超低水胶比水泥基材料中氯离子迁移及其结合规律的研究
发布时间：2021-09-06 12:23
本文研究了不同矿物掺合料及养护条件对超低水胶比水泥基材料的微观结构、抗压强度和氯离子渗透性的影响,并探讨了超低水胶比水泥基材料的微观结构、抗压强度和抗氯离子渗透性之间的相互关系。试验结果表明:在标准养护条件下,随着养护龄期的延长,超低水胶比水泥基材料的微观结构逐渐得以有效改善,孔隙率逐渐降低,其抗压强度和抗氯离子渗透性得以有效提高。相比于标准养护,高温热水养护对超低水胶比水泥基材料微观结构的改善作用更为显著,显著降低基体的孔隙率,从而提高基体的抗压强度和抗氯离子渗透性;同时在合理掺量范围内,矿物掺合料能有效改善基体的微观结构和孔隙结构,使基体变得更为均匀、密实,降低孔隙率,显著提高超低水胶比水泥基材料的抗压强度和抗氯离子渗透性,其中硅灰、硅灰与粉煤灰或矿粉复掺时的增强效果最为显著。超低水胶比水泥基材料的抗压强度与孔隙率之间具有良好的线性反比关系;氯离子迁移系数则分别与孔隙率和毛细孔隙率具有良好的非线性关系,其中氯离子迁移系数与毛细孔隙率的相关性最好,并确定了相应的经验公式。采用等温吸附法测定了超低水胶比水泥基材料在系列不同浓度氯化钠溶液中的平衡氯离子浓度,并通过数据回归分析了超低水胶比...
【文章来源】：湖南大学湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【图文】：
C30,C80，RPC200和RPC200c试件的吸水系数[48]
超低水胶比水泥基材料中氯离子迁移及其结合规律的研究4图1.3UHPC试件的孔径分布[49]1.2.2抗氯离子渗透性在沿海和盐渍地区，由于海水或除冰盐的作用，混凝土结构中的氯离子侵蚀现象严重，从而导致结构的劣化，甚至破坏，进而影响着结构的耐久性及其服役寿命预测[5]。如果混凝土中的腐蚀性氯离子浓度超过一定的阈值，加之钢筋附近环境的酸化，则涂覆在钢筋表面上的钝化层将被损坏，从而引发钢筋的腐蚀，最终导致混凝土结构的劣化和使用寿命缩短，甚至产生严重的工程问题，造成巨大的经济损失[57,58]。由清华大学等联合起草制定的《超高性能混凝土技术标准：基本性能与试验方法》标准中指出：对于UHPC而言，由于其密实度高、孔隙率小且内部连通孔隙少，具有优异的抗渗透性能，通常采用氯离子扩散迁移系数作为UHPC抗氯离子渗透性的评价指标，氯离子迁移系数越小，UHPC的抗氯离子渗透性能越好，这对UHPC的耐久性优劣评估具有重大意义。国内外学者对UHPC抗氯离子渗透性的部分研究结果详见于表1.1。由表中数据可以看出，不同学者所采用的配合比设计、测试环境及条件均不一致，导致试验测试结果差异很大，很难进行其渗透性能的优劣比较。此外，由表中数据可以看出，不同学者测得的UHPC氯离子迁移系数大约在(0.2-4.1)×10-13m2/s的范围内，且测试龄期、测试环境、水胶比以及养护条件对UHPC的抗氯离子渗透性能均有着重要的影响，且水胶比越大，测试龄期越长，UHPC的氯离子迁移系数也随之增大。但无论在何种养护条件和测试环境下，所测得的UHPC氯离子迁移系数均较低，且至少比HPC和OC的氯离子迁移系数低一个数量级，表现出极高的抗氯离子渗透性能。例如Roux等[48]通过试验测得C30、C80和UHPC的氯离子扩散系数分别为1.1×10-12m2/s、6.0×10-13m2/s和0.2×
