多元胶凝材料体系再生混凝土复合盐侵蚀耐久性退化规律

我国西北地区土壤及地下水中含有大量侵蚀性硫酸根离子、镁离子与氯离子,导致在役再生混凝土(RAC)耐久性退化,严重制约了RAC在西北地区新建结构中的使用。为了研究多元胶凝材料体系RAC复合盐侵蚀耐久性退化规律,采用全浸泡、部分浸泡及干湿交替三种方式,分别模拟RAC结构构件不同部位的破坏方式,开展RAC耐久性试验。以相对动弹性模量、质量损失率及相对抗压强度为指标,研究不同侵蚀方式下RAC耐久性退化规律,分析多元胶凝材料体系中辅助胶凝材料的搭配方式及取代率对RAC耐久性退化的影响。全浸泡方式下,粉煤灰-矿渣双掺RAC相对动弹性模量下降较慢;部分浸泡方式下,辅助胶凝材料的引入降低了RAC抗复合盐侵蚀能力;干湿交替侵蚀方式下,RAC物理力学性能整体呈先增大后减小的趋势,多元胶凝材料体系RAC皆表现出优于纯水泥RAC的抗盐侵蚀能力     

复合盐侵蚀再生混凝土耐久性能退化试验研究

我国西北地区土壤及其地下水中含有大量侵蚀性离子,造成了再生混凝土结构耐久性能快速退化,严重制约着再生混凝土在主体结构中的应用。基于西北地区耐久性环境中侵蚀离子组成及区域气候环境特征,以7.5%(质量分数)MgSO₄-7.5%(质量分数)Na₂SO₄-5%(质量分数)NaCl为侵蚀介质,采用干湿交替方式,开展复合盐侵蚀再生混凝土耐久性能退化试验研究。以粉煤灰、矿渣、硅灰、偏高岭土等活性矿物掺合料取代水泥,研究矿物掺合料搭配方式对再生混凝土耐久性能影响。采用XRD、FTIR、TG-DSC及SEM、EDS等表征手段,分析侵蚀产物矿物组成、含量及微结构变化,研究复合盐侵蚀再生混凝土损伤过程。随着干湿交替次数增加,再生混凝土相对动弹性模量、质量变化率、相对抗压强度、相对劈裂抗拉强度及损伤层厚度的变化规律与矿物掺合料搭配方式有着显著的相关性。随着侵蚀离子的不断扩散,混凝土碱度降低,在表面依次形成了以水镁石、石膏及钙钒石为主要产物的致密侵蚀产物层,短暂阻碍了侵蚀离子进一步扩散。随着侵蚀产物不断堆积及无胶凝性水化硅酸镁的形成,在膨胀应力及盐结晶压力共同作用下,再生混凝土表面大量剥蚀并开裂,耐久性能快速退化。     

弯曲荷载下喷射混凝土衬砌碳化耐久性研究

以一般大气环境长大喷射混凝土单层永久衬砌隧道为背景,开展弯曲荷载作用下喷射混凝土衬砌碳化耐久性试验.采用改进的四点弯曲法,对应力比为0、0.25、0.50和0.75的混凝土试件进行快速碳化试验,并对无荷载混凝土试件的抗压强度、劈裂抗拉强度及抗折强度进行测试.以张誉碳化模型为基础,对其碳化系数进行修正,建立考虑应力比、受力方式、钢纤维和成型方式的喷射混凝土碳化深度预测模型.结果表明:喷射混凝土碳化深度符合Fick第一定律,碳化系数与受力方式和应力比、钢纤维及成型方式有关.喷射混凝土碳化耐久性优于模筑混凝土,钢纤维可进一步提升喷射混凝土碳化耐久性.碳化混凝土相对抗压强度和相对劈裂抗拉强度随碳化深度增大而增大,相对劈裂抗拉强度与碳化深度呈指数关系.通过将模型预测值与试验值进行对比,其平均偏差小于10%,标准差为0.07,对弯曲荷载喷射混凝土碳化深度的预测具有较好的适用性.     

