氯盐侵蚀和冻融循环耦合作用下保温混凝土的耐久性

首先从氯离子侵蚀混凝土传输的机理、扩散机制、对流机制、渗透机制、毛细吸附作用和迁移机制进行了研究;其次从氯盐侵蚀速率常用的两个计算模型fick定律计算模型、darcy定律的计算模型进行研究;最后从试验角度论证了混凝土微环境对氯离子侵蚀的影响规律,证明了:混凝土微环境温度升高,提高氯离子活跃度,使氯离子运动速度加快,加速侵蚀混凝土。混凝土微环境相对湿度(空隙水饱和度)提高,在温度不变的情况下,混凝土空隙水分增多会减小阻止氯离子传输能力,加速侵蚀混凝土。并对其他影响因素进行了浅析研究。

以青海德香高速公路大桥桥墩混凝土为依托,对其沿线主要易溶盐含量进行分析,通过室内模拟实验,配制了7种腐蚀溶液,并设计四种配合比混凝土,通过外观形貌、质量损失率和相对动弹模量三方面研究冻融循环作用下,盐分对混凝土耐久性的影响。结果表明:盐蚀-冻融循环作用下,单一盐类如na2so4、mgso4、nacl溶液对混凝土破坏形式和程度均不相同;上述几种盐的复合溶液对混凝土的破坏同时存在促进和抑制作用,即在低浓度盐溶液中,盐分加剧混凝土的冻融损伤,在高浓度盐溶液中,溶液冰点很低,缓解了混凝土冻融损伤。

为研究冻融循环与硫酸盐侵蚀双因素耦合作用下混凝土的耐久性及其演变规律,分别通过混凝土单因素冻融循环试验、单因素硫酸盐侵蚀试验、硫酸盐侵蚀与冻融循环双因素耦合试验,分析各种因素下混凝土耐久性的劣化机理。试验结果表明:在单因素冻融循环、单因素硫酸盐侵蚀及硫酸盐侵蚀与冻融循环双因素耦合作用下,混凝土的质量均表现为先增大后逐渐减小；而混凝土的相对动弹性模量在单因素冻融循环作用下随着冻融循环次数逐渐减小,在单因素硫酸盐侵蚀、硫酸盐侵蚀与冻融循环双因素耦合作用下表现为先增加后减小,且经过60次单因素硫酸盐侵蚀作用后,混凝土的质量损伤率达到最小值,相对动弹性模量达到最大值。与单因素下两种侵蚀的损伤相比,双因素耦合作用对混凝土的损伤大于单因素损伤的叠加效果。

为了研究除冰盐环境下聚丙烯纤维混凝土的耐久性能,采用干湿交替与盐冻循环方式模拟除冰盐环境,分析纤维混凝土的物理力学性能、质量损失、动弹模损失、氯离子含量分布及微观结构.结果表明,纤维混凝土在除冰盐环境下的抗折强度、质量及动弹模的损失率随纤维掺量增加而减少;纤维掺量为0.1%的试件内部致密,随纤维掺量继续增大,试件的抗氯离子侵蚀能力减弱;试件表面氯离子富集区随循环次数增加而向内迁移;氯离子扩散系数随干湿交替次数增加而减小,随盐冻循环次数增加而增大.

为了研究除冰盐环境下聚丙烯纤维混凝土的耐久性能,采用干湿交替与盐冻循环方式模拟除冰盐环境,分析纤维混凝土的物理力学性能、质量损失、动弹模损失、氯离子含量分布及微观结构.结果表明,纤维混凝土在除冰盐环境下的抗折强度、质量及动弹模的损失率随纤维掺量增加而减少;纤维掺量为0.1%的试件内部致密,随纤维掺量继续增大,试件的抗氯离子侵蚀能力减弱;试件表面氯离子富集区随循环次数增加而向内迁移;氯离子扩散系数随干湿交替次数增加而减小,随盐冻循环次数增加而增大.

