泵送碱式硫酸镁水泥混凝土的制备和性能

碱式硫酸镁水泥混凝土是新开发出来不久的混凝土材料,具有高抗拉强度、抗冲击和耐腐蚀等优点,但由于其较小的塌落度,限制了其工程应用。本文试验研究了不同掺量萘系减水剂对泵送碱式硫酸镁水泥混凝土塌落度和强度的影响,确定强度等级C30、C40、C50和C60的萘系高效减水剂适宜掺量分别为2.0%、1.2%、1.5%和1.8%。分别研究了掺粉煤灰型和矿渣型泵送碱式硫酸镁水泥混凝土基本力学性能及在海水浸泡、淡水浸泡1280 d后的强度保留率并进行机理分析,发现粉煤灰型泵送碱式硫酸镁水泥混凝土抗海水腐蚀性较好,适合东部沿海地区应用;随着海水暴露时间的延长,泵送碱式硫酸镁水泥混凝土的Df值呈现幂函数的降低关系。本文还对大气中暴露2400 d的钢筋泵送碱式硫酸镁水泥混凝土小梁进行观测,未有锈涨现象。本文为碱式硫酸镁水泥混凝土在工程领域的应用具有重大意义。

除冰盐冻融作用下混凝土界面粘结强度与界面过渡区细观力学性能的关系

界面过渡区(Interfacial transition zone, ITZ)是混凝土内部结构的薄弱环节,也是外界侵蚀性离子向内扩散渗透的通道。通过除冰盐快速冻融实验研究了在除冰盐冻融环境下混凝土界面宏观和细观力学性能的变化规律。结果表明,混凝土粗骨料与砂浆的界面粘结强度和ITZ显微硬度在盐冻过程中均呈现出典型的两段式线性变化,即随着盐冻循环次数增加而增强的初始强化阶段和随着盐冻循环次数增加而降低的后期劣化阶段;初始界面粘结强度或ITZ显微硬度随着水胶比的增大而减小,初始强化速率减慢,后期劣化速率加快,且低水胶比的混凝土有着较好的抗盐冻性能;盐冻过程中混凝土粗骨料和砂浆的界面粘结强度与ITZ显微硬度之间具有较明显的相关性。此研究结果为盐冻环境下混凝土细观力学分析提供了基础数据。

热带海洋环境下钢筋混凝土构件承载力退化研究

为研究热带海洋严酷环境下钢筋混凝土结构的承载力退化规律,通过对南海现场暴露3.5a后的C50、C80钢筋混凝土梁柱构件进行混凝土回弹值与超声波、钢筋锈蚀率与拉伸、梁受弯与柱大偏心受压测试,系统分析混凝土抗压强度、钢筋失重率、梁受弯承载力与柱大偏心受压承载力等物理力学性能的变化特征,并与既有承载力退化模型进行验证.结果表明:经现场暴露试验后,C50、C80构件的混凝土抗压强度与相对动弹性模量下降,且C50构件中混凝土损伤较C80构件的严重;C50构件已发生钢筋锈蚀,而C80构件中钢筋仍处于钝化状态;C50、C80梁在受弯条件下的抗裂性能与极限受弯承载力下降,且C50梁较C80梁下降明显;C50、C80柱在大偏心受压条件下的抗裂性能与极限受压承载力小幅下降.

阻锈剂对海洋环境下混凝土中钢筋腐蚀影响的电化学研究

为提高海洋环境下钢筋混凝土结构的耐腐蚀性能,通过采用线性极化(LPR)与交流阻抗(EIS)2种电化学方法分别测试得到了经模拟海水侵蚀后混凝土中钢筋的极化曲线与阻抗复平面图,从而得到腐蚀电位、极化电阻、混凝土电阻、电荷迁移电阻等关键电化学参数,以此分析并讨论了4种不同阻锈机理的新型阻锈剂(SBT■-KLJ(Ⅵ)疏水化合孔栓物、SBT■-RMA(Ⅱ)混凝土高效防腐剂、SBT■-ZX(Ⅴ)复合氨基醇阻锈剂与改性亚硝酸钙阻锈剂)对混凝土中钢筋耐腐蚀性能的影响规律.结果表明:混凝土中钢筋的腐蚀过程分为过渡期与稳定期2个阶段,不同阶段呈现不同的电化学特征;SBT■-RMA(Ⅱ)混凝土高效防腐剂对钢筋混凝土结构耐腐蚀性能的提升效果显著,SBT■-ZX(Ⅴ)复合氨基醇阻锈剂与SBT■-KLJ(Ⅵ)疏水化合孔栓物的提升效果较好,而改性亚硝酸钙阻锈剂的提升效果一般.