喷射混凝土渗透性、孔结构和力学性能关系研究

以喷射混凝土衬砌隧道结构为研究背景,开展喷射混凝土渗透性、孔结构及力学性能试验,采用AutoClam、非稳态氯离子快速测定法(RCM)、直线导线-线性回归法(ASTM C457)、压汞测孔法等,对喷射混凝土渗透性(透气性、透水性和氯离子迁移)、孔结构(砂浆孔结构和表面孔结构)及力学性能(抗压强度和劈裂抗拉强度)进行测试,研究喷射混凝土配合比对喷射混凝土能性的影响以及三者之间的相互关系.结果表明,喷射混凝土水胶比、粉煤灰及钢纤维对其渗透性、孔结构参数和力学性能具有直接影响,低水胶比、高钢纤维掺量对喷射混凝土性能的提高有利,粉煤灰可促进喷射混凝土性能优化,但过高的掺量会造成性能劣化.通过分析喷射混凝土渗透性、孔结构和力学性能之间的关系,认为喷射混凝土孔结构组成决定其渗透性和力学性能,随着孔隙率的增大,喷射混凝土渗透性提升、力学性能下降,孔隙率与渗透性及抗压强度之间呈指数关系.     

Mg2+-SO42——Cl-侵蚀衬砌喷射混凝土耐久性能退化机理

盐渍土广泛分布于我国西北地区,其中含有高浓度的Mg~(2+),SO_4~(2–)及Cl~–,导致隧道衬砌结构耐久性能劣化。采用干湿交替法,以10%Na_2SO_4和5%Na_2SO_4+5%Mg SO_4+3.5%NaCl溶液为侵蚀介质,进行了喷射混凝土耐久性试验,以动弹性模量、质量及抗压强度为指标,分析了喷射混凝土耐久性退化规律。采用离子含量分析实验及X射线衍射、红外光谱、热分析、扫描电子显微镜等表征方法,研究了喷射混凝土耐久性退化机理及过程。结果表明:Mg SO_4–Na_2SO_4–NaCl侵蚀喷射混凝土耐久性能优于Na2SO4侵蚀。Mg SO_4-Na_2SO_4-NaCl侵蚀喷射混凝土pH值及Ca~(2+)含量高于Na_2SO_4侵蚀,而SO_4~(2–)含量低于硫酸盐侵蚀。Na_2SO_4侵蚀喷射混凝土耐久性退化过程分为钙矾石侵蚀、钙矾石/石膏共同侵蚀及石膏侵蚀3个阶段;Mg SO4–Na_2SO_4–NaCl侵蚀喷射混凝土耐久性退化过程分为水镁石/石膏/钙矾石侵蚀、水化硅酸钙分解及碳硫硅钙石形成、水化硅酸镁形成3个阶段。结晶盐形成并填充在喷射混凝土孔隙及微裂缝中,加速混凝土耐久性能退化。     

复合盐侵蚀衬砌喷射混凝土耐久性退化研究

我国西部地区土壤及地下水中含有高浓度、及Cl,与隧道衬砌喷射混凝土发生一系列物理化学反应,造成其结构耐久性能退化。为系统研究复合盐侵蚀喷射混凝土耐久性能退化规律及机理,分别以10%Na2SO4溶液和5%Na2SO45%MgSO43.5%NaCl混合溶液为侵蚀介质,采用干湿交替法,开展喷射混凝土耐久性试验。、及Cl与氢氧化钙和铝相反应生成水镁石、石膏和Friedel盐,延缓钙矾石形成。复合盐侵蚀喷射混凝土物理力学性能退化速度明显小于硫酸盐侵蚀。硫酸盐侵蚀喷射混凝土以表面水泥砂浆和骨料的剥落为主,复合盐侵蚀主要以表面龟裂最终断裂为主,且裂缝中充满白色结晶盐。分析侵蚀喷射混凝土矿物组成和微观结构,硫酸盐侵蚀喷射混凝土产物主要为钙矾石和石膏,而复合盐侵蚀喷射混凝土产物组成复杂,包括碳硫硅钙石、水镁石、石膏、钙矾石、水化硅酸镁和结晶盐。硫酸盐侵蚀喷射混凝土中含量高于复合盐侵蚀,而混凝土pH值低。     

