碱硅酸反应作用下混凝土中氯离子扩散规律和结合能力

采用活性集料和非活性集料配成混凝土进行对比试验,研究了氯离子在同时受到碱硅酸反应(ASR)作用的混凝土中的扩散和结合特性.所用混凝土的碱含量分别为水泥质量的0.5%和1.5%,试验温度为60℃,并采用3.5%和7.5%两种不同质量分数的NaC l溶液浸泡混凝土,进行了氯离子渗透试验,测定了不同浸泡龄期下混凝土试件内部总氯离子含量和自由氯离子含量.用XRD和SEM以及压汞法对试件进行了微观结构分析.结果表明:在ASR同时作用时,混凝土的氯离子扩散速度减慢,混凝土对氯离子的结合表现为线性吸附关系,氯离子结合能力也明显降低;ASR所导致的开裂不会明显提高氯离子的侵入.由于氯离子扩散速度减慢,混凝土钢筋锈蚀时间延迟,但并不能得到抑制,并且由于氯离子结合能力的降低以及ASR的发生,孔溶液中C(C l-)/C(OH-)提高,反而会使锈蚀加快.     

化学外加剂抑制碱硅酸反应原理及进展

概述了化学外加剂抑制碱硅酸反应(ASR)膨胀的原理及其几十年来国际上的研究进展,并讨论了应进一步研究的问题.     

Al2O3对碱硅酸反应的影响

采用分析纯Al2O3和烧铝矾土,以玻璃砂为活性骨料,通过测定砂浆棒的膨胀率及用能谱仪分析砂浆棒中C-S-H凝胶的组成,研究了Al2O3对碱硅酸反应的影响,并分析了其机理.结果显示,Al2O3对碱硅酸反应也有较好的抑制作用.其机理可能为Al3+对C-S-H中Si4+的取代作用加强了C-S-H对碱的结合能力.     

冻融循环对混凝土碱硅酸反应二次损伤的影响

研究了早期受到不同程度冻融循环作用的混凝土在进一步受到碱硅酸反应作用时的损伤破坏特点和规律.混凝土试件先进行冻融循环30次和60次,然后在60 ℃的1 mol NaOH溶液中浸泡进行加速碱硅酸反应试验,每周一次监测混凝土的超声速度,并用其转换的相对动态弹性模量作为混凝土内部损伤的指标.试验结果表明:早期冻融循环会成为混凝土进一步碱硅酸反应损伤的诱因,从而加速混凝土的损伤失效过程;早期冻融损伤越严重,后期碱硅酸反应损伤也越严重.与未预先受到冻融作用的混凝土试件相比,除了早期损伤速率加快之外,损伤的规律性基本没有变化.早期冻融循环的作用相当于混凝土在后期受到更严重的碱硅酸反应作用.早期损伤形成混凝土内部缺陷以及改变混凝土的内部结构,是产生这些影响的原因.     

硅质及铝质材料对碱硅酸反应长期膨胀性影响的对比

采用快速砂浆棒法,通过延长养护时间,研究了硅灰、粉煤灰和Al2O3对碱硅酸反应（ASR）长期膨胀性的影响。结果表明：适量的硅灰在14d内能有效抑制ASR,但在更长龄期时是无效的;适量的Al2O3不仅在短期内能有效抑制ASR,而且在更长龄期时也是有效的。说明富含Al2O3的物质对ASR的长期抑制效果比硅质材料好。     

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.     

氯盐对受硫酸盐腐蚀混凝土性能的影响

通过单一氯盐环境、单一硫酸盐环境以及氯盐和硫酸盐共同环境中混凝土的浸泡腐蚀试验,测试了不同腐蚀环境中混凝土抗压、抗折强度随浸泡时间的变化规律,采用XRD方法对各腐蚀环境中的腐蚀产物进行分析,研究腐蚀环境中氯盐的存在对受硫酸盐腐蚀混凝土性能的影响.结果表明,氯盐的存在可延缓混凝土的硫酸盐损伤进程,氯盐浓度越高,延缓效果越...     