全珊瑚海水混凝土及其梁柱构件的力学性能与耐久性

研究了高强全珊瑚海水混凝土(CASC)的制备技术、基本力学性能、氯离子扩散与钢筋锈蚀行为,以及钢筋-CASC梁柱构件的力学性能,并进行了其服役寿命的可靠度分析.结果表明:CASC的立方体抗压强度最高可达C80混凝土强度等级;CASC具有高初始氯离子含量、高表面自由氯离子含量和高表观氯离子扩散系数的“三高”氯离子扩散特征.提出了描述CASC受压应力应变关系的两段式方程;为降低钢筋的锈蚀风险,建议在CASC结构中采用有机新涂层钢筋且混凝土保护层厚度至少为5.5 cm,混凝土强度选用C50及以上等级.另外为了综合考虑钢筋锈蚀和涂层钢筋滑移的影响,建立了钢筋-CASC梁柱构件的承载力计算模型,并且确定了满足50~100 a服役寿命要求的CASC结构的耐久性设计参数.

阻锈剂种类对珊瑚混凝土中钢筋锈蚀的影响

为了提升珊瑚混凝土结构的耐久性能,本文采用线性极化电阻法和交流阻抗谱法,研究了阻锈剂种类及掺量对珊瑚混凝土中钢筋腐蚀性能的影响。结果表明:随着暴露时间的延长,掺加亚硝酸钙阻锈剂、氨基醇类阻锈剂和不掺加阻锈剂的CAC,其自腐蚀电位、极化电阻和电荷转移电阻均逐渐减小,腐蚀电流密度逐渐增大,说明其腐蚀的倾向逐渐增大。无论是掺入亚硝酸钙阻锈剂还是氨基醇类阻锈剂,对普通钢筋的Ecorr、Rp和Rct均有不同程度的提高,表明阻锈剂对钢筋锈蚀起到抑制作用,且阻锈效果随着阻锈剂掺量的增加而逐渐增强。此外,随着暴露时间的延长,亚硝酸钙阻锈剂的阻锈效果衰减速率高于氨基醇类阻锈剂。因此,对于海洋岛礁工程中的珊瑚混凝土结构,采用4%氨基醇类阻锈剂有利于降低锈蚀的速率,延长结构服役寿命。

混凝土外加剂与碱式硫酸镁水泥适应性

研究了普通混凝土减水剂与碱式硫酸镁水泥(MOSC)的适应性,通过消泡剂复配改善M OSC体系的力学性能.采用X射线衍射、扫描电子显微镜分析混凝土外加剂对M OSC力学性能、水化产物和微观结构的影响.实验结果表明,三聚氰胺(SM)、萘系(FDN)、氨基磺酸盐(ASP)和脂肪酸磺酸盐(SAF)均对MOSC产生减水效果,减水率分别为8. 02%,12. 35%,16. 12%和11. 77%.但减水剂会降低M OSC力学性能,FDN-M OSC体系1,28 d抗压强度分别为基准试样的64. 5%和80. 5%.消泡剂能够有效提高MOSC及减水剂-MOSC体系的早期强度,减少减水剂-MOSC体系的后期强度损失.单掺消泡剂A10-MOSC体系1,28 d抗压强度分别为基准试样的132. 7%和95. 7%,减水剂和消泡剂复合FDN-NXZ-MOSC体系1,28 d抗压强度分别为基准试样的120. 8%和90. 3%.普通混凝土外加剂没有改变MOSC水化产物组成,消泡剂能够有效提高MOSC和减水剂-MOSC体系的力学性能.

