硅灰对水泥胶砂耐硫酸侵蚀性能影响的试验研究

为更好地研究硅灰对水泥胶砂耐硫酸侵蚀性能的影响,本文将硅灰按不同配合比进行试验,将水泥胶砂置于pH=1的硫酸侵蚀环境中。通过探究试样的外观、质量损失率、抗压强度损失率、硫酸侵蚀下的生成物、微观结构,并结合相关理论分析了硅灰对水泥胶砂抗硫酸侵蚀作用的影响。实验研究表明:随着硅灰掺量的增加,水泥胶砂的抗硫酸侵蚀能力增强,XRD(x-ray diffraction)衍射表明,在硫酸侵蚀下表面生成物为二水石膏(CaSO_(4)·2H_(2)O),反应时会消耗Ca(OH)_(2),同时也会产生一定的体积膨胀;SEM(scanning electron microscope)检测表明,掺入硅灰可以提高试样的密实度,从而提高水泥胶砂的抗硫酸侵蚀性能。从宏观和微观角度综合来看,硅灰掺量为15%时的抗硫酸侵蚀性能最好。

硫酸侵蚀碳酸盐岩对长江河水DIC循环的影响

对长江及其主要支流河水水化学和溶解无机碳(DIC)同位素组成(δ13CDIC)进行了研究。河水阳离子组成以Ca2+、Mg2+为主,阴离子以HCO 3-、SO42-为主,水化学组成主要受流域碳酸盐岩矿物的化学侵蚀控制。DIC含量为0.3～2.5 mmol/L,从上游到河口逐渐降低。δ13CDIC值为-12.0‰～-3.4‰,与DIC含量具有相似的变化趋势。H2CO3溶解碳酸盐岩是控制河水DIC来源及其δ13CDIC组成的主要机制。H2SO4溶解碳酸盐岩加剧了流域碳酸盐岩的化学侵蚀,一方面导致了河水的DIC含量增加,另一方面也使河水的δ13CDIC值升高。

电阻率法研究硫酸侵蚀水泥土的胶结系数

基于Archie法则,通过试验计算出水泥土试块受不同浓度硫酸溶液侵蚀后的胶结系数,研究了水泥土基本物理参数、电阻率参数同胶结系数之间的关系,最后对硫酸侵蚀水泥土的化学机理进行了浅析。研究表明,受硫酸侵蚀后,胶结系数随着硫酸溶液质量浓度的增加而增加,含水量、孔隙率、孔隙比、水泥土电阻率均随着胶结系数的增加而减小,它们呈线性关系,具有较高的相关性,化学反应是导致胶结系数发生改变的根本原因。

原状铅锌尾矿地聚物抗硫酸侵蚀性能研究

进行了振实成型铅锌尾矿地聚物在三种不同浓度的硫酸溶液(0.5 wt%、1 wt%、3 wt%)中的侵蚀试验,计算了质量损失率和强度变化,并对典型试样进行了FT-IR、XRD、SEM微观分析。结果发现:铅锌尾矿地聚物试样在不同浓度硫酸溶液中质量损失率、抗压强度均随浸泡龄期的增加表现出先增长后下降的趋势。硫酸侵蚀下,凝胶由无定形相向晶相结构转变,地聚合物体系内平衡电荷如Na^(+)、K^(+)、Ca^(2+)被H+置换导致地聚物凝胶脱铝三维网络状结构遭到破坏。

抗硫酸侵蚀防腐剂对混凝土性能影响研究及其作用机理的探讨

本文通过将SSP型抗硫酸盐侵蚀防腐剂与普通硅酸盐水泥复合,用于混凝土试验中,研究其对混凝土工作性能、抗压强度以及耐久性能的影响。同时,通过采用化学结合水和SEM试验,对SSP型防腐剂在混凝土中的作用机理进行分析研究。试验结果表明:在混凝土中掺入SSP型抗硫酸盐侵蚀防腐剂,混凝土不仅工作性能好、抗压强度值高,而且抗氯离子渗透、抗硫酸盐溶液侵蚀性能优良;SSP型抗硫酸盐侵蚀防腐剂的掺入,能够提高混凝土各个龄期的化学结合水含量,促进水泥基胶凝材料的水化进程,生成较多的细针状、棒状的AFt和不规则扁平粒子的C-SH凝胶,使得结构更加致密,提高混凝土综合性能。