硝酸侵蚀环境喷射混凝土抗冻性试验研究北大核心

为研究硝酸侵蚀环境下喷射混凝土的抗冻性,对喷射混凝土和钢纤维喷射混凝土进行硝酸溶液快速冻融试验,并与同配合比普通模筑混凝土对比,得出三者抗冻性的差异,通过分析混凝土含气量、混凝土孔隙平均弦长探究混凝土抗冻性差异的机理,结果表明:掺加钢纤维能有效改善喷射混凝土抗冻性能;喷射混凝土初始含气量高,孔径弦长小,这是造成其抗冻性优于普通模筑混凝土的原因。     

硫酸盐侵蚀喷射混凝土损伤层及微观结构研究

为了研究硫酸盐侵蚀后喷射混凝土表面损伤层厚度变化,采用干湿交替方法,对同配合比模筑混凝土、喷射混凝土及钢纤维喷射混凝土进行硫酸盐侵蚀,利用超声波平测法对试件表层声时进行测定,采用回归方法对试验数据进行拟合,得出试件损伤层厚度。结果表明:随着干湿交替次数增加,试件表层超声波波速降低,试件密实度下降,损伤层厚度增大,用损伤层厚度表征试件硫酸盐侵蚀具有较好相关性。而后对硫酸盐侵蚀后喷射混凝土微观结构进行分析,发现喷射混凝土硫酸盐侵蚀破坏方式从初期钙矾石破坏转变为后期钙矾石、石膏复合破坏,且钙矾石及石膏含量随着交替次数的增多而增加;同时,对交替150次喷射混凝土试件进行钻孔分层取粉,对其进行物相分析及热分析,随着深度增加,试件中钙矾石含量先增大后减小继而平稳,但石膏含量持续减小,深度大于12mm时石膏含量为0。     

冻融损伤喷射混凝土永久支护结构碳化耐久性分析

高纬度、高海拔地区长大公路隧道的喷射混凝土永久支护结构常年遭受冻融损伤及碳化双重作用,其结构耐久性能退化,增大了隧道的养护及运营成本。采用先气冻气融后快速碳化的方式,开展冻融损伤喷射混凝土永久支护结构碳化耐久性试验研究,以冻融损伤喷射混凝土碳化深度和相对抗压强度为指标,研究冻融损伤喷射混凝土碳化深度的变化规律及影响因素。结果表明,冻融损伤加速了喷射混凝土的碳化过程,且碳化速度随冻融损伤度快速增大。碳化的冻融损伤混凝土相对抗压强度随着碳化深度增大。冻融损伤度大于10%时,碳化对冻融损伤喷射混凝土相对抗压强度增长不明显。采用IBM SPSS统计软件对试验数据分析,建立了考虑冻融损伤、喷射混凝土配合比参数及成型方式的喷射混凝土碳化深度预测模型。经验证,预测值与试验值总体误差小于20%,标准误差为0.16,模型适用性较好。     

硝酸侵蚀/冻融循环共同作用下喷射混凝土耐久性能(II)——pH值及NO -3扩散#br#

为进一步研究硝酸侵蚀/冻融循环共同作用喷射混凝土耐久性能,试验采用固液萃取法和电化学法,测试喷射混凝土pH值和含量,讨论冻融损伤和喷射混凝土配合比对其孔溶液离子扩散的影响。结果表明,冻融损伤喷射混凝土中微裂缝数量增多并扩展,继而相互连通形成裂缝,硝酸扩散速度加快。喷射混凝土pH值随冻融循环次数增大逐渐降低,含量增大。高水胶比及粉煤灰掺量喷射混凝土pH值低,含量大。与普通喷射混凝土相比,喷射钢纤维混凝土离子含量变化幅度较小,抗冻性能较高。共同作用下喷射混凝土同时遭受H+、及冻融损伤三重作用。在硝酸化学侵蚀作用下,混凝土pH值快速下降,含量增加,水化产物被侵蚀或发生分解,使其矿物组成及微结构发生改变,促进微裂缝萌生。同时,在与冻融循环形成的盐冻作用下,混凝土表面水泥砂浆及骨料快速剥蚀,最终导致混凝土结构酥松,物理力学性能退化。