硫酸盐侵蚀环境下冻融循环和干湿循环混凝土劣化规律研究

混凝土的劣化过程受到硫酸盐与循环冻融环境和干湿循环条件相互耦合、共同作用的研究相对较少。为解决复合侵蚀环境下混凝土的劣化问题,文章尝试通过室内试验的手段,制作混凝土试块,分析混凝土的劣化过程受硫酸盐与循环冻融环境和干湿循环条件相互耦合、共同作用的演变规律。结果表明,随着干湿循环次数的加大,不同水胶比、不同质量浓度Na2SO4溶液侵蚀下混凝土质量损失整体上均呈指数增加的趋势。而混凝土相对动弹模量的变化趋势则相反,整体表现为不断减小的规律,水胶比与混凝土的相对动弹模量之间具有负相关关系。随着冻融循环次数的不断加大,所有溶液中混凝土的质量损失率曲线均有相同的规律,均表现为非线性增加,所有溶液中的混凝土损失值均随冻融循环次数呈现近线性增加。

硫酸盐干湿循环下玄武岩纤维混凝土抗侵蚀研究

以玄武岩纤维混凝土为研究对象,开展了不同硫酸盐浓度下干湿循环侵蚀试验,重点研究抗压强度、劈裂抗拉强度、相对动弹性模量及质量变化随干湿循环周次的变化规律及不同玄武岩纤维掺量对侵蚀劣化程度的影响。试验结果表明:干湿循环下硫酸盐浓度对不同纤维体积掺量的混凝土性能侵蚀劣化影响显著。随着硫酸盐浓度的增大,在干湿循环条件下抗压强度、劈裂抗压强度和质量变化曲线均由近似线性增长逐渐演化为“锅盖状”的先增后减,最大值对应的干湿循环周次为30,相对动弹性模量则由“躺L型”演变为“躺S型”;适量纤维的掺入可有效提高混凝土致密性,削弱硫酸盐侵蚀对混凝土性能劣化的影响。

硫酸盐-干湿循环下UHPC耐久性及本构模型研究

为研究干湿循环作用下超高性能混凝土(UHPC)经不同浓度硫酸盐溶液侵蚀后的单轴压缩损伤特征及应力-应变行为,从而有效评价不同侵蚀程度下UHPC的力学性能,对四组UHPC试件进行了硫酸盐和干湿循环耦合试验,证明UHPC试件的质量及立方体抗压强度随干湿循环周期发展呈先上升后下降。利用声发射(AE)系统研究了单轴压缩模式下的损伤演化,将UHPC的单轴压缩损伤过程分为了四个阶段,结果表明,应力-应变曲线的阶段性发展与声发射特征参数的趋势关联紧密,UHPC的损伤演化与声发射振幅(AEA)联系紧密。最后根据应力-应变数据建立了侵蚀损伤本构模型,该模型能够准确地反应UHPC经硫酸盐和干湿循环耦合作用后的单轴压缩损伤演化规律,可为盐碱地区混凝土结构的设计和安全运行提供参考。

干湿循环硫酸盐侵蚀粉煤灰混凝土耐久性分析及抗蚀等级预测

针对云南楚雄州地区含盐地质环境及公路隧道衬砌混凝土所面临的耐久性问题,探究粉煤灰对混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的影响,采用干湿循环和硫酸盐侵蚀耦合的试验方法,根据混凝土表观形貌与质量损失率分析其劣化机制,并建立基于Weibull函数的混凝土侵蚀损伤模型与试验结果进行对比。结果表明:1)侵蚀初期钙矾石和石膏填充于孔隙之间,试件质量增加;侵蚀后期,侵蚀产物膨胀应力超过混凝土结构内应力时,裂缝开始形成和扩展,混凝土受损严重,试件质量减小。2)适量粉煤灰提升了混凝土的抗蚀等级,其中以掺入20%粉煤灰提升效果最优;当粉煤灰掺入过量(25%)时,混凝土抗蚀等级下降。3)以耐蚀系数为损伤度建立Weibull分布函数抗蚀等级预测模型,能够较好地反映粉煤灰混凝土受侵蚀损伤劣化规律,各组模型相关度R2均在0.95以上,模型预测与试验数据误差率在15%以内,精度较高。

