基于界面特征的干湿循环—硫酸盐侵蚀耦合作用下的混凝土劣化研究

发布时间：2020-03-20 08:43

【摘要】：自然界中的海工及盐渍土混凝土结构物经常因受到干湿循环与硫酸盐侵蚀的双重作用而严重损伤。混凝土界面过渡区的组成结构与水泥浆体有显著不同,是混凝土中最薄弱的区域,将严重影响混凝土的抗侵蚀性能,鉴于此研究混凝土的劣化特征需首先考虑界面区微观损伤。因此本文开展基于界面特征的干湿循环与硫酸盐耦合作用下的混凝土劣化研究,对于研究混凝土耐久性具有重要意义。首先采用硫酸钠、硫酸镁以及清水作为侵蚀溶液,对不同设计强度(C30、C45、C60)的混凝土,开展了干湿循环与硫酸盐耦合作用下的混凝土劣化宏微观试验,分析硫酸盐种类以及混凝土强度等级对硫酸根离子迁移规律的影响。通过分层切片制取混凝土界面过渡区样品,采用原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)研究分析干湿循环与硫酸盐耦合作用下混凝土界面过渡区的形貌、孔隙率等微观结构特征。通过研究发现:单一干湿循环作用对混凝土的劣化可以分为两个阶段,急剧下降段和缓慢劣化段,强度较大混凝土抗渗透性较好,干湿循环对其损伤较小,导致C60混凝土较C30、C45混凝土提前进入缓慢劣化阶段。硫酸盐的作用使混凝土内部产生石膏和钙矾石,在侵蚀前期一定程度补偿了干湿循环对混凝土的破坏作用,且对C30混凝土的补偿程度高于C60混凝土。镁离子在侵蚀前期与混凝土水化产物生成氢氧化镁致密保护层,对孔隙率较大混凝土(C30混凝土)强度补偿较多,使其强度有所增长,但后期生成无粘性白云石,使混凝土剥落损伤,最终导致硫酸镁溶液下混凝土劣化程度最大。混凝土内部硫酸根离子迁移扩散系数反映了硫酸盐对混凝土孔隙率的影响,镁离子的存在会阻碍硫酸根离子的向内传输。单一干湿循环作用使界面区孔隙率增大,硫酸盐的侵入使混凝土界面过渡区晶粒组织长大,密实稀疏结构,其中硫酸钠溶液密实效果强于硫酸镁溶液。硫酸盐反应物一方面降低界面区过渡孔及大孔孔隙率,另一方面却又使界面区中初始裂缝扩宽延伸,最终硫酸盐对孔隙的密实作用不足以补偿其产生的破坏作用,而使混凝土在界面区开裂引起结构整体破坏。
【图文】：

示意图,界面区,水泥石,集料

图 1.1 集料-水泥石界面区微结构的示意图[23]的研究技术概况：区形貌的观察浆体内部在形貌和组成结构上有明显的差别，可以土样品形貌观察，来得到界面区的真实形貌。国内方法是：利用电子扫描电镜（SEM）、环境扫描电）等观察水泥水化过程中微观形貌的变化。ivener 和 Pratt[25]利用扫描电镜的背散射电子子模式行了表征。2000 年，，deRooij[26]采用 ESEM 研究了演化过程，提出界面过渡区形成的一个重要原因是用扫描电镜的的二次电子模式对再生集料与新拌水究，发现在新拌混凝土中减少水胶比，掺入适量的物结构会变致密。

沥青,刷涂,保鲜膜,试件

3 165 370 801 1 158 450 752 0 162 480 752 土力学性能试验方法标准》（GB500凝土试块，按照配合比将所需材料搅，将试件移入温度为 20±2℃相对湿侵蚀龄期从标准养护 60d 后开始计算一维侵蚀规律，采用普通基质沥青将防止沥青高温时软化发粘，在沥青表
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU528

【参考文献】