为研究风积粉细砂混凝土与普通混凝土的抗冻性能差异,以普通混凝土为参照,制备相同配合比的立方体试块和棱柱体试块,在相同条件下进行0、10、25、40、50次的冻融循环试验.分析冻融循环条件下粉细砂混凝土试块的抗压强度及质量损失随冻融循环次数的变化规律.试验结果表明:随着冻融次数的增加,粉细砂混凝土的强度损失和质量损失均高于相同配合比的普通混凝土.粉细砂混凝土抗压强度损失率随着砂率的增加先减小后增大,质量损失率随着砂率的增加而减小.

考察了粉煤灰陶粒的制备工艺条件:粉煤灰与黏土质量比为1:1,经过烘干和400℃预热25min后,于1100℃下煅烧10min,制得的陶粒筒压强度为6.0mpa.通过正交试验确定高强度陶粒混凝土的适宜配比为:水泥500kg/m3、陶粒500kg/m3、砂300kg/m3、石200kg/m3,减水剂掺量为水泥质量的0.5％,水灰比0.25.以抗压强度损失率为指标,并与普通混凝土进行对比,研究了高强度陶粒混凝土在冻融循环过程中介质分别为水、na2so4溶液和nacl溶液时的耐久性能,结果表明,高强度陶粒混凝土在na2so4和nacl溶液中的抗冻性能较普通混凝土更优异,说明在海洋工程或者在腐蚀性环境下,高强度陶粒混凝土结构的安全稳定性更高.

为研究冬季使用除冰盐地区与冻融交替循环耦合作用下铁尾矿砂混凝土的耐久性能,配制质量分数为1%、3%、5%、7%、9%的nacl溶液,进行加速冻融循环试验,量测混凝土内部氯离子浓度分布以及不同盐冻循环次数下的质量损失率、相对动弹性模量和抗压强度。结果表明:冻融循环加剧混凝土内部氯离子的扩散,氯离子集中区域由2.5～7.5mm扩大到了2.5～17.5mm,其质量损失率与盐冻循环次数成正比,相对弹性模量与盐冻循环次数成反比,抗压强度与盐冻循环次数成反比,其变化程度大小均表现为3%nacl溶液>5%nacl溶液>7%nacl溶液>1%nacl溶液>9%nacl溶液。

基于科学的试验方法与先进的外加剂技术,分析了影响氯环境下后张预应力高性能灌浆料耐久性的泌水性能、早期膨胀率、中后期体积稳定性、总氯离子含量和抗氯离子渗透性能等几项重要性能;分析了外加剂改善各项性能的作用机理;分析了水灰比对早期膨胀率、中后期体积稳定性和抗氯离子渗透性能的影响;根据nernst-einstein方程,推出氯离子扩散系数与电通量呈正比关系,并结合寿命预测模型对灌浆料的耐久性进行分析。

[收稿日期]　2004-05-25 混凝土的耐久性 黄智山,　王大超 (哈尔滨工业大学材料学院,黑龙江哈尔滨　150006) [摘　要]　本文对混凝土耐久性研究成果作了简要回顾与论述,对混凝土耐久性的检测内容与方法进行了思考,认为研究混凝土的耐 久性应同时兼顾其体积稳定性和均质性,其检测方法的研究似乎比混凝土耐久性本身的研究更为迫切,系统地、动态地研究 服役中混凝土的耐久性,能够将科学研究与工程实际较好地融合;阐述了高性能混凝土的普通性和特殊性,提出了高性能混 凝土范畴模型及其配制原则,认为同强度等级的混凝土并不意味着相同的耐久性。 [关键词]　高性能混凝土;　耐久性;　体积稳定性;　均质性;　服役;　绿色 [中图分类号]　tu528101　　　[文献标识码]　a　　　[文章编号]　1002-3550(

目前,对机制砂混凝土在恶劣环境下的强度和耐久性的研究较少。在对原材料性能测试和混凝土配合比试验的基础上,对c30机制砂混凝土开展了冻融循环试验研究。对比研究了冻融循环、冻融循环后酸腐蚀和冻融循环后碱腐蚀三种情况下机制砂混凝土的质量、强度和相对动弹模量的变化规律。试验结果表明机制砂混凝土在冻融循环后质量、抗压强度和相对动弹模量都显著降低,并随冻融次数的增加降低的越多;机制砂混凝土在冻融循环后,耐酸、碱性侵蚀等的耐久性能明显减弱,且经受的冻融次数越多其耐酸、碱性侵蚀的能力越低,以耐酸侵蚀的能力最低。

