氯鹽侵蝕和凍融循環(huán)耦合作用下保溫混凝土的耐久性

首先從氯離子侵蝕混凝土傳輸?shù)臋C(jī)理、擴(kuò)散機(jī)制、對流機(jī)制、滲透機(jī)制、毛細(xì)吸附作用和遷移機(jī)制進(jìn)行了研究;其次從氯鹽侵蝕速率常用的兩個計(jì)算模型fick定律計(jì)算模型、darcy定律的計(jì)算模型進(jìn)行研究;最后從試驗(yàn)角度論證了混凝土微環(huán)境對氯離子侵蝕的影響規(guī)律,證明了:混凝土微環(huán)境溫度升高,提高氯離子活躍度,使氯離子運(yùn)動速度加快,加速侵蝕混凝土?；炷廖h(huán)境相對濕度(空隙水飽和度)提高,在溫度不變的情況下,混凝土空隙水分增多會減小阻止氯離子傳輸能力,加速侵蝕混凝土。并對其他影響因素進(jìn)行了淺析研究。

以青海德香高速公路大橋橋墩混凝土為依托,對其沿線主要易溶鹽含量進(jìn)行分析,通過室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn),配制了7種腐蝕溶液,并設(shè)計(jì)四種配合比混凝土,通過外觀形貌、質(zhì)量損失率和相對動彈模量三方面研究凍融循環(huán)作用下,鹽分對混凝土耐久性的影響。結(jié)果表明:鹽蝕-凍融循環(huán)作用下,單一鹽類如na2so4、mgso4、nacl溶液對混凝土破壞形式和程度均不相同;上述幾種鹽的復(fù)合溶液對混凝土的破壞同時存在促進(jìn)和抑制作用,即在低濃度鹽溶液中,鹽分加劇混凝土的凍融損傷,在高濃度鹽溶液中,溶液冰點(diǎn)很低,緩解了混凝土凍融損傷。

為研究凍融循環(huán)與硫酸鹽侵蝕雙因素耦合作用下混凝土的耐久性及其演變規(guī)律,分別通過混凝土單因素凍融循環(huán)試驗(yàn)、單因素硫酸鹽侵蝕試驗(yàn)、硫酸鹽侵蝕與凍融循環(huán)雙因素耦合試驗(yàn),分析各種因素下混凝土耐久性的劣化機(jī)理。試驗(yàn)結(jié)果表明:在單因素凍融循環(huán)、單因素硫酸鹽侵蝕及硫酸鹽侵蝕與凍融循環(huán)雙因素耦合作用下,混凝土的質(zhì)量均表現(xiàn)為先增大后逐漸減??；而混凝土的相對動彈性模量在單因素凍融循環(huán)作用下隨著凍融循環(huán)次數(shù)逐漸減小,在單因素硫酸鹽侵蝕、硫酸鹽侵蝕與凍融循環(huán)雙因素耦合作用下表現(xiàn)為先增加后減小,且經(jīng)過60次單因素硫酸鹽侵蝕作用后,混凝土的質(zhì)量損傷率達(dá)到最小值,相對動彈性模量達(dá)到最大值。與單因素下兩種侵蝕的損傷相比,雙因素耦合作用對混凝土的損傷大于單因素?fù)p傷的疊加效果。

為了研究除冰鹽環(huán)境下聚丙烯纖維混凝土的耐久性能,采用干濕交替與鹽凍循環(huán)方式模擬除冰鹽環(huán)境,分析纖維混凝土的物理力學(xué)性能、質(zhì)量損失、動彈模損失、氯離子含量分布及微觀結(jié)構(gòu).結(jié)果表明,纖維混凝土在除冰鹽環(huán)境下的抗折強(qiáng)度、質(zhì)量及動彈模的損失率隨纖維摻量增加而減少;纖維摻量為0.1%的試件內(nèi)部致密,隨纖維摻量繼續(xù)增大,試件的抗氯離子侵蝕能力減弱;試件表面氯離子富集區(qū)隨循環(huán)次數(shù)增加而向內(nèi)遷移;氯離子擴(kuò)散系數(shù)隨干濕交替次數(shù)增加而減小,隨鹽凍循環(huán)次數(shù)增加而增大.