硫酸盐环境下MKPC浆体干湿循环制度设计及性能评价

为评价硫酸盐干湿循环耦合作用下磷酸钾镁水泥(MKPC)浆体的力学性能和物理性能,根据GB/T 3810.3—2016测试方法,通过真空保水和不同温度的真空烘干试验,设计出适用于MKPC浆体试件的干湿制度。遵循设计的干湿制度,测试MKPC试件在硫酸盐环境下进行不同干湿循环次数和全浸泡不同龄期的质量损失、强度变化。试验结果如下:经过反复试验,以相邻两次质量变化率<0.1%为标准,设计出MKPC试件1个干湿循环周期为72 h。MKPC试件在5%Na_(2)SO_(4)溶液干湿循环120次后其抗折强度、抗压强度较未干湿循环试件的强度分别下降24.44%、18.63%,质量损失为4.12%;在5%Na_(2)SO_(4)溶液浸泡360 d后,MKPC试件的抗折强度较未浸泡的强度下降1.23%,抗压强度较未浸泡的试件强度增加1.11%,质量损失为1.54%。因此,MKPC试件在干湿循环作用下对抗折强度变化和质量损失更加敏感。

掺矿渣粉水泥基材料抗干湿循环—硫酸盐侵蚀性能试验研究

为研究掺矿渣粉水泥基材料的抗干湿循环-硫酸盐侵蚀性能及作用机理,设计了3种矿渣粉掺量的水泥胶砂试件进行干湿循环-硫酸盐侵蚀试验,测定试件在不同侵蚀龄期下的抗蚀系数,观察其外观形态变化,并运用扫描电子显微镜观测其微观形貌。结果表明,干湿循环-硫酸盐侵蚀下,水泥基材料将受到钙矾石、石膏和十水硫酸盐晶体的叠加膨胀损伤,侵蚀破坏表现为试件抗蚀系数减小和出现剥落、砂集料外漏现象;因为矿渣粉的填充作用与火山灰效应大幅减缓了硫酸盐物理和化学侵蚀进程,所以掺矿渣粉能显著提高水泥基材料的抗干湿循环-硫酸盐侵蚀性能,其效果随着矿渣粉掺量的增加和水胶比的减小而增强。干旱区(新疆)在盐碱地中服役的混凝土结构,其水胶比宜小于0.40,矿渣粉掺量宜大于30%。将S75级矿渣粉应用于水工混凝土具有较好的实用性和经济性。

硫酸盐干湿循环作用下煤矸石喷射混凝土劣化机理

为促进高硫酸盐环境下煤矿地区煤矸石大规模利用,本文制备了不同煤矸石取代率的喷射混凝土,研究干湿循环作用下煤矸石对喷射混凝土抗硫酸盐侵蚀的影响规律,从表观形貌、质量损失率、相对动弹性模量、相对抗压强度、硫酸根离子分布演化和侵蚀前后微观形貌变化进行了研究,得到了煤矸石对喷射混凝土抗硫酸盐侵蚀的影响机理。结果表明,在硫酸盐干湿循环作用下,煤矸石喷射混凝土(CGS)的劣化过程分为强化阶段、初始损伤和宏观破坏三个阶段。CGS劣化程度受干湿循环次数和煤矸石取代率协同影响,25%(质量分数)取代率下CGS抗硫酸盐性能提升,当取代率超过25%后,CGS抗硫酸盐侵蚀能力随着取代率的增加而降低。研究成果可为CGS结构在矿下应用提供重要的理论支撑。

铁尾矿粉混凝土在荷载与硫酸盐干湿循环耦合作用下的性能劣化机理

铁尾矿粉作为矿物掺合料应用于混凝土有助于固废高值化利用和节能减排,而关于铁尾矿粉混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的研究,大多只考虑了单一条件或者加速条件环境,其在多种环境耦合下的劣化特征尚未得到探究.本文将铁尾矿粉作为矿物掺合料应用于混凝土中,以相对动弹性模量、质量损失率为性能指标,研究荷载-硫酸盐干湿循环耦合作用下铁尾矿粉混凝土劣化过程,探究铁尾矿粉掺量和荷载率对铁尾矿粉混凝土内部劣化的影响,结合扫描电镜(SEM)、X-ray衍射分析(XRD)、压汞(MIP)等微观手段揭示铁尾矿粉混凝土在耦合作用下损伤劣化机理.结果表明:适量铁尾矿粉的掺入有利于其与矿粉的协同水化作用,提高混凝土水化程度和基体密实度,减少硫酸根离子传输路径,提高混凝土抗硫酸盐侵蚀能力;荷载的施加使试块内部微裂纹宽度和数量增加,为硫酸根离子的进入提供更多渗透路径,加速铁尾矿粉混凝土损伤劣化过程;耦合作用使得铁尾矿粉混凝土内部损伤不断累积,在微观上表现为结构的疏松和裂缝的衍生扩展,在宏观上表现为力学性能的衰减和整体结构完整性的下降.