海洋环境下裂缝混凝土氯盐腐蚀

研究劈裂裂缝混凝土在海水全浸区和潮汐区作用下的氯盐腐蚀规律。试验结果表明:裂缝混凝土在海水全浸区和潮汐区氯盐腐蚀规律相似,氯离子含量由表及里随深度增加而下降,后在8~12 mm深度以内形成稳定段。但潮汐区混凝土的氯离子扩散系数比海水全浸区服役的裂缝混凝土的大。裂缝混凝土稳定段氯离子含量随裂缝宽度增加而呈指数函数增加,裂缝周边区域稳定段氯离子含量则随裂缝宽度增加而呈二次函数增加。相比海水全浸区腐蚀,潮汐区裂缝宽度对混凝土中氯离子传输影响更大。依据数据拟合回归,当潮汐区混凝土裂缝宽度为0.265和0.480 mm时,海水全浸区混凝土裂缝宽度为0.292和1.200 mm时,裂缝左右5 mm区域和30 mm区域的氯离子扩散系数提高一个数量级。     

硅质及铝质材料对碱硅酸反应长期膨胀性影响的对比

采用快速砂浆棒法,通过延长养护时间,研究了硅灰、粉煤灰和Al2O3对碱硅酸反应（ASR）长期膨胀性的影响。结果表明：适量的硅灰在14d内能有效抑制ASR,但在更长龄期时是无效的;适量的Al2O3不仅在短期内能有效抑制ASR,而且在更长龄期时也是有效的。说明富含Al2O3的物质对ASR的长期抑制效果比硅质材料好。     

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.     

海水腐蚀条件下喷射混凝土力学性质演化规律研究

为了系统研究喷射混凝土在海水腐蚀条件下的力学性质变化规律,本文以人工配制海水对喷射混凝土进行干湿循环来模拟天然海水腐蚀喷射混凝土工况,开展喷射混凝土的力学性能试验,分析水灰比、水泥用量、粉煤灰掺量、砂率、速凝剂掺量对喷射混凝土腐蚀前、后力学性能的影响规律,确定最佳配合比。结果表明：腐蚀前、后的喷射混凝土强度和动弹性模量与水泥用量呈正相关,与水灰比、砂率、速凝剂掺量呈负相关,随粉煤灰用量增加呈现先增加后减小趋势。喷射混凝土在人工海水腐蚀作用下的最佳配合比为：水灰比0.45、水泥用量450 kg/m³、粉煤灰掺量20%、砂率45%、速凝剂掺量3%、减水剂掺量为0.8%。     

锂离子在混凝土碱集料反应过程中的作用

在采用X射线衍射分析、化学组成分析和偏光显微镜分析对硅质碳酸盐集料的矿物学特征充分研究的基础上,研究了锂离子迁移渗透在混凝土碱集料反应过程中的行为特征.混凝土棱柱法(CSA A23.2-14A或ASTM C 1293)所测的膨胀结果表明:掺加[Li]/[Na+K]摩尔比1.11的LiNO3-能有效抑制混凝土碱集料反应膨胀;锂玻璃不仅不能抑制碱集料反应膨胀甚至会在一定程度上促进膨胀;与单一掺加混合材(粉煤灰或矿渣)相比,LiNO3与混合材的复合在一定程度上增强了相应的膨胀抑制效果;在混凝土碱集料反应过程中,存在Li+与Na+,K+之间的竞争.相对而言,Li+具有一定的优势.这与锂盐能表现出一定的混凝土碱集料反应膨胀抑制效果相一致.此外,强度对比研究结果表明,掺加锂盐一定程度上降低了混凝土的强度.     

ASR对再生混凝土冻融循环二次损伤的影响

研究了再生混凝土经历碱硅酸反应（ASR）后,受冻融循环二次损伤的影响. 将试件浸泡在80 ℃的1 mol/L NaOH溶液中进行碱硅酸反应28 d,然后分别进行20次、40次冻融循环,完成对试件膨胀率、相对动弹性模量的测量. 结果表明,前期ASR对再生混凝土受冻后二次膨胀的促进作用在再生骨料取代率为30%时达到最大;对于相对动弹性模量而言,前期ASR对后期冻融二次受损是否有促进作用取决于骨料的碱活性,骨料碱活性越高,促进作用越弱.     

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.     

铁路钢筋混凝土桥梁结构混凝土氯盐病害

基于严重病害的既有铁路钢筋混凝土桥梁的检测实践,通过对典型病害构件(桥面板、盖梁、梁体、墩等)混凝土的试验测试分析,研究了实际服役环境条件下铁路钢筋混凝土桥梁氯盐侵蚀破坏特征,调查了混凝土中氯离子迁移特性和分布,以及相应混凝土中的碱含量、pH值的变化规律.结合微观结构分析,进一步对铁路钢筋混凝土桥梁的氯盐破坏机理及其微观结构特征进行了深入探讨.研究结果表明:氯化钠盐溶液在该结构混凝土中的迁移速度非常快且发生了物理结晶作用;氯化钠盐溶液的侵入引起了混凝土中碱含量的明显增加和pH值的降低.混凝土内部孔结构发生了明显粗化.研究结果可为既有铁路钢筋混凝土桥梁氯盐病害的整治与修复提供科学依据和技术支持.     

