冻融循环与硫酸盐溶液耦合作用下混凝土劣化机理试验研究

基于多尺度研究了浓度为10％和15％硫酸盐溶液与冻融循环耦合作用下混凝土的劣化机理.从混凝土质量,抗压强度,相对动弹性模量时变规律等宏观力学指标探究了混凝土损伤劣化机制;运用CT技术和扫描电镜(SEM)技术从细微观角度研究了冻融循环与硫酸盐溶液耦合作用下混凝土的侵蚀劣化规律.研究结果表明:宏观上混凝土试样的质量损失总体呈现初期增加随后小幅下降后期快速增加的趋势、单轴抗压强度先增大后减小的变化规律;在高浓度溶液中的试样相对动弹性模量下降速率呈现出先快后慢的变化规律,在低浓度溶液中的试样相对动弹性模量下降速率开始比较缓慢随着冻融次数增加慢慢趋近于高浓度溶液中试样.细观上通过CT技术发现试样的孔隙率随着冻融次数的增加呈现先减小后增大的趋势,内部微裂纹逐步扩展直至贯通.微观上运用扫描电镜(SEM)观察到试样裂缝和孔洞内壁处生成了钙矾石和石膏,并由于其膨胀力使得混凝土结构酥松.硫酸盐侵蚀和冻融循环耦合作用下混凝土劣化过程有两个阶段:在前期硫酸盐能降低冻融循环对混凝土的劣化,在后期硫酸盐侵蚀产物膨胀力、结晶盐产生的结晶压力和冻融产生的冻胀力共同作用使混凝土加速劣化.     

基于灰色-神经网络组合模型的纤维混凝土腐蚀劣化预测模型研究

将体积掺量为0.3%的聚乙烯醇(PVA)纤维掺入C30混凝土,分别开展不同浓度溶液作用下的全浸泡-烘干试验,从而探究PVA纤维混凝土的抗劣化性能。以劣化试验数据作为原始样本值,分别建立GM(1,1)模型、BP神经网络模型和GM(1,1)-BP神经网络组合模型对样本数据进行拟合精度对比,并对35～50次循环后的相对动弹性模量数值做出预测,分析整体变化趋势。结果表明：混凝土试件在10倍基准浓度溶液下的评价指标变化最稳定,表明PVA体积掺量为0.3%的试件在高浓度溶液下的抗劣化性能较好;GM(1,1)模型对样本的整体趋势变化预测较为准确;BP神经网络模型对样本单一点的变化趋势预测较为准确,整体精度最高;而组合模型克服了两种单一模型的不足之处,预测值与测试值的变化趋势一致,预测效果最好。     

塑钢纤维轻骨料混凝土氯离子渗透性试验研究

采用快速氯离子迁移系数法(RCM)对塑钢纤维轻骨料混凝土氯离子渗透性进行研究,主要考察了塑钢纤维掺量、陶粒类型和陶粒预湿时间三个影响因素对氯离子掺透性的影响.研究结果表明,塑钢纤维轻骨料混凝土氯离子扩散系数随纤维掺量的增大而减小,且掺量为9 kg/m3时,氯离子扩散系数值最小;相较于粉煤灰陶粒,页岩陶粒制备的塑钢纤维轻骨料混凝土氯离子扩散系数更低;陶粒预湿时间对塑钢纤维轻骨料混凝土的氯离子扩散系数影响不大,但未掺纤维的轻骨料混凝土氯离子扩散系数随陶粒预湿时间的增加而增大.     

塑钢纤维轻骨料混凝土力学性能及最佳纤维掺量试验研究

以不掺塑钢纤维的LC30轻骨料混凝土为基准,研究了塑钢纤维掺量变化(5 kg/m3、7 kg/m3、9 kg/m3、11 kg/m3、13 kg/m3)对轻骨料混凝土抗压、劈裂抗拉、抗折、弯曲韧性及抗冲击性能的影响,结果表明:塑钢纤维对轻骨料混凝土抗压性能改善效果不明显,但能显著提高轻骨料混凝土的劈裂抗拉强度、抗折强度、弯曲韧性及抗冲击性能.综合各项性能指标给出塑钢纤维用于结构轻骨料混凝土的建议掺量为9 kg/m3.     