全珊瑚海水混凝土中不同种类钢筋的防腐蚀性能

采用线性极化电阻法(Linear polarisation resistance method,LPR)和交流阻抗谱法(Electrochemical impedance spectroscopy method,EIS)计算了钢筋的自腐蚀电位(Ecorr)、极化电阻(Rp)、腐蚀电流密度(Icorr)、锈蚀速率(V corr )和电荷转移电阻(Rct)。系统研究了不同种类钢筋对全珊瑚海水混凝土(Coral aggregate seawater concrete,CASC)中钢筋腐蚀性能的影响,提出了CASC中有效的防腐措施。结果表明,不同种类钢筋的 Rp和Rct均随着暴露时间的延长而呈下降趋势, Icorr 均随着暴露时间的延长而呈增大趋势。不同种类钢筋的耐腐蚀性能规律为:2205双相不锈钢>316不锈钢>有机新涂层钢筋>锌铬涂层钢筋>普通钢筋。因此,综合考虑阻锈效果和成本因素,对于海洋岛礁工程中的CASC结构,建议选用有机新涂层钢筋,混凝土保护层厚度至少为5.5 cm,混凝土强度等级为C50及以上,掺加亚硝酸钙阻锈剂。这样,有利于延迟钢筋开始腐蚀的时间,降低锈蚀速率,达到延长结构服役寿命的目的。

大连港服役50年混凝土的力学性能与耐久性

本文分别研究了大连港服役11年和50年的某码头大气区、浪贱区和潮汐区混凝土的外观破坏情况和物理力学性能,测定了不同深度混凝土的氯离子含量分布以及混凝土电阻率和RCM氯离子扩散系数(DRCM)等耐久性参数,探讨了部分耐久性参数之间的相关关系。结果表明,两个年代海洋码头的潮汐区混凝土都存在剥落现象,其中服役50年码头的大气区和浪溅区混凝土还存在裂缝现象。综合文献数据研究发现,海洋混凝土结构的表面自由氯离子含量随着暴露时间的延长呈指数函数或幂函数的增长关系,且服役早期增长较快,服役后期增长速度减缓。海洋混凝土结构的表观氯离子扩散系数随暴露时间的延长呈现经典的幂函数衰减关系。

不同措施对热带海洋砼结构服役寿命的影响

海工钢筋混凝土结构由于长期受到海洋盐雾大气、浪溅与潮汐、高温等环境因素作用,大量氯离子侵入混凝土中,致使结构中的钢筋严重锈蚀,从而使混凝土结构难以达到50年的设计寿命要求.本文基于修正的氯离子扩散理论与可靠度理论,通过南海实际工程来探讨一些结构措施和附加措施对海工混凝土服役寿命的影响.结果表明:增大结构的保护层厚度能有效延长结构的服役寿命.对混凝土结构施加一定的附加防护措施,也能够有效地延长混凝土结构在热带海洋环境下的服役时间.最有效的附加防护措施是采用不锈钢钢筋,但是价格太高而应用受限,比较适用的是硅烷外涂或者使用阻锈剂,但对于一维结构而言仅仅使用其中一种并不能保证结构50年的设计寿命.

高强高模聚乙烯纤维对大掺量矿物掺合料高强混凝土抗冻性的影响

用快冻法研究高性能的高强高模聚乙烯(High elasticity module polyethylene,HEMP)纤维对大掺量矿物掺合料高强混凝土(High strength concrete,HSC)抗冻性的影响。结果表明,大掺量矿物掺合料HSC具有较好的抗冻性,但是其抗冻性对养护环境RH非常敏感,干燥养护条件下的冻融寿命仅有标准养护的38%~40%。掺加0.1%HEMP纤维虽然降低了大掺量矿物掺合料HSC的抗冻性,但能够显著改善其抗冻性对养护环境RH的敏感性,在30%RH^50%RH养护条件下的冻融寿命高达标准养护时的81%~90%。

环渤海湾海洋混凝土结构的长寿命研究与分析

以环渤海湾海洋工程混凝土结构耐久性作为研究对象,根据多年来积累的实验室、海洋暴露站和工程实测数据,采用ChaDuraLife V1.0混凝土结构寿命预测模型与计算机软件,分析不同矿物掺合料掺量、水胶比对海洋混凝土结构服役寿命的影响规律.结果表明:降低水胶比,提高粉煤灰掺量和磨细矿渣掺量都能有效延长海洋混凝土结构的预期服役寿命.以环渤海湾海洋浪溅区混凝土结构为例,最长服役寿命所对应的海洋混凝土配合比最优参数是:粉煤灰和磨细矿渣掺量分别为20%、40%,水胶比为0.30,混凝土结构满足100、200、500 a寿命所需最小保护层厚度分别为60、75、120 mm.