超低水胶比水泥基材料中氯离子迁移及其结合规律的研究8明，在UHPC试件中掺入适量矿物掺合料后，均能有效地降低UHPC的氯离子渗透性指标，而在相同的掺量下，硅灰的作用效果更为明显，从而表现出优异的抗渗透性能[90,91]。例如，在粉煤灰占总胶凝材料用量的58％的情况下，UHPC的氯离子扩散系数为5.1×10-13m2/s，其值约是HPC的氯离子扩散系数（10.8×10-13m2/s）的一半[61]。而与矿物掺合料相比，纳米材料具有更高的比表面积，颗粒粒径更小，具有良好的颗粒级配，火山灰活性更高，如图1.4所示，对改善水泥基体的微观结构和孔隙结构更加明显[30,90,92~94]。在合理掺量下，纳米硅灰能够有效地降低UHPC的氯离子迁移系数；掺入1%的纳米黏土后，通过UHPC试件的总电流量显著减少，有效地提高了UHPC的抗氯离子渗透性能[95,96]。综上可知，影响UHPC抗氯离子渗透性的因素有很多，且各自的影响机理不尽相同。而不同学者在测试UHPC氯离子渗透时所采用的方法不同，试件的配合比也不一样，而在试验测试过程中的相关试验参数（如测试时间、阴极氯化钠溶液浓度、试件的制备等）也不尽相同，从而导致其实验结果也难以进行比较。另外，尽管在电加速条件下测试的结果不能真实的反应混凝土在现场服役的实际条件，但可作为混凝土的结构设计和使用寿命预测的质量控制措施。图1.4相关混凝土材料的粒径与比表面积分布[97]1.2.3抗碳化碳化是一个扩散过程，当外界的CO2侵入混凝土的毛细孔隙后，与水化产物氢氧化钙发生反应，使混凝土内部的pH降低至9左右，从而丧失了高碱性环境。在这样的pH值下，混凝土内部钢筋周围的氧化物保护层发生破坏，在满足一定条件下，钢筋或钢纤维就会发生锈蚀，最终导致混凝土开裂[98]。通常，混凝土的碳化仅在有利的条件下才会发生。例如，如?
【参考文献】：
期刊论文
[1]超高性能混凝土基体中氯离子结合特性的研究[J]. 黄政宇,李涛. 铁道科学与工程学报. 2016(10)
[2]超高性能混凝土在中国的研究和应用[J]. 王德辉,史才军,吴林妹. 硅酸盐通报. 2016(01)
[3]外加电压下氯离子在水泥基材料中的迁移特性及相互作用的研究进展[J]. 何宗旭,史才军,胡翔,张家科. 硅酸盐学报. 2015(08)
[4]矿物掺合料对水泥基材料孔溶液中氯离子浓聚的影响[J]. 胡翔,史才军,李庆玲,何宗旭,何稳,吕奎喜. 硅酸盐学报. 2015(04)
[5]粉煤灰混凝土的氯离子结合性能[J]. 孙丛涛,宋华,牛荻涛,张鹏,侯保荣. 建筑材料学报. 2016(01)
[6]氯离子结合及其对水泥基材料微观结构的影响[J]. 王小刚,史才军,何富强,元强,王德辉,黄勇,李庆玲. 硅酸盐学报. 2013(02)
[7]氯盐浸泡的水泥基材料的表面氯离子浓度(英文)[J]. 元强,史才军,GEERT De Schutter,邓德华,何富强. 硅酸盐学报. 2011(03)
[8]Influence of Binder Composition and Concrete Pore Structure on Chloride Diffusion Coefficient in Concrete[J]. 黎鹏平,苏达根. Journal of Wuhan University of Technology（Materials Science Edition）. 2011(01)
[9]Permit法研究氯离子渗透性及其与混凝土孔隙率的关系（英文）[J]. 明静,张亚梅,孙伟. 硅酸盐学报. 2010(09)