為了研究除冰鹽環(huán)境下聚丙烯纖維混凝土的耐久性能,采用干濕交替與鹽凍循環(huán)方式模擬除冰鹽環(huán)境,分析纖維混凝土的物理力學(xué)性能、質(zhì)量損失、動彈模損失、氯離子含量分布及微觀結(jié)構(gòu).結(jié)果表明,纖維混凝土在除冰鹽環(huán)境下的抗折強(qiáng)度、質(zhì)量及動彈模的損失率隨纖維摻量增加而減少;纖維摻量為0.1%的試件內(nèi)部致密,隨纖維摻量繼續(xù)增大,試件的抗氯離子侵蝕能力減弱;試件表面氯離子富集區(qū)隨循環(huán)次數(shù)增加而向內(nèi)遷移;氯離子擴(kuò)散系數(shù)隨干濕交替次數(shù)增加而減小,隨鹽凍循環(huán)次數(shù)增加而增大.

為研究風(fēng)積粉細(xì)砂混凝土與普通混凝土的抗凍性能差異,以普通混凝土為參照,制備相同配合比的立方體試塊和棱柱體試塊,在相同條件下進(jìn)行0、10、25、40、50次的凍融循環(huán)試驗(yàn).分析凍融循環(huán)條件下粉細(xì)砂混凝土試塊的抗壓強(qiáng)度及質(zhì)量損失隨凍融循環(huán)次數(shù)的變化規(guī)律.試驗(yàn)結(jié)果表明:隨著凍融次數(shù)的增加,粉細(xì)砂混凝土的強(qiáng)度損失和質(zhì)量損失均高于相同配合比的普通混凝土.粉細(xì)砂混凝土抗壓強(qiáng)度損失率隨著砂率的增加先減小后增大,質(zhì)量損失率隨著砂率的增加而減小.

考察了粉煤灰陶粒的制備工藝條件:粉煤灰與黏土質(zhì)量比為1:1,經(jīng)過烘干和400℃預(yù)熱25min后,于1100℃下煅燒10min,制得的陶粒筒壓強(qiáng)度為6.0mpa.通過正交試驗(yàn)確定高強(qiáng)度陶?；炷恋倪m宜配比為:水泥500kg/m3、陶粒500kg/m3、砂300kg/m3、石200kg/m3,減水劑摻量為水泥質(zhì)量的0.5％,水灰比0.25.以抗壓強(qiáng)度損失率為指標(biāo),并與普通混凝土進(jìn)行對比,研究了高強(qiáng)度陶粒混凝土在凍融循環(huán)過程中介質(zhì)分別為水、na2so4溶液和nacl溶液時的耐久性能,結(jié)果表明,高強(qiáng)度陶?；炷猎趎a2so4和nacl溶液中的抗凍性能較普通混凝土更優(yōu)異,說明在海洋工程或者在腐蝕性環(huán)境下,高強(qiáng)度陶粒混凝土結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定性更高.

為研究冬季使用除冰鹽地區(qū)與凍融交替循環(huán)耦合作用下鐵尾礦砂混凝土的耐久性能,配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%、3%、5%、7%、9%的nacl溶液,進(jìn)行加速凍融循環(huán)試驗(yàn),量測混凝土內(nèi)部氯離子濃度分布以及不同鹽凍循環(huán)次數(shù)下的質(zhì)量損失率、相對動彈性模量和抗壓強(qiáng)度。結(jié)果表明:凍融循環(huán)加劇混凝土內(nèi)部氯離子的擴(kuò)散,氯離子集中區(qū)域由2.5～7.5mm擴(kuò)大到了2.5～17.5mm,其質(zhì)量損失率與鹽凍循環(huán)次數(shù)成正比,相對彈性模量與鹽凍循環(huán)次數(shù)成反比,抗壓強(qiáng)度與鹽凍循環(huán)次數(shù)成反比,其變化程度大小均表現(xiàn)為3%nacl溶液>5%nacl溶液>7%nacl溶液>1%nacl溶液>9%nacl溶液。

