水流作用下混凝土表面剪切力及其冲磨特性的试验研究

为了获得水流作用下混凝土表面剪切力和抗冲磨强度的变化规律,以水泥砂浆替代混凝土,设计制备环形试件作为研究对象,将一部分试件浸入1 mol/L的氯化铵溶液浸泡,以得到表层具有不同溶蚀程度的环形试件,再利用自主设计的水流冲刷试验装置,开展试件在不同条件下的水流冲刷试验,分析水流流速、含砂率和溶蚀程度等参数对试件表面剪切力的影响以及试件抗冲磨强度的变化。结果表明：水泥砂浆试件表面剪切力随流速和含砂率的增大而增大,且与流速的1.70次方成正比;溶蚀后试件的表面剪切力比未溶蚀试件有明显增加,随着溶蚀程度的提高,试件表面剪切力也有一定增加;试件抗冲磨强度随着溶蚀程度和冲刷流速的增大而降低。     

污水混凝土构筑物表层混凝土腐蚀深度表征方法研究

综合XRF、XRD、SEM、EDS、X-CT五种测试分析手段提出了污水混凝土构筑物表层混凝土腐蚀深度的表征方法。以城市地下污水处置混凝土箱涵为例,采用XRF对表层混凝土的Ca元素含量随深度的变化进行分析,采用XRD对表层混凝土Ca(OH)_2含量随深度的变化进行分析,采用SEM对不同深度处混凝土的微观形貌进行分析,采用EDS对表层混凝土钙硅比随深度的变化进行分析,采用X-CT对表层混凝土密实度随深度的变化进行表征。结果表明:不同测试方法对污水箱涵混凝土样品的评价结果趋于一致,既有污水箱涵混凝土的腐蚀主要表现为表层混凝土水化产物的溶蚀,溶蚀深度在2～4 mm。各测试方法的综合运用可减少单一方法的局限性和定量化程度不足的问题,提高表征结果的准确性。     

酸雨条件下低钙粉煤灰对水泥砂浆强度的影响

按长沙市的酸雨特征,配制了pH值为1．1并含有SO4^2-,Mg^2＋,Ca^2＋,H^＋的模拟酸液;通过干湿交替循环（即在模拟酸液中浸泡1d,再在室内自然干燥1d）加速水泥砂浆试件的腐蚀;研究了低钙粉煤灰对经干湿交替循环加速腐蚀的水泥砂浆试件抗折、抗压强度的影响;对经腐蚀的水泥砂浆试件进行了X射线衍射分析,以探讨其破坏机理．试验研究表明：粉煤灰等量取代水泥质量25％～35％时,经14次干湿交替循环加速腐蚀的水泥砂浆试件的抗折强度低于同等条件下纯水泥砂浆试件的抗折强度,即粉煤灰对水泥砂浆试件在模拟酸液条件下保持其抗折强度不变的能力没有改善作用;经模拟酸液腐蚀后水泥砂浆试件表面粗糙,并伴有剥落现象产生;在pH值较低的模拟酸液作用下,粉煤灰水泥砂浆试件发生破坏主要是因其表面溶蚀及胶凝物质分解所造成的;在模拟酸液作用下,SO4^2-与水泥水化产物作用生成石膏而不是钙矾石．     

膨润土改善水泥基材料抗低温硫酸盐侵蚀性能

研究了钠基膨润土和钙基膨润土对水泥基材料抗低温硫酸盐侵蚀性能的影响.将水泥-石灰石粉试件浸泡在5℃,5%(质量分数)硫酸钠溶液中,用红外光谱(IR)和XRD分析了腐蚀产物.结果表明:水泥-石灰石粉试件腐蚀程度随浸泡时间延长而增加,未掺膨润土的试件棱角发生明显脱落,腐蚀产物以碳硫硅钙石为主;在试件的腐蚀产物中,碳硫硅钙石的生成量随膨润土掺量增加逐渐减小,试件的腐蚀程度也逐渐减小;膨润土掺量相同时,钠基膨润土比钙基膨润土改善水泥-石灰石粉胶凝材料低温下抗硫酸盐腐蚀性能的效果更好.     