[10]矿物掺合料对混凝土氯离子结合能力的影响(英文)[J]. 胡蝶,麻海燕,余红发,曹文涛,翁智财. 硅酸盐学报. 2009(01)
博士论文
[1]矿物掺合料对超高性能混凝土的水化及微结构形成的影响[D]. 黄伟.东南大学 2017
[2]盐湖地区高性能混凝土的耐久性、机理与使用寿命预测方法[D]. 余红发.东南大学 2004
硕士论文
[1]活性粉末混凝土抗氯离子侵蚀渗透性能研究[D]. 王子玮.北京交通大学 2011
[2]氯腐蚀环境混凝土结构耐久性与寿命预测[D]. 郝晓丽.西安建筑科技大学 2004
本文编号：3387454
【文章来源】：湖南大学湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【图文】：
C30,C80，RPC200和RPC200c试件的吸水系数[48]
超低水胶比水泥基材料中氯离子迁移及其结合规律的研究4图1.3UHPC试件的孔径分布[49]1.2.2抗氯离子渗透性在沿海和盐渍地区，由于海水或除冰盐的作用，混凝土结构中的氯离子侵蚀现象严重，从而导致结构的劣化，甚至破坏，进而影响着结构的耐久性及其服役寿命预测[5]。如果混凝土中的腐蚀性氯离子浓度超过一定的阈值，加之钢筋附近环境的酸化，则涂覆在钢筋表面上的钝化层将被损坏，从而引发钢筋的腐蚀，最终导致混凝土结构的劣化和使用寿命缩短，甚至产生严重的工程问题，造成巨大的经济损失[57,58]。由清华大学等联合起草制定的《超高性能混凝土技术标准：基本性能与试验方法》标准中指出：对于UHPC而言，由于其密实度高、孔隙率小且内部连通孔隙少，具有优异的抗渗透性能，通常采用氯离子扩散迁移系数作为UHPC抗氯离子渗透性的评价指标，氯离子迁移系数越小，UHPC的抗氯离子渗透性能越好，这对UHPC的耐久性优劣评估具有重大意义。国内外学者对UHPC抗氯离子渗透性的部分研究结果详见于表1.1。由表中数据可以看出，不同学者所采用的配合比设计、测试环境及条件均不一致，导致试验测试结果差异很大，很难进行其渗透性能的优劣比较。此外，由表中数据可以看出，不同学者测得的UHPC氯离子迁移系数大约在(0.2-4.1)×10-13m2/s的范围内，且测试龄期、测试环境、水胶比以及养护条件对UHPC的抗氯离子渗透性能均有着重要的影响，且水胶比越大，测试龄期越长，UHPC的氯离子迁移系数也随之增大。但无论在何种养护条件和测试环境下，所测得的UHPC氯离子迁移系数均较低，且至少比HPC和OC的氯离子迁移系数低一个数量级，表现出极高的抗氯离子渗透性能。例如Roux等[48]通过试验测得C30、C80和UHPC的氯离子扩散系数分别为1.1×10-12m2/s、6.0×10-13m2/s和0.2×
超低水胶比水泥基材料中氯离子迁移及其结合规律的研究8明，在UHPC试件中掺入适量矿物掺合料后，均能有效地降低UHPC的氯离子渗透性指标，而在相同的掺量下，硅灰的作用效果更为明显，从而表现出优异的抗渗透性能[90,91]。例如，在粉煤灰占总胶凝材料用量的58％的情况下，UHPC的氯离子扩散系数为5.1×10-13m2/s，其值约是HPC的氯离子扩散系数（10.8×10-13m2/s）的一半[61]。而与矿物掺合料相比，纳米材料具有更高的比表面积，颗粒粒径更小，具有良好的颗粒级配，火山灰活性更高，如图1.4所示，对改善水泥基体的微观结构和孔隙结构更加明显[30,90,92~94]。在合理掺量下，纳米硅灰能够有效地降低UHPC的氯离子迁移系数；掺入1%的纳米黏土后，通过UHPC试件的总电流量显著减少，有效地提高了UHPC的抗氯离子渗透性能[95,96]。