基于科學(xué)的試驗(yàn)方法與先進(jìn)的外加劑技術(shù),分析了影響氯環(huán)境下后張預(yù)應(yīng)力高性能灌漿料耐久性的泌水性能、早期膨脹率、中后期體積穩(wěn)定性、總氯離子含量和抗氯離子滲透性能等幾項(xiàng)重要性能;分析了外加劑改善各項(xiàng)性能的作用機(jī)理;分析了水灰比對早期膨脹率、中后期體積穩(wěn)定性和抗氯離子滲透性能的影響;根據(jù)nernst-einstein方程,推出氯離子擴(kuò)散系數(shù)與電通量呈正比關(guān)系,并結(jié)合壽命預(yù)測模型對灌漿料的耐久性進(jìn)行分析。

[收稿日期]　2004-05-25 混凝土的耐久性 黃智山,　王大超 (哈爾濱工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院,黑龍江哈爾濱　150006) [摘　要]　本文對混凝土耐久性研究成果作了簡要回顧與論述,對混凝土耐久性的檢測內(nèi)容與方法進(jìn)行了思考,認(rèn)為研究混凝土的耐 久性應(yīng)同時兼顧其體積穩(wěn)定性和均質(zhì)性,其檢測方法的研究似乎比混凝土耐久性本身的研究更為迫切,系統(tǒng)地、動態(tài)地研究 服役中混凝土的耐久性,能夠?qū)⒖茖W(xué)研究與工程實(shí)際較好地融合;闡述了高性能混凝土的普通性和特殊性,提出了高性能混 凝土范疇模型及其配制原則,認(rèn)為同強(qiáng)度等級的混凝土并不意味著相同的耐久性。 [關(guān)鍵詞]　高性能混凝土;　耐久性;　體積穩(wěn)定性;　均質(zhì)性;　服役;　綠色 [中圖分類號]　tu528101　　　[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]　a　　　[文章編號]　1002-3550(

目前,對機(jī)制砂混凝土在惡劣環(huán)境下的強(qiáng)度和耐久性的研究較少。在對原材料性能測試和混凝土配合比試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,對c30機(jī)制砂混凝土開展了凍融循環(huán)試驗(yàn)研究。對比研究了凍融循環(huán)、凍融循環(huán)后酸腐蝕和凍融循環(huán)后堿腐蝕三種情況下機(jī)制砂混凝土的質(zhì)量、強(qiáng)度和相對動彈模量的變化規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果表明機(jī)制砂混凝土在凍融循環(huán)后質(zhì)量、抗壓強(qiáng)度和相對動彈模量都顯著降低,并隨凍融次數(shù)的增加降低的越多;機(jī)制砂混凝土在凍融循環(huán)后,耐酸、堿性侵蝕等的耐久性能明顯減弱,且經(jīng)受的凍融次數(shù)越多其耐酸、堿性侵蝕的能力越低,以耐酸侵蝕的能力最低。

通過3.5%nacl溶液、5%na2so4溶液、3.5%nacl+5%na2so4復(fù)合溶液以及模擬海水進(jìn)行干濕循環(huán)腐蝕試驗(yàn),研究干濕循環(huán)條件下,不同腐蝕溶液中混凝土超聲波傳播速度的變化規(guī)律,通過xrd、ct分析混凝土在不同腐蝕環(huán)境下的損傷劣化機(jī)理。結(jié)果表明:干濕循環(huán)顯著加速了混凝土的劣化過程;對于不配筋混凝土,氯鹽的腐蝕較弱,只有干濕循環(huán)作用下f0組發(fā)生明顯劣化;在氯鹽和硫酸鹽共存環(huán)境下,硫酸根的存在加速了氯離子對混凝土的腐蝕;模擬海水的腐蝕速度最快;f30s30組混凝土在腐蝕環(huán)境下生成物主要有鈣礬石、f鹽和石膏等,在氯鹽和硫酸鹽共同腐蝕條件下,沒有發(fā)現(xiàn)f鹽的存在。