冻融作用后塑钢纤维轻骨料混凝土力学性能试验研究

以圆球形粉煤灰陶粒为粗骨料,对塑钢纤维(0kg/m3、3kg/m3、6kg/m3、9kg/m3)轻骨料混凝土试件进行快速冻融(0次、50次、100次、150次)试验,研究冻融后试件的抗压性能、劈裂抗拉性能、抗折性能、抗冲击性能.结果表明:冻融循环作用下,适量的塑钢纤维掺入可以明显增强轻骨料混凝土的劈裂抗拉强度和抗折强度;提高轻骨料混凝土折压比,增强轻骨料混凝土抗裂性能;并能显著改善轻骨料混凝土的抗冲击性能.综合各项力学性能指标,冻融后轻骨料混凝土塑钢纤维最优掺量为6kg/m3.     

干湿交替硫酸盐环境中混凝土耐久性研究进展

阐述了干湿交替硫酸盐环境中混凝土硫酸盐侵蚀类型、机理模型、损伤评判准则和试验制度方法等,剖析了混凝土硫酸盐侵蚀机理与耐久性退化特征.分析结果表明既有研究存在许多不足,主要体现为研究成果与实测结果偏离较大、模拟试验侵蚀机理失真、试验制度参数选取缺乏依据,既有侵蚀模型多基于经验获得,尚未提出合理的混凝土硫酸盐侵蚀评判准则和量化方法.此外,未探讨模拟试验和真实服役环境下混凝土硫酸盐侵蚀间的相关性,试验结果的合理性和真实性值得商榷.     

塑钢纤维轻骨料混凝土抗压强度换算关系试验研究

为了研究塑钢纤维轻骨料混凝土的轴心抗压强度(fc)与立方体抗压强度(fcu)的换算关系,通过432个标准棱柱体试件和标准立方体试件研究了塑钢纤维掺量、轻骨料种类和水灰比等影响因素对两种抗压强度关系的影响规律.结果表明:塑钢纤维掺量(5~13 kg/m3)、轻骨料种类和水灰比(0.32~0.4)对轴心抗压强度与立方体抗压强度比值(fc/fcu)无明显影响;经回归分析得到了fc与fcu相关性很好的线性关系方程;基于fc/fcu回归和数学统计分析,塑钢纤维轻骨料混凝土fc相对于fcu的换算系数可取为0.80.     

塑钢纤维-橡胶混凝土应力-应变关系试验研究

对3种水胶比、6种塑钢纤维掺量的橡胶混凝土进行了单轴受压试验研究,测得不同水胶比、不同塑钢纤维掺量的橡胶混凝土应力-应变曲线.根据曲线特点,提出了含有本构参数A、B的塑钢纤维橡胶混凝土单轴压缩本构模型.对应力-应变试验结果进行最小二乘法非线性回归分析,求出本构参数值和纯橡胶混凝土本构参数A、B的数学表达式,明确了立方体抗压强度、橡胶混凝土本构参数及塑钢纤维特征参数与本构参数A、B的关系,得到了塑钢纤维-橡胶混凝土的本构方程.     

冻融与硫酸盐侵蚀耦合作用下再生混凝土劣化规律

采用快冻法,对再生骨料取代率为30％的混凝土分别在3％Na2SO4,5％Na2SO4,10％Na2SO4(质量分数)溶液以及水中的冻融情况进行试验,试验过程中测试了再生混凝土质量变化、相对动弹性模量、抗压强度损失及损伤层厚度,分析了再生混凝土在冻融与Na2SO4溶液耦合作用下的损伤机理,建立了再生混凝土的冻融损伤模型,利用模型预测了再生混凝土的抗冻寿命.结果表明:再生混凝土在5％Na2SO4溶液中冻融损伤最严重;再生混凝土在10％Na2SO4溶液中的冻融损伤大于在3％Na2SO4溶液和水中的冻融损伤;再生混凝土的相对动弹性模量变化和损伤层厚度的变化相关,可以利用相对动弹性模量表示再生混凝土的内部损伤;曲线模型可以较好表征再生混凝土在硫酸盐环境下的冻融损伤,在5％Na2SO4溶液中,再生混凝土的抗冻寿命最差.     