冻融循环和氯盐侵蚀作用下钢筋与混凝土的粘结性能

为了研究冻融循环和氯盐侵蚀两种因素对钢筋与混凝土粘结性能的影响,本文设计了光圆钢筋和螺纹钢筋两种钢筋混凝土试件,对其在三种不同冻融次数（15次、25次、50次）和三种不同浓度（3.5%、7%、10%）氯盐溶液条件下进行试验,探讨钢筋混凝土试件试验后的粘结性能退化规律。结果表明：光圆钢筋试件表现为拔出破坏,螺纹钢筋试件表现为劈裂破坏,当冻融循环次数较少时,钢筋与混凝土之间的粘结性能随着氯盐侵蚀程度的增加略有提高,当冻融循环次数大于等于25次时,粘结性能随氯盐浓度的增加而变差,冻融破坏程度不同,钢筋与混凝土粘结性能随氯盐浓度大小变化的敏感程度不同。最后根据试验结果拟合出冻融氯盐侵蚀后试件的粘结强度—滑移本构关系。     

焙烧锂辉石对碱硅酸反应的抑制效果

以试验室焙烧锂辉石(DS)为原材料,研究了在40 ℃和80 ℃养护条件下,单掺DS和双掺DS与粉煤灰(FA)取代部分水泥,对沸石化珍珠岩集料和某高活性集料M成型不同砂浆碱集料反应膨胀的影响.试验表明:碱含量为2.5%时,在40 ℃和80 ℃养护条件下,DS掺量10%对沸石化珍珠岩集料砂浆试件ASR有效抑制,90 d龄期时试件膨胀值仍小于0.1%.DS掺量10%对高活性集料M砂浆试件ASR抑制效果不大.养护温度不同膨胀值变化趋势不同.DS掺量固定,随着FA掺量的增加,对2种集料砂浆碱集料反应膨胀抑制效果越好.     

养护温度对LiNO3抑制碱硅酸反应及其膨胀的影响

研究了38℃和60℃下石英玻璃在掺LiNO_3的Na OH溶液中碱硅酸反应过程,采用酸化处理法确定体系中SiO_2分布,采用等离子发射光谱(ICP)分析溶液中Na、Si和Li元素浓度变化,采用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)表征反应产物的组成和形貌;并检测了38℃和80℃湿气养护下掺LiNO_3的沸石化珍珠岩混凝土微柱的膨胀性。结果表明:加入LiNO_3降低了溶液中石英玻璃的溶蚀率和SiO_2的溶解度,减缓了ASR的反应速率;不同养护温度下形成的含锂产物不同,提高温度有利于Li_2SiO_3晶体的形成。对于混凝土微柱,掺锂试件早期抑制效果良好,后期仍膨胀;相同锂掺量下80℃湿气养护的试件膨胀率却明显低于38℃时的膨胀率。可见,高温养护下LiNO_3抑制ASR膨胀的效果不能很好地评价在低温下的作用效果。     

氯盐、硫酸盐溶液长期腐蚀下混凝土组成的生态控制

为解决材料与腐蚀溶液的相适应性,用3.5%NaCl溶液、3.5%NaCl与5.0%Na2SO4两种不同的腐蚀溶液对掺有不同工业废渣的生态混凝土进行长期浸泡,测试矿物掺合料含量的变化对混凝土依时扩散系数的影响.以混凝土的服役寿命为目标,确定混凝土中矿物掺合料的最佳掺量.结果表明,材料的种类和掺量以及腐蚀溶液的变化对混凝土服役寿命具有非常显著的影响,矿物掺合料掺量可以用3次多项式进行材料参数的表征;在腐蚀溶液相同,且当掺量均为30%时,粉煤灰混凝土的抗氯离子能力好于矿粉混凝土的抗氯离子能力;在3.5%NaCl溶液中,选用30%粉煤灰混凝土抗氯离子侵蚀能力较好;在3.5%NaCl和5.0%Na2SO4复合溶液中,选用30%粉煤灰和20%矿粉复掺的混凝土更能使混凝土结构耐久.     

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.