混凝土在氯盐冻融过程中的pH值演变

C30和C50引气混凝土在3.5%NaCl以及5%Na2SO4+3.5%NaCl溶液中自然浸泡或快速冻融循环,测试盐冻过程中混凝土不同深度粉末浸泡液的pH值及腐蚀产物。结果表明:盐冻过程中混凝土发生溶蚀,其表层的pH值、氢氧化钙和C-S-H量低于内部。随冻融循环次数增加,混凝土溶蚀深度和pH值下降幅度增大。复合溶液中硫酸根离子存在延缓了混凝土表层溶蚀,致使其pH值下降幅度减轻。浸泡环境下,混凝土表层pH值降低幅度约为冻融环境的50%。提高混凝土强度不仅增加其自身碱度,而且提高了混凝土致密度,有助于提升其在盐冻过程中的抗溶蚀能力。     

矿渣对粉煤灰–水泥复合浆体溶蚀性能的影响

为了在较短时间内获得矿渣对粉煤灰–水泥复合浆体溶蚀性能的影响规律,本文利用6M NH4Cl溶液,开展了不同矿渣掺量(10%和30%)下水泥净浆和20%粉煤灰–水泥复合浆体圆柱试件的加速溶蚀实验,通过酚酞滴定法、饱水–干燥称重法和扫描电镜(SEM/EDS)等测试,分析了加速溶蚀过程中矿渣掺量对各试件的溶蚀深度、孔隙率、微结构形貌及钙硅比等参数的影响。结果表明,各试件的溶蚀深度、孔隙率和钙硅比随矿渣掺量的增加而减小,且矿渣的掺入,可改善水泥或粉煤灰–水泥复合浆体的微结构,提高其微结构的密实性和C-S-H凝胶的稳定性,减缓粉煤灰–水泥复合浆体的钙溶蚀进程、减轻其钙溶蚀程度,提高了粉煤灰–水泥复合浆体的抗溶蚀性能。     

酸性水化学溶液侵蚀下不同矿物成分含量灰岩溶解特性及力学特性研究

以灰岩、方解石为研究对象,配置不同酸性水化学溶液,对酸性水化学溶液侵蚀下灰岩、方解石试件进行溶解动力学试验及力学试验,获得水化学溶液侵蚀过程中灰岩、方解石试件溶解行为及抗压强度的变化规律,研究不同矿物成分含量对灰岩溶解特性及强度损伤特性的影响。试验结果表明:(1)浸泡灰岩、方解石试件水化学溶液中离子浓度随着浸泡时间的增加呈幂函数上升趋势,试件在酸性水化学溶液中的溶解过程分为酸岩反应、水解反应两个阶段;(2)在酸性水化学溶液侵蚀过程中,灰岩试件酸岩反应速率小于方解石试件,但其水解反应速率大于方解石试件,最终灰岩溶蚀破坏程度大于方解石;(3)酸性水化学溶液侵蚀下灰岩、方解石试件的力学损伤规律与其溶解动力学行为之间呈现良好的相关性,灰岩、方解石试件单轴抗压强度随着浸泡时间的增加呈幂函数下降趋势,酸岩反应阶段,灰岩强度损伤程度低于方解石,水解反应阶段,其强度损伤程度高于方解石。     

硅灰对混凝土耐硫酸腐蚀性能试验研究

为了探究硅灰掺量对酸性环境下混凝土耐久性的影响,以一定浓度的硫酸溶液作为腐蚀介质,研究了硅灰掺量分别为0、5%、10%和15%的混凝土试样随腐蚀时间的变化规律。结果表明:随着腐蚀时间的延长,试样均经历从“返霜”到严重破坏的过程,但硅灰的掺入能较好地保持腐蚀过程中试样的完整性;硅灰的掺入可有效减小腐蚀过程中抗压强度的损失,但其掺量的改变对试样抗压强度损失的影响并不显著;随着腐蚀时间的增加,试样质量均呈先增加后减小的变化趋势,但硅灰的掺入提升了附着物的附着速率;硅灰能有效抑制混凝土强度退化深度的增加,硅灰掺量为10%时抑制效果最明显。     

水灰比对建筑砂浆抗酸雨性能的影响分析

根据我国南北方酸雨的pH值和离子组成配制了硫酸型模拟酸雨溶液,采用干湿交替周期浸泡的试验方法来研究不同水灰比下酸雨溶液对水泥砂浆试件抗酸性能的影响。试验结果表明:在酸雨侵蚀下,水泥砂浆质量溶蚀百分数与水灰比呈一元线性关系。水灰比为0.6的水泥砂浆抗折强度降低最为明显,而水灰比为0.5的水泥砂浆抗折强度下降最小,合理的水灰比为0.45~0.55。     

微硅粉对高钙粉煤灰基地聚合物混凝土性能的影响

将微硅粉取代部分高钙粉煤灰制备地聚合物混凝土(GPC),研究了不同掺量微硅粉对高钙粉煤灰基GPC力学性能及抗化学侵蚀性能的影响。结果表明,随着微硅粉掺量的增加,高钙粉煤灰基GPC的抗压强度和劈裂抗拉强度逐渐提高;GPC试样在H_2SO_4溶液和NaCl溶液中的质量损失率及抗压强度损失率随微硅粉掺量的增加而减小;在2%H_2SO_4溶液和5%NaCl溶液中浸泡90 d后,掺入25%微硅粉的GPC试件的抗压强度损失可忽略不计。     

