多盐耦合环境下混凝土腐蚀损伤发展模型

以SO₄^2-,Cl^-与Mg²⁺作为主要离子模拟工厂中实际恶劣化学腐蚀环境，开展现场暴露试验及室内模拟试验.研究了不同浸泡方式、水胶质量比、腐蚀溶液质量分数及干湿周期对混凝土劣化影响，采用超声波检测分析混凝土劣化程度.结果表明：在多盐耦合作用下，混凝土的损伤层厚度随腐蚀时间持续增加且速度逐渐减小.腐蚀前期Cl^-与SO₄^2-先进行反应，混凝土内外浓度差较大，腐蚀速度快；腐蚀中期镁盐参与腐蚀，导致缺陷再发展，但浓度差减小，腐蚀速度放缓.基于试验结果提出损伤发展模型，得出室内模拟试验腐蚀1.37 d相当于现场半浸泡试验腐蚀1 d,结果较为准确.     

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。     

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.     

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。     

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.     

粉煤灰品质对混凝土性能影响研究

研究掺低钙、高钙粉煤灰对结构混凝土坍落度、抗压强度、混凝土碳化、氯离子扩散系数、干湿循环破坏等性能的影响.研究表明低钙、高钙粉煤灰对混凝土坍落度没有影响,在相同的养护龄期里掺高钙粉煤灰的混凝土抗压强度大于低钙粉煤灰混凝土.掺加低钙、高钙粉煤灰对混凝土碳化、氯离子扩散系数、干湿循环破坏有影响,掺加低钙粉煤灰混凝土具有比掺高钙粉煤灰混凝土更大碳化深度,掺低钙、高钙粉煤灰对混凝土氯离子扩散系数影响不明显,在干湿循环初始阶段掺低钙粉煤灰混凝土抗压强度、相对动弹性模量增加程度大于掺高钙粉煤灰混凝土增加程度,干湿循环超过30次后高钙粉煤灰混凝土抗压强度、相对动弹性模量劣化增加程度小于低钙粉煤灰混凝土抗压强度劣化损伤增加程度.     

混凝土在硫酸盐-氯盐环境下的损伤失效研究

研究了水胶比为0.37,0.45普通混凝土在3种单一硫酸盐溶液(2.5%,5.0%,10%Na2SO4溶液),3种复合溶液(10%Na2SO4 (0,7%,13%)NaCl溶液)中浸烘循环,其相对动弹性模量Erd演化规律.实验结果表明:混凝土损伤演化过程包括初始劣化段,性能改善段和性能劣化段.其损伤演化方程由线性函数和二次函数构成的分段函数描述,二次项系数改变反映了腐蚀溶液中硫酸盐浓度和氯盐浓度的影响.随硫酸盐浓度增加,混凝土损伤劣化速度加快;复合溶液中氯盐存在,延缓了混凝土损伤劣化速度.为阐明该结果,用TG-DSC-XRD分析了相同W/B水泥静浆在不同腐蚀龄期、腐蚀溶液中的腐蚀产物.     

干湿循环下氯盐对现浇混凝土硫酸盐

盐渍土地区地表及地下现浇混凝土结构往往遭受多离子 干湿交替的复合侵蚀作用.利用室内试验条件模拟实际工程中地下现浇混凝土结构复合侵蚀过程.测定了试件的尺寸、质量、抗压强度变化及硫酸盐在不同深度的分布情况,进一步采用SEM（扫描电子显微镜）、XRD（X射线衍射）及EDS（电子能谱测试）观察了混凝土试样微观结构及物相变化,并对比和分析了干湿循环条件下氯盐对硫酸盐在现浇混凝土中扩散规律的影响.结果发现,干湿及氯盐影响下现浇混凝土硫酸盐侵蚀更为剧烈,干湿条件下复合侵蚀的混凝土试样在腐蚀后期强度显著降低,氯盐影响下现浇混凝土中硫酸盐的扩散和积累速度更快.研究表明,干湿交替下氯盐对硫酸盐腐蚀存在协同加速效应,氯盐促进了硫酸盐在现浇混凝土中的扩散及积累.     

干湿循环下氯盐对现浇混凝土硫酸盐腐蚀劣化及扩散影响

盐渍土地区地表及地下现浇混凝土结构往往遭受多离子-干湿交替的复合侵蚀作用.利用室内试验条件模拟实际工程中地下现浇混凝土结构复合侵蚀过程.测定了试件的尺寸、质量、抗压强度变化及硫酸盐在不同深度的分布情况,进一步采用SEM(扫描电子显微镜)、XRD(X射线衍射)及EDS(电子能谱测试)观察了混凝土试样微观结构及物相变化,并对比和分析了干湿循环条件下氯盐对硫酸盐在现浇混凝土中扩散规律的影响.结果发现,干湿及氯盐影响下现浇混凝土硫酸盐侵蚀更为剧烈,干湿条件下复合侵蚀的混凝土试样在腐蚀后期强度显著降低,氯盐影响下现浇混凝土中硫酸盐的扩散和积累速度更快.研究表明,干湿交替下氯盐对硫酸盐腐蚀存在协同加速效应,氯盐促进了硫酸盐在现浇混凝土中的扩散及积累.     

