弹性模量、抗压强度、损伤层厚度及损伤层混凝土抗压强度等方面研究混凝土的损伤劣化规律,并结合扫描电镜方法,分析混凝土在硫酸盐和冻融循环作用下的复合损伤机理。研究结果表明:混凝土相对动弹性模量变化呈现快速下降、缓慢下降和快速下降3个阶段;抗压强度变化表现为缓慢下降和加速损失2个阶段。随着冻融次数增加,混凝土损伤层中超声波速降低,损伤层厚度增大,损伤层混凝土抗压强度明显降低,混凝土损伤劣化程度增大。混凝土在5%Mg SO4溶液中冻融破坏严重,抗冻性能最差;在5%Na_2SO_4溶液中,混凝土在冻融循环前期劣化程度比水冻的小,冻融300次后劣化程度比水冻的大;混凝土在1%Na_2SO_4溶液中的劣化情况比5%Na_2SO_4溶液和水中的大。     

经受疲劳荷载与冻融循环作用后混凝土动态性能研究

采用微宏观结合的方法来研究疲劳荷载与冻融循环作用下混凝土动态性能的劣化规律和损伤机理,对混凝土试件先分别进行冻融循环、疲劳加载和先疲劳加载后冻融循环等3种损伤试验,再进行不同应变率下的单轴动态抗压试验.研究不同应变率下试件的表观损伤、质量损失、相对动弹性模量和抗压强度的劣化,并结合扫描电子显微镜(SEM)对损伤后的微观形貌进行机理分析.研究表明:仅受冻融作用和先疲劳后冻融作用时,随冻融次数的增加,试件的质量均呈先增后降的趋势,相对动弹性模量均呈逐渐降低趋势. SEM微观试验结果表明先疲劳后冻融作用下,冻融循环使得混凝土内部裂缝数量和宽度均有明显增加,导致混凝土抗压强度随冻融循环次数的增加而逐渐降低.先受疲劳荷载再受冻融循环作用的混凝土,在冻融次数和疲劳次数相同时,抗压强度随应变率的增加逐渐增大.相比混凝土仅受冻融循环作用,疲劳荷载历史对混凝土的抗冻性有显著劣化作用.受疲劳荷载和冻融循环作用后的混凝土具有明显的应变率效应,而且混凝土损伤越严重,其强度对应变率越敏感.     

冻融循环作用下混杂纤维粉煤灰混凝土力学性能试验

为了研究混杂纤维和粉煤灰增强混凝土在冻融循环作用下的损伤程度,通过对基准混凝土、混杂纤维混凝土和混杂纤维粉煤灰混凝土试样在冻融循环条件下进行抗压强度试验及超声波检测试验,得到冻融破坏后混凝土的抗压强度和相对动弹性模量,分析抗压强度损伤量、相对动弹性模量损伤量和内部结构破坏机制,建立了基于相对动弹性模量的强度衰减方程。试验结果表明：基准混凝土、混杂纤维混凝土和混杂纤维粉煤灰混凝土的抗压强度和相对动弹性模量均随着冻融循环次数的增加而减小;经历60次冻融循环时,其抗压强度和相对动弹性模量都有不同程度的下降;混杂纤维粉煤灰混凝土抗压强度和动弹性模量的损伤量在粉煤灰掺量小于10%时整体小于基准混凝土,而在粉煤灰掺量为20%和30%时大于基准混凝土;通过对冻融循环作用下混凝土相对抗压强度与相对动弹性模量的关系拟合,得到相关系数良好的相对抗压强度与相对动弹性模量的指数函数关系表达式;分析了混凝土冻融损伤、纤维和粉煤灰增强混凝土抗冻融机理。掺入适量纤维和粉煤灰能增强混凝土的抗冻融破坏能力。     

混凝土硫酸盐腐蚀损伤的声波与声发射变化特征及机理

试验模拟干湿循环作用下混凝土受10%(质量分数)硫酸钠溶液侵蚀的腐蚀环境,测试和分析硫酸盐不同侵蚀时期混凝土单轴压缩试验时波速和声发射的变化特征。采用环境扫描电镜和能谱仪进行微观观测并结合X射线衍射测试手段分析受蚀混凝土的损伤机理。结果表明：受侵蚀60 d和80 d的试件加载初期会有较明显的压密阶段,试件受硫酸盐侵蚀和干湿循环作用愈久,加载中波速急剧下降的突变点愈提前;受蚀40 d以上的试件加载中声发射事件活跃区间较集中,在腐蚀产生的缺陷和薄弱位置容易出现应力集中和能量集中释放,声发射事件数量急剧上升的突变点提前。通过数学模型以声发射累积振铃计数为损伤变量建立损伤模型可以表征混凝土中环境腐蚀、荷载及损伤之间的作用关系。腐蚀阶段钙矾石与石膏的膨胀作用和硫酸钠的结晶压在试件内部形成微破损,受蚀混凝土表现出不同宏观性能。     

腐蚀损伤对Q345钢材力学性能的影响

根据重庆地区年降雨时间及其分布特点,结合经典概率理论及统计知识建立降雨概率分布模型,基于此模型,结合钢材腐蚀特征建立环境腐蚀损伤试验模型;然后,根据重庆酸雨成分及其含量配置高浓度模拟酸雨溶液,对5组共计19个Q345钢材材性试件进行不同时间的"间浸"式腐蚀损伤试验,观察分析试件在腐蚀环境中的破坏形态;最后,对各组腐蚀试件开展拉拔试验,由腐蚀试件屈服强度、极限抗拉强度、弹性模量以及伸长率等材料力学性能参数的变化情况,分析Q345钢材力学性能参数随腐蚀损伤的退化规律。结果表明:Q345钢材屈服强度和极限抗拉强度等承载力参数随腐蚀损伤增加而退化,加速腐蚀84 h后分别退化了10.67%和8.83%,部分试件甚至出现屈服平台消失;与承载力参数相比,弹性模量、截面收缩率、伸长率等衡量构件变形能力的参数退化最为显著,退化率约20%。     

氯盐侵蚀和冻融循环耦合作用下保温混凝土的耐久性

通过混凝土抗冻性能试验,对保温混凝土(TIC)进行氯盐侵蚀与冻融循环耦合作用下的耐久性能研究。本文以质量分数3.5%的氯化钠溶液为冻融介质,对保温混凝土的相对动弹性模量、质量损失率、抗压强度、劈裂抗拉强度及氯离子侵蚀情况进行了测试分析。结果表明:氯盐侵蚀加剧了冻融循环的破坏程度,250次冻融循环后TIC的相对动弹性模量降低至60%以下。随着冻融循环次数的增加,TIC的抗压强度和劈裂抗拉强度与冻融次数呈线性关系。氯盐侵蚀与冻融循环耦合作用下,TIC中氯离子扩散规律满足Fick第二定律。