塑钢纤维轻骨料混凝土短柱轴压性能试验研究

对18根塑钢纤维轻骨料混凝土短柱和2根轻骨料混凝土短柱进行轴压性能试验,研究塑钢纤维掺量、轻骨料混凝土强度、纵向钢筋配筋率和试件高宽比对塑钢纤维轻骨料混凝土短柱轴压性能的影响.结果表明:随着塑钢纤维掺量的增加,试件的承载力略有提高,延性提升较大,且塑钢纤维掺量为9 kg/m3时,试件的承载力和延性最大;随着轻骨料混凝土强度和纵向钢筋配筋率的提高,试件承载力均增大,但试件延性均逐渐降低;试件高宽比对试件承载力影响不大,当试件高宽比为3时,试件的延性最好.     

混杂纤维混凝土的耐硫酸盐腐蚀性能研究

为了研究混杂纤维混凝土抗硫酸盐腐蚀性能,对聚乙烯纤维(PE)与聚丙烯粗合成纤维(HPP)混凝土进行硫酸盐干湿循环腐蚀和长期浸泡侵蚀试验,采用形貌损伤、质量损失、相对动弹性模量和抗压强度等宏观测试方法研究了混杂纤维混凝土耐硫酸盐腐蚀性能,并结合SEM微观结构测试技术分析了其腐蚀机理.结果表明:不同纤维掺量的混凝土在硫酸盐腐蚀作用下均出现了不同程度的损伤,其干湿循环的腐蚀作用较长期浸泡腐蚀混凝土的腐蚀损伤更为明显;长期浸泡腐蚀作用时,450 d素混凝土抗压强度可达到60 MPa,各纤维混凝土抗压强度均可达到70 MPa,但在干湿循环腐蚀作用下,聚乙烯纤维和聚丙烯粗合成纤维以0.8%+1.2%掺入时,混凝土抗压强度也可达到70 MPa;纤维对于混凝土内部结构应力的缓解,孔隙、通道等缺陷的分散以及纤维之间的捆绑桥联都显著的提高了混凝土抗硫酸盐腐蚀性.     

硫酸盐腐蚀对混杂纤维混凝土弯曲韧性的影响研究

为了研究混杂纤维混凝土经硫酸盐腐蚀后的弯曲性能,首先对不同掺量的聚乙烯纤维(PE)与聚丙烯粗合成纤维(HPP)混凝土进行了硫酸盐干湿循环腐蚀和长期浸泡腐蚀试验,然后以三分点弯曲试验为基础,结合美国ASTMC1018和奥地利ORS评价方法,对比分析了混杂纤维混凝土在硫酸盐腐蚀前后其弯曲韧性变化及最佳纤维掺量.结果表明,纤维的掺入使得混凝土的破坏类型发生了变化,破坏时的最大荷载和挠度均明显增大,混凝土I5、I10、I20、R5,10和R10,20显著提高,韧性水平也明显高于普通混凝土;在硫酸盐腐蚀作用后不同纤维掺量的混凝土其弯曲韧性均出现了不同程度的下降,其中干湿循环腐蚀条件下比长期浸泡腐蚀条件下的混凝土的弯曲韧性受损更为严重;聚乙烯纤维(PE)与聚丙烯粗合成纤维(HPP)掺量为0.8％～1.2％的混凝土在经受450d长期浸泡腐蚀作用后的I5、I10与R5,10值分别提高了32.2％、19.6％和6.8％,具有良好的耐硫酸盐腐蚀性能和弯曲韧性.     

基于兰州地下环境的钢筋混凝土耐腐蚀性能研究

为研究兰州地铁钢筋混凝土的耐腐蚀性能,根据兰州市地下水及地下土壤腐蚀离子浓度配制了5000 mg/L的Mg2 SO4与2000 mg/L的NaCl耦合溶液,设计水胶比为0.25、0.35和0.45的混凝土,进行了室内长期浸泡腐蚀试验.采用电化学方法研究混凝土中钢筋的腐蚀情况,通过电化学参数比较、理论分析,同时结合SEM结果,对兰州地下水及地下土壤环境中钢筋混凝土的腐蚀情况进行描述.研究结果表明:在兰州强腐蚀地下水及地下土壤环境下钢筋混凝土极易发生腐蚀,实验对比表明水胶比为0.35时,钢筋混凝土的耐腐蚀性最好.随着腐蚀时间的增长,钢筋混凝土的腐蚀整体呈增长趋势,但早期出现下降现象.     