硫酸盐侵蚀-干湿循环下不锈钢纤维再生混凝土耐久性分析

由于我国黄河流域盐渍土地区含有高浓度SO_(4)^(2-),影响着在役混凝土的力学性能和耐久性,严重阻碍了再生混凝土(RAC)在工程中的应用。【目的】为快速研究黄河流域盐渍土地层含有高浓度SO_(4)^(2-)并伴随地下水入渗和蒸发的侵蚀特点,【方法】以304不锈钢纤维再生混凝土(304SSFRAC)为研究对象,以再生混凝土(RAC)和普通钢纤维再生混凝土(PFRAC)作对比,采用5%Na_(2)SO_(4)作为侵蚀溶液,开展硫酸盐侵蚀-干湿循环作用的室内耐久性快速试验,研究立方体抗压强度、相对动弹性模量和相对质量,并通过扫描电子显微镜(SEM)手段来表征304SSFRAC微观结构,最后采用Weibull函数建立耐久性退化模型来预测试件寿命。【结果】结果显示:在0~75次的循环周期内,试件立方体抗压强度、质量和动弹性模量有明显的增强,在75次循环后,试件表面出现微裂纹,各项性能指标开始下降;SEM微观观察到混凝土内部腐蚀产物包括钙矾石、石膏等晶体。通过Weibull函数建模可得到试件寿命,【结论】结果表明,试件寿命为304SSFRAC>PFRAC>RAC,体积掺量为2%的304SSFRAC在5%Na_(2)SO_(4)干湿循环下最长使用寿命可达到499次左右。

硫酸盐干湿循环侵蚀下破碎卵石机制砂水泥砂浆损伤特性的宏-微观研究

以质量变化率、单轴压缩试验为主,结合扫描电子显微镜技术(SEM)及X射线衍射仪技术(XRD)为辅的方法,在不同含量硫酸盐溶液和不同干湿循环侵蚀时间下,对不同石粉含量的水泥砂浆试件进行研究,从宏观和微观两方面分析了砂浆的侵蚀损伤机理。试验结果表明,随着硫酸盐干湿循环侵蚀时间从0d增加至63 d,水泥砂浆的质量变化率和抗压强度出现先增大后减小的趋势;在不同含量的硫酸盐侵蚀溶液中,随石粉含量的增加,水泥砂浆强度均出现先增大后减小的趋势;水泥砂浆的细观结构损伤程度在硫酸盐腐蚀发展过程中逐渐累积,空隙不规则出现在内部且越来越多,水泥砂浆内胶凝材料与硫酸盐发生化学反应生成钙矾石是造成水泥砂浆宏观性能劣化的主要原因。

硫酸盐-干湿循环与冻融复合作用对混凝土力学性能的影响

为研究硫酸盐-干湿循环与冻融复合作用下混凝土的力学性能退化规律,采用试验室加速腐蚀的方法,对混凝土试件进行轴心抗压试验,得到了不同干湿循环次数、混凝土强度和冻融循环次数下混凝土峰值应力、峰值应变及受压应力-应变曲线的变化规律,并对腐蚀后混凝土表观形态和微观形貌进行分析。结果表明:3∶1的干湿循环制度下硫酸钠主要发生物理结晶侵蚀;随着干湿循环次数增加,应力-应变曲线上升段斜率逐渐减小,峰值应力不断下降,峰值应变呈增大趋势;硫酸钠-干湿循环大大加快了冻融循环后试件的劣化速度,随着冻融循环次数增加,混凝土峰值应力逐渐减小,峰值应变逐渐增大。通过回归分析,建立了硫酸盐-干湿循环和冻融环境下混凝土应力-应变曲线方程,模型可为西部地区混凝土结构剩余寿命预测提供理论基础。