混凝土耐久性是指混凝土在滿足設(shè)計(jì)要求的情況下，抵御環(huán)境界 質(zhì)的作用，經(jīng)長年使用而不毀壞的性能。如耐久性不足，就會造成結(jié) 構(gòu)不同程度的損壞，一旦損壞，修復(fù)工作投入的人力、物力往往很大。 因此提高混凝土的耐久性，對延長混凝土建筑物的使用年限、節(jié)約國 家投資，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和長遠(yuǎn)意義。 造成混凝土損壞和破壞的原因有外部環(huán)境條件、混凝土內(nèi)部缺陷及 混凝土組成材料。外部環(huán)境條件如風(fēng)雨、日曬、寒暑、干濕等氣象作 用，極端溫度的作用，磨蝕，化學(xué)介質(zhì)的侵蝕等；內(nèi)部缺陷如混凝土 的滲透、堿骨料反應(yīng)等；組成材料如骨料和水泥石熱性能不同引起的 體積變化等。外部環(huán)境是客觀存在的，幾乎無法改變，因此提高混凝 土的耐久性必須從減少混凝土內(nèi)部缺陷和改善其組成材料著手，以改 善混凝土性能，提高混凝土質(zhì)量，減少或降低混凝土內(nèi)部缺陷，延長 混凝土建筑物的使用年限。 一．從其減少混凝土內(nèi)部缷陷看，混凝土的耐

混凝土耐久性是指混凝土在滿足設(shè)計(jì)要求的情況下，抵御環(huán)境界 質(zhì)的作用，經(jīng)長年使用而不毀壞的性能。如耐久性不足，就會造成結(jié) 構(gòu)不同程度的損壞，一旦損壞，修復(fù)工作投入的人力、物力往往很大。 因此提高混凝土的耐久性，對延長混凝土建筑物的使用年限、節(jié)約國 家投資，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和長遠(yuǎn)意義。 造成混凝土損壞和破壞的原因有外部環(huán)境條件、混凝土內(nèi)部缺陷及 混凝土組成材料。外部環(huán)境條件如風(fēng)雨、日曬、寒暑、干濕等氣象作 用，極端溫度的作用，磨蝕，化學(xué)介質(zhì)的侵蝕等；內(nèi)部缺陷如混凝土 的滲透、堿骨料反應(yīng)等；組成材料如骨料和水泥石熱性能不同引起的 體積變化等。外部環(huán)境是客觀存在的，幾乎無法改變，因此提高混凝 土的耐久性必須從減少混凝土內(nèi)部缺陷和改善其組成材料著手，以改 善混凝土性能，提高混凝土質(zhì)量，減少或降低混凝土內(nèi)部缺陷，延長 混凝土建筑物的使用年限。 一．從其減少混凝土內(nèi)部缷陷看，混凝土的耐

為了建立氯鹽腐蝕環(huán)境下混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)方法,根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)性能劣化的特點(diǎn),在分析結(jié)構(gòu)耐久性失效狀態(tài)、可靠度設(shè)置水平、環(huán)境荷載及抗力影響因素的基礎(chǔ)上,建立了鋼筋初銹、保護(hù)層銹脹開裂及銹脹損傷達(dá)到最大限值這3種情況下的耐久性極限狀態(tài)方程.基于結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)理論,引入荷載和抗力變量的分項(xiàng)系數(shù)來反映結(jié)構(gòu)耐久目標(biāo)可靠指標(biāo)的要求,建立了結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)的分項(xiàng)系數(shù)表達(dá)形式.按照概率設(shè)計(jì)與分項(xiàng)系數(shù)設(shè)計(jì)具有相同可靠度水平的原則,給出了抗力分項(xiàng)系數(shù)的確定方法及不同耐久性極限狀態(tài)下抗力分項(xiàng)系數(shù)的取值.