C60全珊瑚海水钢筋混凝土梁的抗弯性能研究

通过对不同种类钢筋的全珊瑚海水钢筋混凝土梁(CARCB)进行正截面抗弯性能试验,研究了CARCB的裂缝发展、破坏形态、跨中变形及抗弯承载能力,建立了弯矩跨中挠度、荷载纵向受拉钢筋应变、荷载最大裂缝宽度的关系,提出了适用于CARCB抗弯承载力的计算模型.结果表明:随着钢筋强度的提高,CARCB的开裂弯矩和极限弯矩均逐渐增大,裂缝宽度扩展逐渐减慢,能有效抑制裂缝的发展.CARCB的裂缝宽度均随着荷载的增长而增大,在加载初期,裂缝宽度增长缓慢,当接近极限荷载时,裂缝宽度迅速增大,最终导致梁破坏.采用有机新涂层钢筋,能有效抑制珊瑚混凝土结构中钢筋发生锈蚀,从而延长其有效服役寿命.综合考虑钢筋锈蚀引起钢筋截面损失和钢筋屈服强度降低的影响,提出了更加合理的CARCB抗弯承载力的计算模型.

C60全珊瑚海水钢筋混凝土梁的抗剪性能与计算模型

为研究全珊瑚海水钢筋混凝土梁(coral aggregate reinforced concrete beam,CARCB)的抗剪性能和计算模型,设计了7根不同种类钢筋的CARCB,通过对其进行斜截面抗剪性能试验,研究了钢筋种类对CARCB的变形及抗剪承载能力的影响,建立了弯矩-跨中挠度、荷载-钢筋应变、荷载-裂缝宽度的关系,提出了CARCB斜截面抗剪承载力的计算模型.试验结果表明:不同种类钢筋CARCB的正截面开裂荷载和抗剪承载力规律均为316不锈钢>普通钢筋>锌铬涂层钢筋>有机新涂层钢筋;CARCB中普通钢筋发生了严重锈蚀,使其刚度出现了一定程度的退化;不同种类钢筋的CARCB,其裂缝宽度均随着荷载的增大而增长,加载初期,在梁跨中附近出现正截面弯曲裂缝,裂缝宽度开展非常缓慢,随着荷载的增加,在支座向集中力作用点处出现斜裂缝,斜裂缝宽度迅速增大,最终导致梁破坏;最后,综合考虑钢筋锈蚀和高强混凝土对CARCB抗剪承载力的影响,提出了更加合理的CARCB抗剪承载力计算模型.

C60全珊瑚海水混凝土的钢筋锈蚀行为研究

采用线性极化电阻法,测试了C60全珊瑚海水混凝土(coral aggregate seawater concrete,简称CASC)的线性极化曲线、自腐蚀电位(E_(corr))和极化电阻(R_(p)),研究了不同暴露时间、不同种类钢筋CASC的钢筋腐蚀行为,提出了提升岛礁CASC结构耐久性的建议措施。结果表明:随着暴露时间的延长,CASC的E_(corr)和R_(p)均逐渐降低,钢筋的耐蚀性能逐渐减弱。不同种类钢筋CASC耐蚀性能规律为:316不锈钢筋优于有机新涂层钢筋,优于普通钢筋。即使暴露0 d,CASC中普通钢筋仍会发生锈蚀,表明普通钢筋在不附加任何防腐措施的条件下不适用于岛礁CASC结构。综合分析阻锈效果和成本因素,316不锈钢筋的性价比明显低于有机新涂层钢筋,建议岛礁CASC工程优先选用有机新涂层钢筋。

拓宽箱梁连接段受力性能的对比试验研究

为了研究碱式硫酸镁水泥混凝土(MC)在桥梁拓宽连接中的受力性能,开展MC和普通硅酸盐水泥混凝土(NC)作为接缝的2组拼接箱梁模型的试验研究。研究结果表明:拼缝采用MC时,拼接段开裂后呈现多缝开裂破坏模式,破坏荷载比大于采用NC连接的破坏荷载比;MC接缝的裂缝宽度超过0.2 mm时仍缓慢增长且刚度逐步下降;而NC接缝的裂缝宽度超过0.2 mm时急剧增长且变形亦急剧增长,构件很快破坏;MC接缝比NC接缝具有更好的抗裂、变形和传力性能。