干湿循环与持续轴压荷载对水泥砂浆耐硫酸盐侵蚀性能的影响

为分析持续轴压荷载和干湿循环对水泥砂浆耐硫酸盐侵蚀性能的影响,通过宏-微观试验,对比不同工况下砂浆的表观现象、质量、膨胀率、强度的劣化特性并探究其侵蚀机理。结果表明:持续轴压荷载和干湿循环均显著加剧砂浆劣化,且应力越大影响越大;应力比0.4工况的砂浆线膨胀率最高增长0.67%,其抗压强度最大损失40.72%;干湿循环工况的砂浆线膨胀率最高增长0.43%,其抗压强度最大损失29.63%;较低持续轴压荷载前期减缓硫酸盐侵蚀而后期加剧,较高持续轴压荷载直接增多砂浆内部缺陷,加剧化学侵蚀,导致宏观性能大幅下降;干湿循环作用下硫酸盐结晶与钙矾石、石膏等腐蚀产物共同导致砂浆微观结构劣化和缺陷扩展,持续轴压荷载不改变硫酸盐的侵蚀机理,但显著影响侵蚀进程;二项式函数能够较好的描述砂浆硫酸盐抗压强度的劣化规律。研究成果可以为水工结构的耐久性评价与保护层设计提供指导和支撑。

冻融-干湿循环下硫酸盐渍土强度劣化的宏微观响应

冻融-干湿循环是引起硫酸盐渍土强度劣化的主要原因,而土体微观孔隙结构与强度之间有紧密的联系。通过无侧限抗压强度试验、压汞试验、电镜扫描(SEM)试验,采用全局优化法(UGO)分析数据,ImageJ2X处理SEM图像,探究了冻融-干湿循环下硫酸盐渍土强度劣化的宏微观响应关系。结果表明:①冻融-干湿循环作用下,无侧限抗压强度随含盐量呈现先增大后减小的变化趋势,当压实度较低时强度峰值对应的含盐量低;从孔隙分布得出,1~10μm的孔隙占比为强度劣化的阈值,当其占比>50%时强度出现劣化,且劣化现象不可逆。②冻融-干湿作用下的无侧限抗压强度值与微观参数的歪度、结构优度间存在相关性,无侧限抗压强度与歪度呈现正相关,与结构优度呈负相关,且结构优度比歪度对强度影响更加显著。③影响无侧限抗压强度宏观指标劣化程度的微观参数依次为结构优度、歪度、分选系数、平均孔喉半径。本研究从定量分析的层面探究了硫酸盐渍土的宏微观响应关系,为进一步研究盐渍土工程性质提供参考。

低温和干湿循环双重环境下水泥砂浆抗硫酸盐侵蚀试验研究%

结合我国西北地区实际情况,对低温、干湿循环双重环境下水泥砂浆抗硫酸盐侵蚀性能进行了试验研究。试验采用0.5和0.36两种水灰比,胶凝材料采用普通硅酸盐水泥、中抗硫酸盐硅酸盐水泥和在普通硅酸盐水泥中分别掺入15%矿粉+1%硅灰和15%矿粉+3%硅灰4种方案。结果表明:在低温、干湿循环双重环境作用下,化学侵蚀非常缓慢,砂浆的劣化主要是硫酸钠结晶导致的;降低水灰比能显著提高水泥砂浆抵抗硫酸盐侵蚀的性能;使用抗硫酸盐硅酸盐水泥能在一定程度上改善抗侵蚀性能;不同水灰比下,复掺矿粉和硅灰会表现出不同的效果,在低水灰比情况下能提高抗侵蚀性能,在高水灰比下反而会降低抗侵蚀性能。研究结果可为低温和干湿循环双重环境下的工程建设提供参考。

低温(10℃)-干湿循环下水泥砂浆抗硫酸盐侵蚀试验研究

在低温(10℃)-干湿循环双重环境下,对不同水灰比不同胶凝材料方案的水泥砂浆试件的抗硫酸盐侵蚀性能进行了试验研究,其中水灰比采用0.5和0.36,胶凝材料分别为普通硅酸盐水泥、中抗硫酸盐硅酸盐水泥和在普通硅酸盐水泥中分别掺入15%矿粉+1%硅灰和15%矿粉+3%硅灰。结果表明:在低温(10℃)-干湿循环双重条件下,既存在化学侵蚀又存在物理侵蚀,但是以物理侵蚀为主;通过降低水灰比或者使用抗硫酸盐硅酸盐水泥能显著提高砂浆抗硫酸盐侵蚀性能;在不同的水灰比下,复掺矿粉和硅灰会得到不同的效果,在低水灰比时能提高抗硫酸盐侵蚀的性能,在高水灰比时反而会降低抗硫酸盐侵蚀的性能。

