水泥基材料在低温长期浸泡环境下抗硫酸盐侵蚀性能研究

发布时间：2020-04-26 04:42

【摘要】：“一带一路”战略中“丝绸之路经济带”的快速建设,为广大西部地区带来了大量的基础建设投资。广大西部地区气候地质条件复杂多变,桥梁、公路、房屋等大量构筑物所处环境面临更加复杂的结构耐久性问题,其中水泥基材料的硫酸盐侵蚀问题便是其中不可避免的一项,解决硫酸盐侵蚀问题对提高构筑物的耐久性将有很大帮助。本文针对在建的京新高速公路甘肃段白明高速现场情况,采用白明高速公路实际使用的材料,模拟其所处自然条件下的硫酸盐侵蚀条件,从以下方面对低温环境下水泥基材料硫酸盐侵蚀的性能变化与微观产物进行了研究:1.通过试验室模拟低温侵蚀环境,利用温度模拟箱将温度控制在5±1℃、10±1℃,并将其与室温环境20±1℃进行对比。浸泡方式选取完全浸泡的形式,来模拟工程项目中完全处于地下侵蚀环境中的情况,选取四种配合比共计18组试件进行试验分析;2.通过对40mm×40mm×160mm水泥砂浆试件的试验分析,对比不同水泥品种、不同水胶比、不同矿物掺合料配比的水泥基材料硫酸盐侵蚀后性能变化情况与微观产物;3.水泥基材料硫酸盐侵蚀后性能变化指标选取为:外观质量变化、抗压强度及抗压抗蚀系数变化、抗折强度及抗折抗蚀系数变化、动弹性模量损失系数;4.对水泥基材料低温硫酸盐侵蚀后的微观产物分析使用扫描电子显微镜(SEM)与电子能谱分析(EDS)进行,5.通过对水泥基材料硫酸盐侵蚀后的指标分析,选取几种指标中变化更为敏感的抗折强度变化情况,分析抗折强度随浸泡时间的变化规律,建立本试验条件下水泥基材料抗折强度预测模型。通过对低温环境(5±1℃、10±1℃)下全浸泡水泥砂浆试件硫酸盐侵蚀情况的研究,对比20±1℃试件侵蚀情况,对测试指标进行分析,研究表明:1.在低温长期浸泡环境下,5±1℃下的侵蚀情况要比10±1℃下严重,水泥品种对水泥基材料抗硫酸盐侵蚀有明显影响,中抗硫水泥抗硫酸盐侵蚀能力优于普通硅酸盐水泥;2.水胶比对提高水泥基材料抗硫酸盐侵蚀能力有显著影响,0.36水胶比试件抗硫酸盐侵蚀能力明显优于0.5水胶比试件;3.加入矿粉与硅灰的复合矿物掺合料可以明显提高水泥基材料抗硫酸盐侵蚀能力,15%矿粉+3%硅灰的组合有最好的抗硫酸盐侵蚀性能;4.抗折抗蚀系数对硫酸盐侵蚀反应最敏感,动弹性模量损失系数最迟缓;微观产物分析发现,普通硅酸盐水泥产物可能为钙矾石与碳硫硅钙石的混合针状晶体,中抗硫水泥侵蚀产物明显减少,且多为片状,加入矿物掺合料后产物数量大大减少,未有明显针状晶体产生;5.通过二次多项式方程对硫酸盐侵蚀后抗折强度变化进行模拟有很好的相关性。
【图文】：

盐渍土

混凝土构件常作为建筑工程的结构主体，是外部荷载与环境侵蚀的主要承担者，因此混凝土材料的耐久性具有非常重要的实际意义，是衡量混凝土性能的重要指标之一。混凝土耐久性的评价指标一般包括：抗渗透性、抗冻融性、抗碳化性、抗化学侵蚀性、抗碱-骨料反应、耐火性等方面[2]。衡量混凝土结构耐久性的指标是设计使用年限。混凝土结构耐久性不良带来的资源、能源浪费和生态环境的恶化是很严重的。硫酸盐侵蚀作为影响混凝土结构耐久性的四大主要因素之一，已经得到了广大科技工作者和工程界的广泛关注[3, 4]。随着“一带一路”战略的不断推进，西部地区新建了大量混凝土结构。我国西部地区环境多变，气候恶劣，，昼夜温差大，自然温度湿度较低，年平均气温仅为 6.67℃[5]，再加上西部地区的盐碱地、盐湖区、以及地下水中普遍存在大量硫酸钠、硫酸钾、硫酸钙、硫酸镁、硫酸铝等，在这种富含硫酸盐并且气候多变的环境中，混凝土结构将受到更加严峻的耐久性考验。在建的京新高速公路甘肃段白明高速工程，沿线所经过地区多为戈壁荒漠、基岩残丘，地形平坦开阔，海拔高度在 1500m 左右，沿线降水量少而蒸发量大，沿线有大量的盐渍土地区，如图 1.1 所示。

示意图,硫酸盐侵蚀破坏,示意图,抗硫酸盐侵蚀

）JTG/T B07-01-2006GB/T50476-2008TB10005000 C V-C H15000 D V-D H高速段工程为实际项目依托，进而研究低温复杂环境下水泥基材过对不同配合比及不同矿物掺合料的水泥基材料抗硫酸盐侵蚀取适宜的矿物掺合料与水灰比提供理论依据。研究结果不仅能够混凝土构筑物抗硫酸盐侵蚀工作，更重要的是对类似环境下硫酸。盐侵蚀机理硫酸盐侵蚀劣化涉及到侵蚀离子在混凝土孔隙系统中的传输、侵的化学反应或侵蚀物质的结晶析出、膨胀性侵蚀产物对混凝土结胀、开裂、剥落以及强度损失等）三个相互联系的过程，是一个学变化过程[6]，整个破坏过程的简化如图 1.2 所示[7]。
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U414

【参考文献】