干湿循环与盐湖卤水侵蚀共同作用下喷射混凝土的劣化及其机理

通过对比普通混凝土、普通喷射混凝土和钢纤维喷射混凝土在(干湿循环+盐湖卤水侵蚀)共同作用下的外观形貌、抗压强度、物相组成和微观结构,研究了喷射混凝土的劣化及其机理。结果表明:(干湿循环+盐湖卤水侵蚀)150次时,普通混凝土外观形貌破损严重,喷射混凝土外观形貌较完整;普通混凝土抗压强度<普通喷射混凝土<钢纤维喷射混凝土;钢纤维喷射混凝土表层微观结构较为致密且存在CH,侵蚀产物石膏在侵蚀后期发生了二次反应;其劣化侵蚀机理包括NaCl、MgCl_2、Na_2SO_4和MgSO_4的物理结晶侵蚀及碳酸盐、硫酸盐和镁盐的化学侵蚀,但未发现氯盐的化学侵蚀产物,而喷射混凝土中还发生碳硫硅钙石型硫酸盐侵蚀。

盐湖卤水侵蚀喷射混凝土宏观性能及微观结构

通过对普通混凝土、普通喷射混凝土和钢纤维喷射混凝土的质量损失率、相对抗压强度、相对动弹性模量、损伤层厚度、X射线衍射分析(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)结果进行分析,研究了(干湿循环+盐湖卤水侵蚀)共同作用下喷射混凝土的宏观性能和微观结构.结果表明:宏观性能方面,质量损失率、相对抗压强度和相对动弹性模量均呈现出先增长后下降的趋势,损伤层厚度为普通混凝土<普通喷射混凝土<钢纤维喷射混凝土;微观结构方面,喷射混凝土中发现的侵蚀产物硅灰石膏,其CO_3^(2-)来源于混凝土内部分含碳酸盐骨料或干燥过程中发生的碳化,由于侵蚀前普通混凝土和普通喷射混凝土存在很多毛细孔,导致其比受钢纤维约束而较为致密的钢纤维喷射混凝土更易遭受盐湖卤水的侵蚀.

盐湖卤水侵蚀混凝土孔结构分析

通过分析混凝土在(干湿循环+盐湖卤水侵蚀)共同作用下的孔结构特征变化,研究了侵蚀过程中混凝土孔结构的分布规律及其劣化发展过程。结果表明:侵蚀初期主要是混凝土中小孔隙和中孔隙数量增加、弦长扩展,含气量较低且主要由大孔隙和超大孔隙决定;侵蚀中后期孔结构分布发生较大变化,不同弦长孔隙数量均快速增加,孔隙连通及孔径增长使混凝土损伤劣化加快。

卤水侵蚀对水泥粉煤灰浆体微结构影响

采用XRD、^(29)Si和^(27)Al MAS NMR测试技术,研究了粉煤灰掺量和侵蚀龄期对卤水侵蚀下水泥-粉煤灰浆体水化产物相组成、含铝相产物迁移与转变、C-S-H凝胶微结构变化的影响规律。研究结果表明:卤水侵蚀导致浆体Ca(OH)_2含量降低,AFm和TAH向AFt转变,同时生成大量Friedel盐,C-S-H凝胶中Al[4]脱出;随粉煤灰掺量增加,浆体中AFt、AFm和TAH生成量降低,C-S-H的MCL和Al[4]/Si增大,Friedel盐生成量先增后减;侵蚀早期,水泥-粉煤灰浆体结构疏松,AFt生成量较纯水泥高,后期浆体致密性提高,抑制卤水侵蚀,AFt生成量较少,C-A-S-H脱铝作用减弱。