硫酸盐对混凝土侵蚀过程的细观数值分析

硫酸盐侵蚀作为混凝土耐久性损伤的一个重要方面,日益受到人们的普遍关注。根据Fick第二定律和化学反应动力方程,建立了细观层面硫酸盐对混凝土侵蚀过程的数值分析方法。以混凝土随机凸多边形骨料模型为基础,利用Matlab程序对有限元软件进行二次开发,建立了基于扩散-化学反应的硫酸盐对混凝土侵蚀过程的细观数值分析方法,并与试验结果进行了对比。结果表明:硫酸盐侵蚀过程细观数值方法得到的模拟结果与试验结果吻合较好,可以有效模拟硫酸盐对混凝土的侵蚀过程;距混凝土表面一定深度范围内,SO_(4)^(2-)浓度随表面SO_(4)^(2-)浓度的提高而增加;砂浆中SO_(4)^(2-)扩散系数是影响混凝土内SO_(4)^(2-)最大侵蚀深度的主要因素;界面过渡区厚度对硫酸盐环境中混凝土损伤的影响较小。

冻融与硫酸盐侵蚀共同作用对再生混凝土的复合损伤研究

对于不同取代率再生混凝土在冻融循环与硫酸盐侵蚀耦合作用下的损伤,采用快冻法,对再生粗骨料取代率为0、30%、50%和100%的再生混凝土进行试验。试验测试了混凝土的质量损失、相对动弹性模量、立方体抗压强度,并利用电子显微镜和X射线衍射等方法分析混凝土的微观结构及侵蚀产物。试验结果表明:再生粗骨料对混凝土耐久性影响巨大,随着取代率的提高,再生混凝土的性能随冻融循环次数的增加逐渐下降,硫酸盐在一定程度上减缓了混凝土的劣化,冻融循环是混凝土劣化的主要原因,并提出了盐胀与冻胀、静水压及化学腐蚀复合作用下的损伤机理。

石墨烯纳米片增强水泥砂浆的抗氯离子扩散和抗硫酸盐侵蚀性能

本工作研究了石墨烯纳米片(GNP)对水泥砂浆抗氯离子扩散性能和抗硫酸盐侵蚀性能的影响,并采用热重分析法、压汞分析法、X射线衍射、扫描电镜和能谱分析对GNP复合水泥砂浆的微观形貌和水化产物类别进行了表征,解释了GNP增强水泥砂浆抗氯离子扩散性能和抗硫酸盐侵蚀性能的机理。结果表明:与普通水泥砂浆相比,掺入0.1%水泥质量的GNP后,水泥砂浆的28 d抗压、抗折强度分别提高了11.1%和12.7%,表面氯离子浓度和扩散系数分别减小了36.8%和11.3%,经硫酸盐侵蚀后质量损失率为0.44%,抗蚀系数提升至0.9;GNP对水泥水化的产物类别没有影响,但GNP可以促进水泥的水化反应并细化水泥砂浆中的孔径;GNP作为水泥中的纳米添加材料能够填充在水泥熟料附近,使水泥砂浆的微观结构更为密实,且GNP较大的比表面积和二维板状结构也可以成为腐蚀离子的物理屏障。