纤维混凝土抗冻性能及损伤劣化模型研究

为了提高寒冷地区建筑的安全性和使用寿命等问题,通过分析不同纤维、粉煤灰掺量的混凝土试件在相应冻融次数下的质量损失率、相对动弹性模量及强度(抗压强度、劈裂抗拉强度)变化规律,研究掺入纤维的比例对混凝土抗冻性的影响.结果 表明:掺入钢纤维(SFs)和PVA纤维时,抗压强度、劈裂抗拉强度显著提高,在冻融次数相同的情况下,掺量与强度呈正相关;随着冻融次数的增加,质量损失率曲线先下降后上升,相对动弹性模量曲线呈下降趋势,掺入4％(质量分数)的SFs及0.05％(质量分数)的PVA纤维时,混凝土试件抗冻性能最优;掺入适量粉煤灰可有效改善混凝土质量、动弹性模量及强度损失.基于相对动弹性模量、强度数据建立冻融循环损伤模型来评价纤维混凝土的损伤程度,选用二次函数衰减模型进行数据拟合,发现建立的模型拟合程度较高,可有效反映冻融循环作用下纤维混凝土的冻融损伤程度.     

海工钢筋混凝土的腐蚀与防护

论述了海洋环境下钢筋混凝土结构的腐蚀特征和防护技术.     

矿物掺合料对海洋混凝土结构硫酸盐侵蚀影响的试验研究

对不同配合比混凝土试件在海洋水下区进行现场暴露试验,通过实验室内对混凝土中硫酸根离子含量测定,研究腐蚀龄期、水胶比及矿物掺合料对混凝土抗硫酸盐侵蚀的影响,探究硫酸盐在混凝土内部侵蚀机理。试验结果表明:侵蚀到混凝土试件内部的自由硫酸根离子含量与总硫酸根离子含量,随着侵蚀龄期和水胶比的不同而变化,同时向混凝土中掺入一定比例的粉煤灰、矿粉等矿物掺合料可以改善混凝土试件内部孔隙结构,有效提高其抗硫酸盐侵蚀能力,从而延长混凝土结构耐久性能。     

硫酸盐侵蚀下混凝土内腐蚀反应-扩散过程的实验研究

通过开展硫酸盐腐蚀试验,研究了硫酸盐侵蚀环境下混凝土中内部硫酸盐浓度随时间和空间的变化规律,探讨了混凝土内部各组分浓度的变化与硫酸根离子浓度之间的关系.结果表明:随着侵蚀时间的增加,反应扩散不断进行,混凝土内部硫酸根离子浓度不断增加,越靠近侵蚀表面浓度越高;水泥水化产物中二水石膏、氢氧化钙和腐蚀产物的浓度变化与硫酸盐浓度变化之间存在一定的联系,随着二水石膏和氢氧化钙含量的减少,钙矾石含量前期增长较快,后期渐渐趋于稳定,硫酸盐浓度变化速率不断减小,直至混凝土内外环境中硫酸盐浓度差达到平稳状态.     

基于环境与荷载因素的水泥混凝土硫酸盐侵蚀研究进展

硫酸盐侵蚀是混凝土耐久性研究的热点之一.结构混凝土在实际服役过程中,常常遭受多变的环境与荷载因素的影响,使得结构混凝土硫酸盐侵蚀机理更加复杂.总结了考虑环境因素的硫酸盐侵蚀、荷载因素的硫酸盐侵蚀以及环境与荷载因素耦合作用下硫酸盐侵蚀的研究成果,指出了其研究中存在的不足.考虑实际结构混凝土服役的情况,为今后的研究提出了一些建议.     

内掺型CCCW混凝土在硫酸铵环境中抗腐蚀及自愈性能研究

为了探究内掺型水泥基渗透结晶型防水材料(CCCW)混凝土在特殊环境中的性能,开展了硫酸铵溶液浸泡环境下该混凝土的耐腐蚀性能及自愈合性能研究.进行了未预设和预设贯穿裂缝的内掺型CCCW混凝土暴露在不同浓度硫酸铵溶液中不同龄期后的力学性能和抗渗性能试验,并通过SEM和XRD对微观结构和物相成分进行分析.结果 表明,内掺型CCCW混凝土具有较强的抗硫酸铵腐蚀性能和裂缝自愈合性能,随着硫酸铵浓度升高,抗腐蚀性能和裂缝自愈合性能变差.在溶液介质作用下会激发活性材料生成结晶物质,填充混凝土裂缝从而达到自愈效果.