不同保护层厚度新型海工混凝土的钢筋锈蚀行为研究

基于线性极化电阻法,研究不同保护层厚度、暴露时间和钢筋类别新型海工混凝土(new marine concrete,NMC)的线性极化曲线、自腐蚀电位(E_(corr))与极化电阻(R_(p))等电化学参数,探明不同保护层厚度和钢筋类别对NMC中钢筋锈蚀行为影响。研究发现:随着保护层厚度的增加,E_(corr)和R_(p)逐渐增大,表明NMC中钢筋的耐蚀性能不断增强。此外,当保护层厚度为5.5 cm时,NMC具有较优防锈效果,且满足结构要求。当暴露时间小于180 d时,NMC中不同类别钢筋的耐蚀性能为改性环氧沥青涂层钢筋>316不锈钢筋>普通钢筋,表明暴露较短时间,改性环氧沥青涂层钢筋的耐蚀性能优于316不锈钢筋。基于不同防锈措施的耐蚀性能和成本因素分析,建议海洋NMC结构优先选用改性环氧沥青涂层钢筋,保护层厚度至少为5.5 cm,有利于提升NMC结构的耐蚀性能,延长其服役寿命。

全珊瑚海水混凝土配合比设计及评价方法

针对南海岛礁大规模海防工程建设过程中资源短缺的问题,设计地域适用性较强的全珊瑚海水混凝土。通过正交试验方法和基于信噪比的田口方法,研究总胶凝材料用量、预吸水率、砂率和净水胶比对全珊瑚海水混凝土抗压强度的影响;验证田口方法的优越性,确定各因素对全珊瑚海水混凝土抗压强度的影响程度,并加以量化;提出多因素共同作用下全珊瑚海水混凝土抗压强度的多元非线性回归模型。结果表明:基于信噪比的田口方法优于传统正交试验方法。最优全珊瑚海水混凝土设计组合为:总胶凝材料用量550 kg·m^-3,预吸水率5%,砂率50%,净水胶比0.25;各因素影响程度从大到小依次为:预吸水率、净水胶比、砂率和总胶凝材料用量。预吸水率的贡献率最大,为67.6%;净水胶比次之,为17.8%;砂率的贡献率较小,仅为0.7%。回归模型的建立对指导制备高强全珊瑚海水混凝土具有十分重要的意义。

全珊瑚海水混凝土动态冲击性能试验研究

通过掺加剑麻纤维和使用碱式硫酸镁水泥(Basic magnesium sulfate cement,BMSC)两种方法提高全珊瑚海水混凝土(Coral aggregate seawater concrete,CASC)的冲击强度和韧性。试验采用直径为75 mm的分离式霍普金森压杆(Split Hopkinson pressure bar,SHPB)得到CASC在四个应变率下的冲击压缩力学性能。结果表明:CASC具有明显的应变率硬化效应,当应变率在56~137 s^-1范围内时,综合应用碱式硫酸镁水泥和剑麻纤维的CASC的动态增强因子(DIF)是普通硅酸盐水泥CASC的1.19~1.29倍;剑麻纤维和BMSC对CASC均具有增韧作用,综合应用两者后在四个应变率下CASC的韧性指数分别提高了2.24倍、1.86倍、1.35倍、1.18倍;在掺加剑麻纤维(含量3 kg/m^3)或使用BMSC后,CASC的冲击抗裂性能均有增强,综合应用剑麻纤维和BMSC比单独使用其中一种增强效果更佳。

蔗糖和活性氧化镁对硫氧镁水泥水化进程的影响

为了缩短硫氧镁水泥(MOSC)的凝结时间,提高其早期力学性能,以蔗糖为分散剂,用不同水化活性的氧化镁(MgO)粉制备了MOSC,分析了蔗糖对MOSC凝结时间、水化性能、抗压强度、物相组成、微观形貌和孔结构的影响.结果表明:活性为75.0%的MgO粉较活性为65.5%的MgO粉制备的MOSC凝结时间更短,早期抗压强度更高;蔗糖作为分散剂更适用于活性为75.0%的MgO粉制备的MOSC体系,通过其空间位阻效应的发挥,改善新拌浆体的流动度,延长新拌浆体的初凝时间和终凝时间,还能抑制Mg(OH)_(2)的生长,降低硬化浆体的孔隙率,提高其28 d的抗压强度;蔗糖可促进MOSC吸收大气中的CO_(2)形成MgCO_(3)晶体.