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。

低温环境下含石灰石粉水泥基材料抗硫酸盐侵蚀性能研究

为提升低温硫酸盐环境下含石灰石粉水泥基材料的抗硫酸盐侵蚀性能,采用脉冲电场加速硫酸盐侵蚀,通过观测试件外观形貌变化及利用XRD和FT-IR测定腐蚀物微观组分,对掺不同矿物掺合料的含石灰石粉水泥基材料抗硫酸盐侵蚀性能及机理开展研究。结果表明:掺加矿物掺合料可在不同程度上改善含石灰石粉水泥基材料的低温抗硫酸盐侵蚀性能,且复掺较单掺时的整体侵蚀抑制效果更加显著,但需满足矿物掺合料的最低掺量要求;建议单掺时水泥基材料中粉煤灰或矿粉的质量占比应分别不低于30%和50%,复掺时粉煤灰与矿粉的质量占比为50%~70%,且二者质量比以1.0∶1.5~1.0∶2.5为宜。此外,含石灰石粉水泥基材料在发生碳硫硅钙石型硫酸盐侵蚀(TSA)过程中,碳硫硅钙石衍射峰主要由钙矾石衍射峰右移后形成,表明其生成以钙矾石转化为主。因此,有效抑制钙矾石的生成是抑制含石灰石粉水泥基材料发生TSA的重点。

玄武岩纤维混凝土抗硫酸盐侵蚀性能研究

为探究掺玄武岩纤维混凝土抗硫酸盐侵蚀性能,在混凝土试件中分别掺入体积掺量为0、0.1%、0.2%、0.3%的玄武岩纤维,以试件的外观、质量损失率和抗压强度为主要评价指标,进行了不同侵蚀环境下玄武岩纤维混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能试验研究。研究结果表明:体积掺量为0.2%的试件在质量损失率、抗压强度方面表现最佳,而体积掺量为0.1%的试件抗折强度增幅最大;干湿循环条件下试件的外观、质量和抗压强度波动幅度较自然侵蚀环境下更大,且干湿周期越短侵蚀程度越严重;试件的微观结构分析发现,侵蚀前混凝土试件内部因水泥水化作用,存在少量C-S-H(水化硅酸钙)、Ca(OH)2等水化产物,掺入玄武岩纤维后使混凝土内部黏结十分紧密,试件内部裂缝发育较缓,减少了侵蚀产物的生成,一定程度上提高了混凝土的力学性能。

氯盐与硫酸盐复合侵蚀下钢筋混凝土锈裂行为

为评估海洋、盐湖等环境中钢筋混凝土结构耐久性,通过试验与理论相结合探究氯盐与硫酸盐复合侵蚀下钢筋混凝土锈裂特性。通电腐蚀5%(质量分数)NaCl、5%NaCl+5%Na_(2)SO_(4)溶液中钢筋混凝土试件,对比分析混凝土表观形貌、钢筋锈蚀特征。设计伴随的混凝土腐蚀试验,类比保护层腐蚀劣化,分析混凝土力学性能。结果表明:硫酸盐的存在改变胀裂前混凝土形貌,使得单一氯盐侵蚀下的“白须”消失,表面粉化并出现盐结晶,延长胀裂时间;复合侵蚀下钢筋锈蚀率低于单一氯盐侵蚀,二者均显著低于法拉第定律理论值;锈胀裂缝宽度与钢筋锈蚀率线性相关,硫酸盐的存在增大裂缝随钢筋锈蚀发展的速率;通电环境中,受腐蚀混凝土的抗压强度先升高后降低,劈裂抗拉强度不断降低。提出受腐蚀混凝土的抗拉强度演化经验公式。在经典锈胀模型的基础上考虑锈蚀产物对裂缝的填充作用,并将硫酸盐的影响考虑至混凝土抗拉强度、钢筋腐蚀电流密度中,建立复合侵蚀下钢筋混凝土胀裂时间预测模型,并验证了模型的有效性。