干湿循环作用下PVA-FRCC抗硫酸盐侵蚀性能研究

本文对干湿循环作用下聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料(Polyvinyl alcohol fiber reinforced cementitious composites,简写为PVA-FRCC)的抗硫酸钠侵蚀性能进行了试验研究。结果表明干湿循环侵蚀过程中,纤维掺量大于1%时,PVA-FRCC的抗硫酸钠侵蚀性能明显得到改善;粉煤灰掺量在50%之内时,PVA-FRCC的抗硫酸钠侵蚀性能随掺量的增大改善效果明显。

沿海地区硫酸盐侵蚀环境下地聚物混凝土力学性能探究

为深入分析沿海地区硫酸盐侵蚀环境对地聚物混凝土抗压强度以及应力-应变曲线的影响,文章利用室内试验的方法进行测试分析。结果表明,干湿循环条件下地聚物混凝土应力-应变曲线总体表现出线性增长(弹性变形)、减速增长(弹塑性变形)和缓慢下降(断裂破碎)变化特征,试件抗压强度、残余应力和峰值应力均随干湿循环次数的增加逐渐减少,这说明硫酸盐侵蚀会引起强度损失和基体内部损伤。研究成果可以为准确计算和预测地聚物混凝土在特定环境下的力学性能,为相应工程设计和维护等提供有力支撑。

干湿循环-硫酸盐侵蚀对钢纤维SCC弯曲性能的影响研究

通过四点弯曲梁试验,研究了钢纤维体积分数(Vf)和30次干湿循环-硫酸盐侵蚀对钢纤维SCC荷载-挠度曲线(F-δ曲线)和特征参数的影响及作用机理。研究表明,随着Vf增加,F-δ曲线的饱满度增加,荷载软化阶段拐点的荷载和挠度明显提高。循环侵蚀前后钢纤维SCC的峰值挠度随Vf增加而增加,侵蚀后峰值挠度明显降低;Vf为1.00%时,侵蚀前后较基准SCC-0分别提高118%和58%,侵蚀后降低25%。侵蚀前SCC的等效弯曲强度fe随Vf增加而提高,侵蚀后则呈升高后降低的趋势,Vf为0.75%达到最高,均明显高于基准SCC-0,说明钢纤维有效改善了SCC的弯曲韧性;Vf不大于0.75%时,侵蚀后SCC的fe略有提高。侵蚀前后SCC断面SEM图片显示,未侵蚀SCC结构致密,经30次干湿循环-硫酸盐侵蚀后局部区域生成大量密集交错的针状AFt晶体束,部分区域可见疏松和多裂纹结构,说明侵蚀作用改变了SCC的水化产物和孔结构。

干湿循环作用下混凝土硫酸盐侵蚀劣化机理试验研究

通过微观和宏观观测综合研究不同配比混凝土在干湿循环作用下受硫酸盐侵蚀的劣化规律,设计4个W/C:0.57、0.44、0.35、0.28,对应从普通强度到高强混凝土。微观观测包括用热分析方法进行侵蚀产物分析和用改进硫酸钡重量法(化学滴定法)测量由表及里不同深度处硫酸根含量,宏观观测主要包括抗压强度、劈裂抗拉强度等基本力学性能。试验结果表明:干湿循环作用下,湿状态下混凝土受到钙矾石、石膏等膨胀性侵蚀产物的作用,干状态下又叠加由蒸发作用引起的盐结晶压力的损伤;与普通强度混凝土相比,高强混凝土的W/C小并掺有适量的减水剂,孔隙结构得到优化,使得湿状态下硫酸根传输受阻,干状态下结晶条件遭到一定程度破坏,导致混凝土受侵层厚度明显降低,表现为宏观上的强度劣化程度较轻,表明高强混凝土具有较强的抵抗硫酸盐侵蚀能力。

干湿循环条件下混凝土硫酸盐侵蚀损伤分析

干湿循环加剧了混凝土的硫酸盐侵蚀作用。采用超声平测法可测出混凝土的损伤层厚度,进而可对混凝土的损伤情况做出评估。本文考察了硫酸钠溶液浓度对干湿循环和硫酸盐侵蚀共同作用时混凝土损伤的影响。研究结果显示:随着干湿循环次数的增加,混凝土损伤不断加重,表现为损伤层厚度加大,混凝土损伤层中的超声波传播速度降低,且降低的速度逐渐加快;浓度越高,混凝土的损伤越严重。