盐雾环境下基于Weibull分布的钢筋混凝土腐蚀劣化行为

针对西部地区大气环境下钢筋混凝土病害严重问题,模拟当地腐蚀环境,设计盐雾与烘干相结合的室内加速腐蚀试验,采用电化学参数和混凝土损伤度表征钢筋混凝土的腐蚀劣化规律;基于Weibull分布函数建立钢筋混凝土在盐雾环境下的劣化模型,并进行竞争失效分析.结果表明：在盐雾干湿循环作用下,钢筋混凝土保护层及内部钢筋的耐腐蚀性均呈现出先强化后劣化的变化趋势;Weibull分布函数可以有效地描述钢筋混凝土在盐雾环境下的性能劣化过程;在盐雾干湿循环前期,混凝土损伤度比腐蚀电流密度更为敏感,而在后期,腐蚀电流密度为钢筋混凝土劣化的主导因素.     

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.     

模拟工业废水对钢纤维混凝土的腐蚀试验研究

针对模拟工业废水环境以及工业废水-干湿循环耦合作用下钢纤维混凝土的抗压强度、抗折强度、尺寸效应等几个方面进行了试验,研究了工业废水环境下钢纤维混凝土的抗腐蚀性能.结果表明,高COD值工业废水将对钢纤维混凝土产生腐蚀劣化,钢纤维混凝土的抗压腐蚀系数和抗折腐蚀系数均随着试验龄期的增加而逐渐降低,其降低幅度随着试件尺寸的减小而增大;钢纤维对抑制混凝土抗压强度的腐蚀劣化作用不明显,但可有效抑制混凝土抗折强度的腐蚀劣化作用;在工业废水环境下经历干湿循环4个月以后,钢纤维混凝土抗压强度与抗折强度的腐蚀劣化开始显现,钢纤维的加入对混凝土抵抗工业废水干湿循环下的腐蚀能力有所提高;经历工业废水腐蚀后的小尺寸试件与标准试件之间的钢纤维混凝土抗折强度具有较为显著的尺寸效应.     

复合因素联合作用下混凝土硫酸盐侵蚀损伤特性试验

为研究经历荷载历史后的混凝土在荷载历史与环境因素联合作用下的损伤演化规律,对105个尺寸为100 mm×100 mm×300 mm的棱柱体试块施加轴压荷载历史并进行硫酸钠溶液单独侵蚀、硫酸钠溶液与干湿循环联合侵蚀,以试验测得的相对动弹性模量、轴心抗压强度作为损伤评价指标来研究混凝土的损伤特性和机理.试验结果表明:无论经历荷载历史与否,混凝土在硫酸钠溶液作用下力学性能早期均有所提高.在双因素联合作用下,干湿循环和荷载历史都加快了混凝土内部损伤和强度劣化,干湿循环加速损伤作用更加明显.在三因素联合作用下,混凝土损伤劣化速度和程度与硫酸钠溶液浓度成正比,但并非随着历史荷载的应力水平呈现单调变化,在25%应力水平的荷载历史下影响最大.     

混凝土在浸泡和干湿循环作用下的抗氯盐侵蚀性能

该文采用自然浸泡和干湿循环试验方法研究了不同浓度氯盐浸泡的混凝土在干湿循环后的盐胀破坏特征。研究结果表明,混凝土经氯盐溶液干湿循环作用后,随干湿循环龄期增加,其抗压强度略有下降,抗折强度下降明显。微观分析发现,经干湿循环作用后,氯离子含量高的溶液对混凝土侵蚀较为严重,全浸泡对混凝土的强度影响较小。     

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.     

机制砂混凝土的冻融和盐侵蚀耐久性

对机制砂混凝土进行了冻融循环试验。考虑了三种强度等级(C30、C40、C50)和四种介质(清水、质量分数为5%的氯化钠溶液、质量分数为5%的硫酸钠溶液和5%氯化钠溶液+5%硫酸钠溶液组成的混合盐溶液)。重点考察质量损失率、相对动弹性模量和抗压强度的变化。结果表明:随着冻融循环次数的增加,四种环境下机制砂混凝土的质量、相对动弹性模量和抗压强度均呈下降趋势;盐的存在加剧了机制砂混凝土在冻融循环过程中产生的表层剥落,却减缓了机制砂混凝土相对动弹性模量的下降;盐溶液种类对机制砂混凝土冻融后质量损失率和相对动弹性模量的影响程度不同,氯化钠比硫酸钠的破坏力强。     

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。     

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.     

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。     

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.