综上可知，影响UHPC抗氯离子渗透性的因素有很多，且各自的影响机理不尽相同。而不同学者在测试UHPC氯离子渗透时所采用的方法不同，试件的配合比也不一样，而在试验测试过程中的相关试验参数（如测试时间、阴极氯化钠溶液浓度、试件的制备等）也不尽相同，从而导致其实验结果也难以进行比较。另外，尽管在电加速条件下测试的结果不能真实的反应混凝土在现场服役的实际条件，但可作为混凝土的结构设计和使用寿命预测的质量控制措施。图1.4相关混凝土材料的粒径与比表面积分布[97]1.2.3抗碳化碳化是一个扩散过程，当外界的CO2侵入混凝土的毛细孔隙后，与水化产物氢氧化钙发生反应，使混凝土内部的pH降低至9左右，从而丧失了高碱性环境。在这样的pH值下，混凝土内部钢筋周围的氧化物保护层发生破坏，在满足一定条件下，钢筋或钢纤维就会发生锈蚀，最终导致混凝土开裂[98]。通常，混凝土的碳化仅在有利的条件下才会发生。例如，如?
【参考文献】：
期刊论文
[1]超高性能混凝土基体中氯离子结合特性的研究[J]. 黄政宇,李涛. 铁道科学与工程学报. 2016(10)
[2]超高性能混凝土在中国的研究和应用[J]. 王德辉,史才军,吴林妹. 硅酸盐通报. 2016(01)
[3]外加电压下氯离子在水泥基材料中的迁移特性及相互作用的研究进展[J]. 何宗旭,史才军,胡翔,张家科. 硅酸盐学报. 2015(08)
[4]矿物掺合料对水泥基材料孔溶液中氯离子浓聚的影响[J]. 胡翔,史才军,李庆玲,何宗旭,何稳,吕奎喜. 硅酸盐学报. 2015(04)
[5]粉煤灰混凝土的氯离子结合性能[J]. 孙丛涛,宋华,牛荻涛,张鹏,侯保荣. 建筑材料学报. 2016(01)
[6]氯离子结合及其对水泥基材料微观结构的影响[J]. 王小刚,史才军,何富强,元强,王德辉,黄勇,李庆玲. 硅酸盐学报. 2013(02)
[7]氯盐浸泡的水泥基材料的表面氯离子浓度(英文)[J]. 元强,史才军,GEERT De Schutter,邓德华,何富强. 硅酸盐学报. 2011(03)
[8]Influence of Binder Composition and Concrete Pore Structure on Chloride Diffusion Coefficient in Concrete[J]. 黎鹏平,苏达根. Journal of Wuhan University of Technology（Materials Science Edition）. 2011(01)
[9]Permit法研究氯离子渗透性及其与混凝土孔隙率的关系（英文）[J]. 明静,张亚梅,孙伟. 硅酸盐学报. 2010(09)
[10]矿物掺合料对混凝土氯离子结合能力的影响(英文)[J]. 胡蝶,麻海燕,余红发,曹文涛,翁智财. 硅酸盐学报. 2009(01)
博士论文
[1]矿物掺合料对超高性能混凝土的水化及微结构形成的影响[D]. 黄伟.东南大学 2017
[2]盐湖地区高性能混凝土的耐久性、机理与使用寿命预测方法[D]. 余红发.东南大学 2004
硕士论文
[1]活性粉末混凝土抗氯离子侵蚀渗透性能研究[D]. 王子玮.北京交通大学 2011
[2]氯腐蚀环境混凝土结构耐久性与寿命预测[D]. 郝晓丽.西安建筑科技大学 2004
本文编号：3387454
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