考虑表层损伤的混凝土硫酸盐侵蚀过程分析

服役过程中,混凝土表面会因为各种因素造成表层损伤。考虑了表层损伤造成的硫酸盐扩散系数差异,基于Fick第二定律和分子反应动力学,建立了考虑表层损伤影响的混凝土中硫酸盐侵蚀扩散反应方程及其有限差分求解模型,在此基础上开展了混凝土硫酸盐侵蚀过程数值模拟。研究结果表明,表层损伤对混凝土的硫酸盐侵蚀过程有明显影响,导致内部硫酸根离子浓度和膨胀性物质钙矾石生成量的增加,其影响随损伤程度及损伤区深度的增加而增加;混凝土表层损伤对内部硫酸根离子浓度分布的影响主要体现在侵蚀早期,而混凝土表层损伤对钙矾石生成量的影响体现在整个侵蚀过程。     

强化污水对水泥砂浆腐蚀的交流阻抗研究

采用交流阻抗技术对比研究了清水与污水环境下水泥砂浆的微结构变化,及杀菌剂的掺入对混凝土抗污水腐蚀性的影响,此外还进行了质量及孔结构的对比测试。结果表明,Nyquist图的半圆直径(即通过Zview软件拟合得到的阻抗参数R1)可非常敏感地反映材料内部微观结构的变化,该值越大表明水泥石结构越致密。研究中清水浸泡的试件其R1值始终大于污水中试件,且随浸泡时间的增加,两者之间差距显著增大。对于污水中的试件其浸泡90 d内的R1值仍保持增长,说明污水环境下水泥是可以继续水化的,但腐蚀150 d后其值减小。掺入杀菌剂可在一定程度上提高砂浆的抗污水腐蚀性。这与试件的质量损失及孔结构测试结果均一致。     

既有污水混凝土构筑物表层及内部混凝土腐蚀情况研究

通过混凝土中性化深度测试并综合XRD、SEM、EDS、X-CT等微观测试手段对既有污水混凝土构筑物表层混凝土的腐蚀深度进行定量化表征。对污水混凝土构筑物内部混凝土力学性能、微观性能、内部钢筋锈蚀情况、氯离子含量分布进行测试,确认内部混凝土的腐蚀情况。通过污水水质分析推测污水混凝土构筑物腐蚀破坏的可能原因。结果表明,既有污水混凝土构筑物表面往下深度5 mm以内的混凝土受腐蚀较为严重,表面往下5～22 mm深度范围内的混凝土发生轻度的钙溶蚀,距腐蚀表面深度大于22 mm的内部混凝土未受腐蚀,污水构筑物表层混凝土受腐蚀的主要原因为有机物在微生物作用下形成的酸溶蚀。     

基于Wiener过程理论的盐渍土中混凝土损伤演化及寿命预测

基于新疆若羌盐渍土环境，对水胶比为0.32、0.35和0.38的混凝土试件，进行硫酸盐溶液浸泡腐蚀（标准养护28 d）、盐渍土腐蚀（标准养护28 d）、盐渍土腐蚀（标准养护3 d）这3种腐蚀制度下的耐久性试验，分析腐蚀制度与水胶比交互作用下混凝土动弹性模量经时演变规律与作用机制.并基于混凝土动弹性模量动态变化过程，通过Wiener过程理论，建立了盐渍土环境下混凝土服役寿命预测模型，以定量表征混凝土损伤劣化规律.结果表明：在各腐蚀制度下，随腐蚀龄期增加，混凝土损伤度均出现先减小后增大的规律；在腐蚀终期，混凝土水胶比与其损伤度呈负相关；在相同水胶比下，硫酸盐溶液浸泡腐蚀（标准养护28 d）、盐渍土腐蚀（标准养护28 d）、盐渍土腐蚀（标准养护3 d）对混凝土损伤程度的影响依次增加；由Wiener过程理论建立的混凝土服役寿命预测模型可知，混凝土预测寿命退化呈3阶段变化趋势，其趋势与试验中混凝土劣化过程保持一致.     

聚合物水泥砂浆的耐酸腐蚀性能

研究了聚合物水泥砂浆浸泡于盐酸、硫酸、醋酸溶液后的强度、质量损失率.实验表明:掺加聚合物乳液可改善水泥砂浆试件的耐酸腐蚀性能,且随着聚合物乳液掺量的增加,其改性效果明显;相比之下,掺加聚合物乳液对改善水泥砂浆试件的耐盐酸腐蚀性能较为明显,对耐硫酸、醋酸腐蚀的改性效果较差;聚合物乳液在水泥-水体系中,包覆于水泥水化产物表面,形成高分子聚合物膜,与水泥水化产物互相穿插,可提高水泥砂浆的强度,减少颗粒的剥蚀性,从而改善水泥砂浆的耐酸性.     

