通过自行设计的离子空间传输试验装置,分析研究了硫酸盐和氯盐的空间传输性能,并通过测试硫酸盐和氯盐共存时产物的组成和形貌,分析硫酸根离子对氯离子固化行为的影响。结果表明,在SO42-与Cl-共存的情况下,Cl-在不同时间和空间传输量较纯溶液时均有减小,说明SO42-会阻碍Cl-的传输;SO42-与Cl-均可与水泥基材料的水化产物发生反应,其中SO42-反应生成AFt,Cl-反应生成Friedel盐,当两者共存时,Friedel盐生成量减少,说明SO42-会减弱Cl-的固化能力,从而减弱混凝土结构中氯盐的腐蚀破坏程度。

为了确定同时受硫酸盐强腐蚀作用和氯离子强腐蚀作用的钻孔灌注桩混凝土的水泥品种,考察了普通硅酸盐水泥、高抗硫水泥及Ⅱ型硅酸盐水泥对钻孔灌注桩混凝土的耐久性影响。分别研究了评价抗硫酸盐侵蚀性能的抗压强度耐蚀系数、砂浆膨胀系数和砂浆抗折强度抗蚀系数,以及评价抗氯离子侵蚀性能的氯离子迁移系数、氯离子扩散系数和电通量。结果表明,与采用普通硅酸盐水泥相比,采用高抗硫水泥与Ⅱ型硅酸水泥的混凝土抗硫酸盐侵蚀性能没有明显提高;普硅水泥混凝土的抗氯离子侵蚀性能要优于高抗硫水泥混凝土和Ⅱ型硅酸盐水泥混凝土。在硫酸盐与氯离子双重强腐蚀作用下,普硅水泥制备的高性能钻孔灌注桩混凝土具有良好的耐久性。

硫酸盐溶液在混凝土中的传输速率是造成硫酸盐对混凝土侵蚀破坏的主要控制因素,硫酸盐溶液在混凝土中传输速率越大,单位时间内进入混凝土中的硫酸盐溶液越多,溶液中水分蒸发速率越快,则对混凝土造成的侵蚀就越显著。通过试验研究了毛细作用下硫酸盐溶液在水泥基材料中传输的影响因素。试验结果表明,低水灰比条件下水泥砂浆的硫酸盐溶液的传输能力显著降低;掺入适量的超细矿渣粉和粉煤灰可以改善水泥砂浆的抗渗性能;在相同浓度下,水泥基材料对硫酸钠的吸附能力最强,硫酸铵次之,硫酸镁最弱。

基于已有混凝土耐久性研究成果,通过建立砂浆在硫酸盐溶液作用下的两阶段三区域蚀强模型,推导出了双阶段的抗腐蚀系数公式,并采用双折线的强度损失率对系数的表达进行了简化,该系数可以充分考虑硫酸盐浓度、腐蚀时间、腐蚀扩散程度以及试件尺寸等因素对砂浆力学性能的影响。通过结合试验结果和参数的具体分析得出:该系数模型具有较强的适用性,可准确有效地评估硫酸盐作用下混凝土及砂浆腐蚀程度,且所采用的简化方法不仅能满足结果的精确性要求,同时对于公式的表达与最终参数的拟合更加简便与高效。

为了考察硫酸盐环境下CFRP-混凝土界面黏结性能的退化规律,开展了162块CFRP-混凝土试件的单剪试验,研究了混凝土黏结面粗糙程度、混凝土强度等级、腐蚀龄期对CFRP-混凝土界面极限荷载、最大滑移量、黏结强度、断裂能的影响,并基于SEM扫描电镜技术分析了界面破坏机理。结果表明,混凝土强度从C30提升至C50,极限荷载上升幅度在1%~7%不等,总体上混凝土强度等级对提高界面黏结性能的影响不明显;硫酸盐环境下,环氧树脂胶体能较好的保护CFRP黏结区域;随着腐蚀龄期的增长,CFRP-混凝土界面的黏结性呈先增高后降低的趋势,增强点出现在第7天,30 d后界面极限荷载呈高速下降趋势;界面能在7 d时达到最大,随后逐渐降低;硫酸钠晶体的膨胀劣化是影响CFRP-混凝土界面黏结性能的主要因素。