通过3.5%nacl溶液、5%na2so4溶液、3.5%nacl+5%na2so4复合溶液以及模拟海水进行干湿循环腐蚀试验,研究干湿循环条件下,不同腐蚀溶液中混凝土超声波传播速度的变化规律,通过xrd、ct分析混凝土在不同腐蚀环境下的损伤劣化机理。结果表明:干湿循环显著加速了混凝土的劣化过程;对于不配筋混凝土,氯盐的腐蚀较弱,只有干湿循环作用下f0组发生明显劣化;在氯盐和硫酸盐共存环境下,硫酸根的存在加速了氯离子对混凝土的腐蚀;模拟海水的腐蚀速度最快;f30s30组混凝土在腐蚀环境下生成物主要有钙矾石、f盐和石膏等,在氯盐和硫酸盐共同腐蚀条件下,没有发现f盐的存在。

混凝土耐久性是指混凝土在满足设计要求的情况下，抵御环境界 质的作用，经长年使用而不毁坏的性能。如耐久性不足，就会造成结 构不同程度的损坏，一旦损坏，修复工作投入的人力、物力往往很大。 因此提高混凝土的耐久性，对延长混凝土建筑物的使用年限、节约国 家投资，具有重要的现实意义和长远意义。 造成混凝土损坏和破坏的原因有外部环境条件、混凝土内部缺陷及 混凝土组成材料。外部环境条件如风雨、日晒、寒暑、干湿等气象作 用，极端温度的作用，磨蚀，化学介质的侵蚀等；内部缺陷如混凝土 的渗透、碱骨料反应等；组成材料如骨料和水泥石热性能不同引起的 体积变化等。外部环境是客观存在的，几乎无法改变，因此提高混凝 土的耐久性必须从减少混凝土内部缺陷和改善其组成材料着手，以改 善混凝土性能，提高混凝土质量，减少或降低混凝土内部缺陷，延长 混凝土建筑物的使用年限。 一．从其减少混凝土内部缷陷看，混凝土的耐

混凝土耐久性是指混凝土在满足设计要求的情况下，抵御环境界 质的作用，经长年使用而不毁坏的性能。如耐久性不足，就会造成结 构不同程度的损坏，一旦损坏，修复工作投入的人力、物力往往很大。 因此提高混凝土的耐久性，对延长混凝土建筑物的使用年限、节约国 家投资，具有重要的现实意义和长远意义。 造成混凝土损坏和破坏的原因有外部环境条件、混凝土内部缺陷及 混凝土组成材料。外部环境条件如风雨、日晒、寒暑、干湿等气象作 用，极端温度的作用，磨蚀，化学介质的侵蚀等；内部缺陷如混凝土 的渗透、碱骨料反应等；组成材料如骨料和水泥石热性能不同引起的 体积变化等。外部环境是客观存在的，几乎无法改变，因此提高混凝 土的耐久性必须从减少混凝土内部缺陷和改善其组成材料着手，以改 善混凝土性能，提高混凝土质量，减少或降低混凝土内部缺陷，延长 混凝土建筑物的使用年限。 一．从其减少混凝土内部缷陷看，混凝土的耐

为了建立氯盐腐蚀环境下混凝土结构的耐久性设计方法,根据混凝土结构性能劣化的特点,在分析结构耐久性失效状态、可靠度设置水平、环境荷载及抗力影响因素的基础上,建立了钢筋初锈、保护层锈胀开裂及锈胀损伤达到最大限值这3种情况下的耐久性极限状态方程.基于结构可靠度设计理论,引入荷载和抗力变量的分项系数来反映结构耐久目标可靠指标的要求,建立了结构耐久性设计的分项系数表达形式.按照概率设计与分项系数设计具有相同可靠度水平的原则,给出了抗力分项系数的确定方法及不同耐久性极限状态下抗力分项系数的取值.

