强腐蚀环境下混凝土中离子传输及性能劣化规律研究

发布时间：2020-04-22 15:16

【摘要】：我国分布着大面积的盐湖和盐碱地,尤其是在西北部地区,这些地区混凝土结构物的耐久性长期以来遭受严重的威胁,硫酸盐侵蚀破坏是这些地区混凝土结构物耐久性下降的主要原因,侵蚀性离子传输扩散到混凝土内部,在混凝土中发生一系列物理化学变化导致混凝土开裂破坏,混凝土力学性能和耐久性受到严重的破坏。混凝土硫酸盐侵蚀破坏受到多方面因素的影响,自身性能和外界环境因素是影响混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的主要因素,针对不同的影响因素,国内外学者进行了一系列试验和理论研究,但是不同的试验环境和试验手段得到的结果各不相同,且与现场实际侵蚀状况相差较大,因此,本文开展现场试验,同时在室内模拟现场试验和设置对照组试验,研究不同因素下混凝土硫酸盐侵蚀性能劣化和离子传输扩散规律,同时建立不同因素下混凝土离子传输模型和损伤模型,为混凝土硫酸盐侵蚀破坏提供重要的理论依据,本文的主要研究内容及结果如下:(1)开展室内外试验前对格库铁路途经的台特玛湖部分典型区域进行腐蚀环境调研,该区域混凝土结构物侵蚀程度严重,对该区域的土壤和湖水进行硫酸盐浓度测试,通过测试发现该区域土壤和湖水中富含高浓度的硫酸盐,具有极强的腐蚀性,因此,以该工程为背景开展混凝土硫酸盐侵蚀研究具有重要的意义。(2)为了降低室内试验的腐蚀环境和现场实际腐蚀环境之间的差异,室内试验设计两种侵蚀环境,第一,在台特玛湖中取回盐渍土,将混凝土试件埋设在盐渍土中进行侵蚀,并添加一定浓度的侵蚀溶液,试验过程中发现,侵蚀溶液会定期蒸发,周期为两个月,因此按1次/2月周期添加浓度为3%的Na_2SO_4溶液;第二,在恒温恒湿环境中,将混凝土试件在3%Na_2SO_4溶液中全浸泡侵蚀,并按1次/月的周期更换侵蚀溶液,通过室内试验结果与现场试验结果对比发现,将混凝土试件埋设到盐渍土中加侵蚀溶液进行侵蚀试验具有一定的可行性。(3)本文研究了不同水胶比、不同矿物掺合料、不同侵蚀制度、不同养护时间以及不同试件尺寸对混凝土遭受硫酸盐侵蚀过程中其性能劣化的影响,不同的因素下混凝土在侵蚀过程中劣化规律存在一定的差异,降低水胶比,掺入粉煤灰等能提高混凝土的抗硫酸盐腐蚀性能,水胶比主要改变混凝土的致密性,矿物掺合料起到取代胶凝材料和填充混凝土孔隙的双重作用,养护时间主要影响水泥水化程度和混凝土内部结构的形成,试件尺寸不同,比表面积存在差异,单位体积的混凝土试件与侵蚀环境的接触面积不同,混凝土硫酸盐侵蚀速率不同。(4)采用硫酸钡重量法对不同影响因素下遭受硫酸盐侵蚀的混凝土中不同深度处硫酸根离子浓度进行滴定,不同因素下混凝土试件在遭受硫酸盐侵蚀过程中离子传输扩散规律基本一致,但是,影响因素不同,混凝土中离子传输扩散速率不同,离子传输扩散速度越快,混凝土性能劣化越迅速。(5)在损伤力学和Fick第二定律的理论基础上结合本研究的试验结果提出混凝土在遭受硫酸盐腐蚀过程中离子扩散模型和混凝土损伤模型,并将现场试验和室内试验进行对比分析,为混凝土遭受硫酸盐腐蚀过程中性能劣化规律提供较为准确的模型。(6)综合对比分析水胶比、外掺料、侵蚀制度、养护时间和试件尺寸对混凝土遭受硫酸盐侵蚀过程中抗压强度、动弹模、质量变化以及离子传输扩散规律的影响,可以得到:水胶比越低,混凝土表现出良好的抗硫酸盐侵蚀能力;粉煤灰和矿粉能细化混凝土孔隙结构,矿粉的掺入提高了混凝土早期的抗腐蚀性能,但是随着侵蚀龄期的增加,矿粉并不利于混凝土的抗硫酸盐侵蚀,在整个侵蚀龄期,掺加粉煤灰的混凝土表现出良好的抗腐蚀性能;养护时间过短就遭受硫酸盐侵蚀,混凝土很难达到设计强度,其性能劣化速度较快;试件尺寸越小,其比表面积越大,单位体积混凝土与侵蚀环境的接触面积越大,遭受侵蚀速度越快;综合以上研究结果可以发现,在腐蚀环境相同的条件下,降低侵蚀性离子在混凝土内部的传输扩散速率是提高混凝土抗腐蚀性能最有效的措施。
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U441

【参考文献】