为了评价活性粉末混凝土耐硫酸盐和冻融循环耦合破坏作用的性能,本文通过试验测定了不同耦合循环次数下,普硅活性粉末混凝土(P)和高抗活性粉末混凝土(GP)的质量损失率、相对动弹性模量、抗压强度和抗压强度耐腐蚀性系数等物理力学性能指标,并研究了粉煤灰和矿粉替代量对活性粉末混凝土耐硫酸盐和冻融循环耦合破坏作用的影响。试验结果表明,P和GP的质量损失率随耦合循环次数的变化幅度较小,而相对动弹性模量、抗压强度和抗压强度耐腐蚀性系数都随耦合循环次数的增大出现先增大后减小的趋势,当耦合循环次数分别为9次和6次时,P和GP的抗压强度分别达到最大值168.65MPa和157.69MPa;粉煤灰的掺入能明显改善混凝土的耐硫酸盐和冻融循环耦合破坏作用,且当掺量为30%时改善效果最好;矿粉的加入也能改善混凝土的耐硫酸盐和冻融循环耦合破坏作用;相...

研究了在干湿循环作用下,硫酸根离子在再生混凝土中的传输规律。采用分光光度计法定量表征不同深度处的水溶硫酸根离子浓度,研究再生粗骨料取代率(0,30%,50%,70%,100%)、矿物掺合料、水胶比、腐蚀龄期及干湿循环制度对其传输规律的影响。结果表明,再生粗骨料的掺入对硫酸盐传输有较为明显的影响。试验还表明,硫酸盐-干湿循环耦合作用下,粉煤灰和矿粉等矿物掺合料可阻碍硫酸根离子在再生混凝土中的传输,再生混凝土水胶比越小其水溶硫酸根离子浓度越小。随着腐蚀龄期增长,再生混凝土水溶硫酸根离子浓度大幅增加。与单一盐溶液侵蚀相比,干湿循环加剧了硫酸根离子在再生混凝土中的传输,其水溶硫酸根离子浓度随着循环次数的增加而增大。

研究了干湿交替-硫酸盐溶液耦合作用下混凝土的损伤过程,以混凝土相对动弹性模量的变化来表征混凝土内部的损伤程度。采用环境扫描电镜(ESEM)分析了干湿交替与硫酸钠溶液作用下混凝土的微观结构。结果表明,与自然浸泡硫酸盐溶液腐蚀方式相比,干湿交替作用加剧了混凝土在硫酸盐溶液中的损伤程度;干湿循环早期,硫酸盐对混凝土有填充空隙缺陷的作用。同时试验表明,水胶比对混凝土的相对动弹性模量有重要影响;矿物掺合料的加入能显著提高混凝土的抗硫酸盐侵蚀能力。

研究了氯盐和硫酸盐在干湿循环以及冻融环境条件下,普通混凝土与耐腐蚀混凝土的抗盐侵蚀性能。试验结果表明,由于硫酸盐的存在,在侵蚀早期混凝土强度被提高,混凝土中氯离子的侵蚀浓度被降低;随着侵蚀龄期的延长,这种影响逐步降低,混凝土性能开始劣化,氯离子逐步向混凝土内部渗透。盐冻试验结果表明,相比于低温对混凝土氯离子扩散的抑制作用,冻融损伤对混凝土氯离子扩散的加速作用占主导地位。耐腐蚀混凝土显著提高了钢筋混凝土的抗盐侵蚀性能。

通过分析混凝土表观变化形态、抗压强度和相对动弹性模量随冻融循环次数变化的规律,讨论了不同粉煤灰掺量混凝土(0、10%、20%)与5%Na2SO4溶液耦合作用下的损伤劣化机理。借助SEM和XRD技术研究了混凝土微观结构和侵蚀产物发展演化规律,并综合热分析技术定量分析了不同粉煤灰掺量对混凝土抗冻融与硫酸盐复合侵蚀能力的影响。结果表明:在冻融试验终止时,10%、20%粉煤灰掺量混凝土强度损失率分别为60.36%、83.67%,10%粉煤灰掺量相对于20%粉煤灰掺量混凝土具有良好的抗冻性。在冻融循环100次前,混凝土试样相对动弹模量一直处于递增状态。在硫酸盐侵蚀条件下,混凝土中钙矾石含量要多于石膏。在冻融循环50次时,不同粉煤灰掺量混凝土试样中侵蚀产物含量大小排序为:20%粉煤灰>未掺粉煤灰>10%粉煤灰。