介紹了氯離子侵蝕環(huán)境下鋼筋混凝土耐久性研究的幾個主要內(nèi)容,從腐蝕機(jī)理、評估準(zhǔn)則和臨界氯離子濃度3各方面介紹了研究進(jìn)展情況。

研究了c25、c30、c35?；⒅楸鼗炷恋哪途眯?包括抗碳化能力、鋼筋抗銹蝕性能以及耐硫酸鹽侵蝕能力,并與普通混凝土進(jìn)行了比較。結(jié)果表明,?；⒅楸鼗炷辆哂休^好的抗碳化能力和鋼筋抗銹蝕的性能,但耐硫酸鹽侵蝕能力要略低于普通混凝土。

為保障工程結(jié)構(gòu)耐久性,先需對構(gòu)件退化過程進(jìn)行分析與評價。對于氯鹽環(huán)境中的大型混凝土構(gòu)件,其幾何外形較為復(fù)雜,采用二維氯離子擴(kuò)散分析方法才能得到更為合理的結(jié)果;同時采用可靠度法方法進(jìn)行評價,以充分考慮分析中涉及的不確定性因素。建立氯鹽環(huán)境下大型混凝土橋梁構(gòu)件耐久性可靠度分析框架,以fick第二定律描述氯離子擴(kuò)散過程,并通過有限元方法進(jìn)行求解,在此基礎(chǔ)上采用響應(yīng)面方法進(jìn)行可靠度分析。通過matlab編制了相關(guān)程序,并進(jìn)行了實(shí)例計(jì)算,為大跨度橋梁的退化分析、運(yùn)營管理、壽命預(yù)測等工作提供借鑒。

為了解不同環(huán)境對鋼筋與混凝土黏結(jié)性能的影響,經(jīng)凍融循環(huán)和氯鹽腐蝕試驗(yàn)后,對試件進(jìn)行了拔出測試.研究結(jié)果表明：鋼筋與混凝土極限黏結(jié)強(qiáng)度和延性隨凍融循環(huán)次數(shù)的增加而降低;鋼筋腐蝕程度較低時,試件未產(chǎn)生銹脹裂縫,黏結(jié)強(qiáng)度較高,但延性較未腐蝕試件下降明顯;試件腐蝕后,載荷-滑移曲線斜率增大,極限載荷對應(yīng)的滑移減小;對于螺紋鋼筋試件,當(dāng)其凍融循環(huán)次數(shù)較少時,黏結(jié)性能無明顯變化;光圓鋼筋試件在凍融循環(huán)25次后,當(dāng)加載到20kn時,鋼筋能產(chǎn)生較大滑移,腐蝕后其黏結(jié)強(qiáng)度稍有提高,滑移減小,延性降低;鋼筋應(yīng)力經(jīng)加載端向自由端逐漸降低,峰值靠近自由端,且隨凍融次數(shù)的增加趨于平緩.根據(jù)試驗(yàn)實(shí)測結(jié)果并考慮黏結(jié)錨固位置,建立了凍融循環(huán)和腐蝕作用后鋼筋與混凝土的黏結(jié)-滑移本構(gòu)模型.

層狀鹽巖溫度應(yīng)力耦合作用蠕變特性研究——在溫度應(yīng)力耦合作用下，通過對層狀鹽巖蠕變特性試驗(yàn)研究及理論分析發(fā)現(xiàn)：(1)層狀鹽巖的蠕變率與其組分、結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，鹽巖組分、結(jié)構(gòu)不同，蠕變應(yīng)變、蠕變率均不同。(2)在常溫下，隨著應(yīng)力水平的增大，層狀鹽巖的蠕變...

再生混凝土的耐久性及控制措施研究——對再生骨料進(jìn)行加強(qiáng)處理對提高再生混凝土的各種性能具有現(xiàn)實(shí)意義?，F(xiàn)有的再生骨料強(qiáng)化處理措施在耐久性上具有一定的局限性。對再生混凝土的抗?jié)B性、抗凍融性、抗碳化、氯離子滲透性、硫酸鹽侵蝕、耐磨性進(jìn)行了分析，并提出...

針對鋼纖維混凝土的耐久性進(jìn)行了試驗(yàn)研究,其主要內(nèi)容是對鋼纖維混凝土的堿性保護(hù)作用、碳化作用、氯離子滲透進(jìn)行試驗(yàn),并與鋼筋和鍍鋅鋼纖維混凝土進(jìn)行了對比分析。結(jié)果表明,與鋼筋混凝土相比,鋼纖維與鍍鋅鋼纖維由于直徑較小,比表面積大,受堿性保護(hù)作用更強(qiáng),且摻入鋼纖維不會影響混凝土的滲透力,所以能明顯改善混凝土的耐久性。