混凝土硫酸盐侵蚀化学热力学和多尺度研究进展

总结了混凝土硫酸盐侵蚀在基于化学热力学理论、微观-细观结构分析、宏观性能、多尺度分析与建模等方面的研究成果,指出现有研究多基于微观、细观和宏观的单一尺度分析混凝土硫酸盐侵蚀性能劣化,有关混凝土硫酸盐侵蚀的跨尺度和跨层次耦合关联等方面研究极少,传统混凝土硫酸盐侵蚀损伤评价指标、表征方法和量化参数难充分反映硫酸盐侵蚀损伤的多样性。基于化学热力学和多尺度理论开展混凝土硫酸盐侵蚀损伤和动态演化研究更具现实意义。

硫酸盐侵蚀环境下水泥基胶砂试件抗折抗蚀系数计算模型

针对硫酸盐侵蚀环境下10 mm×10 mm×60 mm规格的水泥基胶砂试件因试验材料及环境的微小变化引起数据离散的问题,开展硫酸盐侵蚀环境下水泥基胶砂试件抗折抗蚀系数计算模型研究。综合考虑水胶比、掺合料掺量、硫酸盐浓度等因素,提出用状态时变参数来表征其时变影响,推导并建立水泥基胶砂试件抗折抗蚀系数计算模型。通过浸泡抗侵蚀试验(K法)分别测试不同水胶比、粉煤灰掺量、硫酸盐浓度以及侵蚀龄期下的水泥基胶砂试件抗折强度并计算抗蚀系数,同时对相关文献的抗蚀系数进行预测。结果表明:模型计算值与试验实测值综合平均误差为3.1%,两值之间无显著差异且模型预测为无偏估计;模型计算值与相关文献实测值的综合平均误差为6.5%。该模型具有良好的适用性及普适性,可为内陆干旱地区混凝土抗硫酸盐侵蚀性能研究提供参考。

石墨烯掺量对砂浆用丙烯酸涂层耐硫酸镁侵蚀性能的影响

为改善丙烯酸涂层对水泥混凝土的保护能力,将石墨烯作为功能填料掺入丙烯酸涂层中,在水泥砂浆立方体试块表面制备了石墨烯改性丙烯酸复合涂层。考察了涂层中石墨烯掺量和砂浆试块制备过程中的水灰比对水泥砂浆耐硫酸镁侵蚀性能的影响,优化防护涂层组成设计。结果表明:随涂层中石墨烯掺量的提高,硫酸镁侵蚀导致的砂浆试块的质量增加率和强度损失率均显著减小,但石墨烯掺量过高时,质量增加率和强度损失率反而升高;石墨烯最佳掺量推荐为0.4%(质量分数),该掺量对不同水灰比砂浆试块的耐硫酸镁腐蚀性能均表现出较好的改善效果,但较低的水灰比(0.4)有利于砂浆试块的成型,提高其耐硫酸镁腐蚀性能。

硫酸盐侵蚀下现浇混凝土耐腐蚀及力学性能试验

为了提高强硫酸盐渍土地区现浇混凝土的抗腐蚀性能,开展了煅烧偏高岭土等质量替代水泥比例为0、5%、15%、25%、50%的现浇混凝土试件,分别在清水、5%Na_(2)SO_(4)、10%Na_(2)SO_(4)和10%Na_(2)SO_(4)+10%NaCl溶液中的长期浸泡试验,分析了试件在1 d、3 d、7 d、14 d、28 d和90 d龄期时的抗折强度、抗压强度、相对动弹性模量、质量损失率、体积膨胀率和有效孔隙率的变化规律。研究结果表明:(1)掺入煅烧偏高岭土可提高现浇混凝土的抗折强度、抗压强度和抗腐蚀性能,掺量为25%时,试件的抗折强度和抗压强度最高,相对动弹性模量变化最稳定,抗硫酸盐侵蚀性能最好。(2)煅烧偏高岭土可以改善混凝土的内部孔隙结构,降低现浇混凝土的有效孔隙率和质量损失率,使试件的体积稳定性明显提高。研究成果可为煅烧偏高岭土提升现浇混凝土在强硫酸盐渍土地区的工程应用提供一定的理论基础。