加速溶蚀条件下铸铁管内衬水泥砂浆的孔结构演变规律

设计了一种用离心工艺制作的内衬水泥砂浆铸铁管试件,采用流动的6mol/L氯化铵溶液对水泥砂浆内衬进行加速溶蚀试验,并利用压汞(MIP)法和X射线断层扫描(X-CT)方法分析了水泥砂浆内衬孔结构的变化.结果表明:加速溶蚀过程中水泥砂浆内衬的孔结构变化明显,溶蚀150d时水泥砂浆内衬中的净浆层孔隙率(体积分数,下同)从溶蚀前的9.57%增加至35.49%,最可几孔径从17.11nm增加到26.30nm,并有少量危害孔(单孔体积大于4×10~(-6) mm~3)出现;溶蚀450d时水泥砂浆内衬中的净浆层孔隙率达到61.54%,并出现大量危害孔;水泥砂浆内衬中的砂浆层孔隙率和危害孔数量随溶蚀时间的增加而增加.     

溶蚀与氯盐耦合作用下硬化水泥净浆性能的退化过程

为了获得溶蚀与氯盐耦合作用下水泥基材料性能退化规律,设计开展了硬化水泥净浆试件在1.0mol/L Na Cl、1.0mol/L NH_4Cl及1.0mol/L NaCl+3.0mol/L NH_4NO_3混合溶液中的浸泡腐蚀试验,并利用酚酞法、饱和干燥称重法、快速氯离子浓度测定仪和X射线衍射仪(XRD)对腐蚀进程中硬化水泥净浆溶蚀深度、孔隙率、自由氯离子含量及物相组成进行分析。结果表明,腐蚀过程中硬化水泥净浆溶蚀深度与时间平方根成线性关系;硬化水泥净浆孔隙率及氯离子传输速率均随着氢氧化钙的溶出而不断增加,一旦氢氧化钙完全溶出,其基本保持不变;钙离子的不断溶出,导致硬化水泥净浆内部化学环境发生改变,原有的结合氯离子变成自由氯离子。     

海洋环境混凝土对流区形成机理及氯离子迁移速率分析

混凝土在青岛实海暴露3、9、13个月,研究其在干湿交替区(浪溅区、潮汐区)和水下区的表层氯离子浓度分布,确定氯离子在干湿交替区的对流区深度及迁移速率。结果表明,干湿交替区腐蚀13个月混凝土表层氯离子浓度存在一个局部峰值,该峰值位于3~5 mm深处。水下区腐蚀混凝土长期处于饱和状态,不存在对流区海水溶蚀及硫酸根离子作用导致混凝土氯离子结合能力随腐蚀龄期增加而下降,并导致其表层自由氯离子迁移速率高于内部离子迁移速度3倍左右。     

AFRP-水泥砂浆抗弯性能的湿热效应

利用三点弯曲试验研究了不同湿热条件下外贴芳纶纤维增强塑料(AFRP)片材水泥砂浆试件抗弯性能的变化．结果表明：当AFRP—水泥砂浆试件在25℃水中浸泡1～5d,其抗弯断裂荷载随时间的增加基本不变,但显著低于室温干燥条件下的抗弯断裂荷载;当试件在60℃水中浸泡1～5d,其抗弯断裂荷载随时间的增加而逐渐上升;当试件在90℃水中浸泡1～5d,相应的抗弯断裂荷载随时间的增加呈先增大后减小趋势．当试件在25℃和60℃水中浸泡1～5d,AFRP—水泥砂浆试件断裂破坏模式为具有一定延性的积累性破坏;当在90℃水中浸泡1～3d,其破坏模式保持不变,但继续浸泡到5d时,由于试件发生了严重的界面剥离破坏,则该破坏模式转变为脆性破坏．上述研究结果仅对所采用的树脂体系有效．     

硬化水泥砂浆湿度的交流阻抗研究

研究了单频交流阻抗与硬化水泥砂浆湿度的关系．研究表明，交流复阻抗实部及虚部的对数值与硬化水泥砂浆的湿度呈线性关系；采用阻抗测定方法，可以动态确定硬化水泥砂浆的湿度空间分布及其随时间的变化；在干燥空气中，试件拆模后表面湿度迅速下降，其下降速率大大高于水泥砂浆内部湿度的变化．