卤水侵蚀下高延性混凝土力学性能试验及强度衰减模型研究

为了研究高延性混凝土(HDC)在卤水侵蚀作用下的基本力学性能变化规律,以3种氯盐溶液(5%,10%和15%NaCl溶液)和3种卤水溶液(5%NaCl+5%Na_(2)SO_(4),5%NaCl+10%Na_(2)SO_(4)和10%NaCl+5%Na_(2)SO_(4)溶液)为侵蚀介质,对HDC试件进行卤水长期浸泡(共360d)试验,分析了不同浓度的卤水溶液长期浸泡下HDC试件抗压和抗折强度随浸泡时间的变化规律。试验结果表明:卤水溶液的侵蚀现象较单一氯离子溶液明显,其中5%NaCl+10%Na_(2)SO_(4)卤水溶液的侵蚀最严重;在整个浸泡过程中,HDC试件质量均出现先降低后上升的变化趋势;单一侵蚀溶液中HDC试件的抗压及抗折强度均出现先增长后降低趋势,卤水溶液中则无侵蚀前期的强度上升阶段,随着硫酸盐浓度的增加,HDC试件损伤劣化速度变快,且氯离子浓度越高,延缓越明显。通过回归分析建立了卤水长期侵蚀HDC试件强度衰减模型。

盐湖卤水侵蚀喷射混凝土衬砌损伤演化

我国西部地区盐湖分布广泛,土壤及地下水中含有高浓度硫酸盐、镁盐及氯盐,其会与衬砌喷射混凝土发生一系列物理化学反应,导致混凝土表面损伤并不断演化,继而造成衬砌结构可靠度下降。为系统研究盐湖卤水侵蚀喷射混凝土损伤形成及演化规律,以5%Na 2SO 4+5%MgSO 4+3.5%NaCl复合盐溶液为侵蚀介质,采用干湿交替法,分别模拟盐湖卤水及衬砌结构侵蚀方式,开展喷射混凝土损伤演化试验。通过对喷射混凝土侵蚀产物的组成及含量、微观形貌和离子含量进行综合分析,系统研究了卤水侵蚀混凝土的损伤演化机理。结果表明:喷射混凝土中的SO42-含量随侵蚀时间的延长而快速增大,Cl-和Na^+含量缓慢增大,而Ca^2+含量和混凝土pH值降低。喷射混凝土卤水侵蚀过程包含水镁石、石膏及钙矾石层形成阶段,C-S-H分解及碳硫硅钙石形成阶段以及水化硅酸镁凝胶形成等三个阶段。期间,结晶盐在毛细孔及微裂缝中不断累积,加速了混凝土的损伤演化。最终,在碳硫硅钙石、水镁石、石膏、钙矾石以及结晶盐所形成的膨胀应力和结晶压力共同作用下,喷射混凝土内部及表面形成网状裂纹,骨料剥落,损伤厚度快速增大。

卤水-干湿侵蚀下HDC力学性能试验及损伤本构模型研究

为了研究卤水-干湿循环环境下高延性混凝土(HDC)单轴受压力学性能,以3种高浓度卤水溶液为侵蚀介质,对HDC共进行了195次干湿循环试验,分析了卤水与干湿循环共同作用对HDC抗压强度、抗折强度及应力-应变关系的影响。试验结果表明:HDC对卤水有较好的抗侵蚀能力,且破坏时的应变基本保持在(2.5~3.5)%,为延性破坏;在整个循环周期内,试件的质量均出现先降后升的现象,其中溶液3(15%Cl-+5%SO4^2-)中的HDC试件在150次循环后质量缓慢增长至94%;溶液3(15%Cl^-+5%SO4^2-)中HDC抗压强度耐腐蚀系数和抗压强度下降幅度最大,分别为33.1%和50%;根据试验结果,推导出了化学损伤变量的表达式,进一步耦合力学损伤,引入耦合损伤变量D,建立了HDC在力学和化学损伤耦合作用下的弹塑性-化学损伤本构模型。