养护条件对混凝土力学性能及抗硫酸盐侵蚀性能的影响

针对新疆盐渍环境及高温干旱气候条件下混凝土普遍存在的硫酸盐侵蚀问题,研究了不同养护条件[标准养护、自然条件下内养护、(40±2)℃恒温内养护]对混凝土力学及抗硫酸盐侵蚀性能的影响,进行了混凝土的抗压强度、干湿循环硫酸盐侵蚀试验,计算了质量损失率及耐蚀系数。结果表明:SAP内养护可以在一定程度上改善混凝土的抗压强度,且可以延缓干湿循环硫酸盐侵蚀对混凝土的腐蚀破坏;混凝土的耐蚀系数与质量损失率之间有显著的负相关性,随着耐蚀系数的降低,混凝土的质量损失率增加。

CaCl_(2)与BaCl_(2)复配对水泥浆抗负温劣化和硫酸盐侵蚀的试验研究

随着我国“西部大开发”和“一带一路”发展战略的深入推动,冻土区施工日渐增多,负温劣化和硫酸盐侵蚀对水泥浆性能的负面影响给工程建设带来了安全隐患。通过-20℃恒温无预养水泥浆水化试验,利用XRD、SEM、TG、CT和力学测试等手段对水泥浆水化产物、孔隙结构、力学性质等进行分析,综合评价了CaCl_(2)-BaCl_(2)复配使用对水泥浆在负温和硫酸盐环境下水化性能的影响。试验结果表明:相比于单一使用CaCl_(2),添加BaCl_(2)不仅可以促进水泥浆水化程度,还可与SO_(4)^(2-)反应,减少高硫型水化硫铝酸钙(又称钙矾石,AFt)的生成,提升水泥浆抗硫酸盐侵蚀能力;CaCl_(2)-BaCl_(2)复配使用时BaCl_(2)的合理掺量为10wt%~15wt%,此时水泥浆具有相对最优的水化产物、孔隙结构和力学性质,其抗负温劣化和抗硫酸盐侵蚀能力也得到了显著提高。该研究结果可为冻土区工程建设提供理论参考和技术借鉴。

矿化煤矸石混凝土抗硫酸盐侵蚀性能

为研究微生物菌液浓度、尿素浓度、钙离子浓度、煤矸石取代率对矿化煤矸石混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的影响,开展4因素3水平正交试验。结果表明:微生物矿化技术可显著提升煤矸石混凝土力学性能,煤矸石混凝土强度影响排序为煤矸石取代率>菌液浓度>钙离子浓度>尿素浓度,微生物矿化煤矸石混凝土力学性能和抗硫酸盐侵蚀性能的最优配比为:菌液浓度4×10^(8) cells/mL、尿素浓度0.9 mol/L、钙离子浓度0.2 mol/L、煤矸石取代率30%;硫酸盐与水化产物反应生成钙矾石是硫酸盐干湿循环前期质量和抗压强度提升的主要原因,也是后期表观形态盐化、体积膨胀、鼓包掉落、强度降低的主要原因。研究成果可为微生物矿化煤矸石混凝土力学和耐久性提供试验依据。

磷酸基地聚合物抗硫酸盐侵蚀及耐高温性研究

为制得一种高耐久、低p H值且能够对裂隙和碎岩有效支护的密封/加固材料,以偏高岭土为前驱体原材料,磷酸和磷酸二氢铝(ADP)为激发剂制备了磷酸基地质聚合物。分析了地质聚合物试样的抗硫酸盐侵蚀性能,并检测不同温度煅烧后试样的抗压强度及相应物相和微观形貌的变化,以评价其耐高温性能。结果表明,磷酸基地质聚合物具有较好的抗硫酸盐侵蚀性,在10%硫酸钠溶液中浸泡不同龄期后抗压抗蚀系数均高于1.0。此外,地质聚合物具有良好的耐高温性能,经150℃煅烧1 h后,A100试样的抗压强度较煅烧前增加30.4%,经1 050℃煅烧1 h后不同组别试样的抗压强度仍保持在15 MPa以上。