介绍了氯离子侵蚀环境下钢筋混凝土耐久性研究的几个主要内容,从腐蚀机理、评估准则和临界氯离子浓度3各方面介绍了研究进展情况。

研究了c25、c30、c35玻化微珠保温混凝土的耐久性,包括抗碳化能力、钢筋抗锈蚀性能以及耐硫酸盐侵蚀能力,并与普通混凝土进行了比较。结果表明,玻化微珠保温混凝土具有较好的抗碳化能力和钢筋抗锈蚀的性能,但耐硫酸盐侵蚀能力要略低于普通混凝土。

为保障工程结构耐久性,先需对构件退化过程进行分析与评价。对于氯盐环境中的大型混凝土构件,其几何外形较为复杂,采用二维氯离子扩散分析方法才能得到更为合理的结果;同时采用可靠度法方法进行评价,以充分考虑分析中涉及的不确定性因素。建立氯盐环境下大型混凝土桥梁构件耐久性可靠度分析框架,以fick第二定律描述氯离子扩散过程,并通过有限元方法进行求解,在此基础上采用响应面方法进行可靠度分析。通过matlab编制了相关程序,并进行了实例计算,为大跨度桥梁的退化分析、运营管理、寿命预测等工作提供借鉴。

为了解不同环境对钢筋与混凝土黏结性能的影响,经冻融循环和氯盐腐蚀试验后,对试件进行了拔出测试.研究结果表明：钢筋与混凝土极限黏结强度和延性随冻融循环次数的增加而降低;钢筋腐蚀程度较低时,试件未产生锈胀裂缝,黏结强度较高,但延性较未腐蚀试件下降明显;试件腐蚀后,载荷-滑移曲线斜率增大,极限载荷对应的滑移减小;对于螺纹钢筋试件,当其冻融循环次数较少时,黏结性能无明显变化;光圆钢筋试件在冻融循环25次后,当加载到20kn时,钢筋能产生较大滑移,腐蚀后其黏结强度稍有提高,滑移减小,延性降低;钢筋应力经加载端向自由端逐渐降低,峰值靠近自由端,且随冻融次数的增加趋于平缓.根据试验实测结果并考虑黏结锚固位置,建立了冻融循环和腐蚀作用后钢筋与混凝土的黏结-滑移本构模型.

层状盐岩温度应力耦合作用蠕变特性研究——在温度应力耦合作用下，通过对层状盐岩蠕变特性试验研究及理论分析发现：(1)层状盐岩的蠕变率与其组分、结构密切相关，盐岩组分、结构不同，蠕变应变、蠕变率均不同。(2)在常温下，随着应力水平的增大，层状盐岩的蠕变...

为了解不同环境对钢筋与混凝土黏结性能的影响,经冻融循环和氯盐腐蚀试验后,对试件进行了拔出测试.研究结果表明:钢筋与混凝土极限黏结强度和延性随冻融循环次数的增加而降低;钢筋腐蚀程度较低时,试件未产生锈胀裂缝,黏结强度较高,但延性较未腐蚀试件下降明显;试件腐蚀后,载荷-滑移曲线斜率增大,极限载荷对应的滑移减小;对于螺纹钢筋试件,当其冻融循环次数较少时,黏结性能无明显变化;光圆钢筋试件在冻融循环25次后,当加载到20kn时,钢筋能产生较大滑移,腐蚀后其黏结强度稍有提高,滑移减小,延性降低;钢筋应力经加载端向自由端逐渐降低,峰值靠近自由端,且随冻融次数的增加趋于平缓.根据试验实测结果并考虑黏结锚固位置,建立了冻融循环和腐蚀作用后钢筋与混凝土的黏结-滑移本构模型.

如何提高混凝土的耐久性——强度和耐久性是混凝土结构的两个重要指标,因以往工程中习惯上只重视混凝土的强度,或片面追求高强度而忽视混凝土的耐久性。混凝土的耐久性是使用期内结构保证正常功能的能力,关系结构物的使用寿命,随着结构物老化和环境污染的加重,混...