混凝土防腐剂对卤水侵蚀水泥-矿渣浆体微结构的影响

采用水化热分析、XRD、^(29)Si和^(27)Al NMR、BET氮吸附等现代分析测试技术,研究了卤水侵蚀环境下混凝土防腐剂对水泥-矿渣浆体的微结构的影响。结果表明:混凝土防腐剂能够提高复合浆体的早期水化放热量,促进其早期水化,使其平均孔径降低,结构更加致密,阻碍了侵蚀性离子的扩散,因而抑制了卤水侵蚀产物Friedel盐和钙矾石的形成,提高了胶凝浆体的抗卤水侵蚀能力;同时防腐剂使得复合浆体的后期水化程度降低,导致矿渣水解产生的Al^(3+)减少,从而使得进入水化硅酸钙凝胶的Al^(3+)减少,导致MCL和Al[4]/Si降低,但是适当掺量的防腐剂能抑制卤水对C-S-H凝胶的脱铝作用。

卤水侵蚀下水泥基灌浆料耐蚀性能试验研究

通过卤水侵蚀下的水泥基灌浆料抗压性能试验,研究了水泥种类、水、水胶比、胶砂比、粉煤灰掺量、减水剂含量以及膨胀剂对水泥基灌浆料抗压强度的影响,以及不同情况下耐蚀系数的差异性。试验研究表明,在大量试验基础上配制的水泥基灌浆料初始流动度基本上都在300mm以上;在合适的配合比情况下,以普通硅酸盐水泥为主要成分的新型水泥基灌浆料在耐蚀性能上优于硫铝酸盐水泥;水胶比0. 35、粉煤灰掺量15%、聚羧酸减水剂含量1. 3%、胶砂比控制在1:1的情况下,配制出的水泥基灌浆料初始流动度为345mm,3d抗压强度接近43MPa,28d抗压强度接近69MPa,各龄期耐蚀系数均在0. 9以上,且具有良好抗卤水侵蚀性能。

煅烧水滑石对卤水侵蚀水泥-矿渣复合浆体微结构的影响

采用水化热分析、^(27)Al NMR、Cl^(-)滴定以及BET氮吸附等现代测试分析技术,研究了煅烧水滑石在卤水侵蚀的环境下对水泥-矿渣浆体微结构的影响。结果表明:适当掺量的煅烧水滑石可以抑制水泥-矿渣胶凝浆体的水化放热并使峰值出现时间提前;在水泥-矿渣胶凝浆体中加入煅烧水滑石后,其在恢复层状结构的过程中会吸附卤水溶液中的SO_(4)^(2-)、Cl^(-),从而使得侵蚀产物石膏和钙矾石的生成量降低,并使胶凝浆体固化Cl^(-)的能力增强。

卤水-干湿循环侵蚀下高延性混凝土力学性能试验研究

针对青海盐湖地区卤水对混凝土结构较强的侵蚀作用,利用高延性混凝土(HDC)的高延性和裂缝控制能力,有效地抵抗混凝土内部的拉应力,阻止内部开裂,从而一定程度上抵抗卤水对混凝土结构进一步的腐蚀。基于此,通过HDC卤水-干湿循坏侵蚀试验,研究HDC抵抗卤水侵蚀的基本力学性能。采用化学试剂人工配制青海盐湖卤水,对10组立方体试件进行卤水-干湿循环侵蚀试验,以24h为一个循环。每15次循环后取出一组试件测定其受压应力-应变曲线,计算耐蚀系数。试验结果表明,经过150次卤水-干湿循环侵蚀试验后,HDC表面轻微剥落,纤维显露,但整体性良好,抗压强度对比未腐蚀试件降低约25.66%,耐蚀系数降至77%,并提出卤水-干湿循环侵蚀HDC本构模型,与试验曲线对比发现,两者吻合较好。从研究结果可以看出,HDC抗卤水-干湿循环腐蚀性能良好,增强了混凝土结构的耐久性能和使用年限,可以为青海盐湖地区使用HDC提供工程设计经验和理论依据。