复合盐溶液作用下混凝土耐久性研究与寿命预测

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混凝土耐久性问题已经成为混凝土结构设计中重要问题之一,混凝土耐久性不足将导致整个混凝土结构正常服役能力的下降。硫酸盐对混凝土的侵蚀是很重要的环境水侵蚀的问题,对混凝土具有极大的破坏,在我国西部地区存在高浓度的硫酸盐、镁盐、氯盐,极大的缩短了当地混凝土的工作性能,因此,研究硫酸盐侵蚀混凝土的破坏机理及破坏规律,对提高当地的混凝土的实际应用能力具有重要的意义。通过试验首先研究了混凝土在单一因素(硫酸盐溶液)、双因素(镁盐-硫酸盐溶液)、三因素(镁盐-硫酸盐-氯盐溶液)作用下的混凝土的损伤问题及混凝土在不同侵蚀环境中的连通孔隙的变化。其次通过试验分析了硫酸根在混凝土内的浓度扩散规律,并分析了硫酸根在混凝土内的扩散系数受外界环境的影响规律,建立了考虑外界环境对硫酸根扩散系数影响的修正模型。最后通过理论与试验相结合,建立了基于固相体积变化理论的混凝土寿命预测模型。混凝土在单一因素(硫酸盐溶液)、双因素(镁盐-硫酸盐溶液)、三因素(镁盐-硫酸盐-氯盐溶液)作用下的动弹性模量均表现出先缓慢上升,随着侵蚀时间的增加再下降,然后再上升,整个侵蚀过程呈现波动式现象,损伤速率随硫酸钠溶液浓度与水灰比的增加而增大;镁离子在侵蚀初期抑制硫酸根的侵蚀而在侵蚀后期镁离子促进了硫酸根对混凝土的侵蚀;氯离子阻碍硫酸盐侵蚀混凝土。在高浓度的硫酸钠溶液中混凝土表层的破坏主要是石膏的破坏结果,而混凝土内部是石膏和钙矾石共同作用的结果:在硫酸镁溶液侵蚀中混凝土除了遭受钙矾石、石膏等物质的膨胀破坏外,还遭受Mg2+的化学破坏,整个侵蚀过程是一个化学物理作用的过程;在氯盐-镁盐-硫酸盐复合溶液中的混凝土的损伤是以石膏破坏为主,钙矾石破坏为辅的损伤过程。混凝土在盐溶液侵蚀下的连通孔隙率变化先降低然后上升,连通孔隙率变化速率随着硫酸根浓度的增大而增大,随着氯离子浓度的增大而减小,但是镁离子在侵蚀初期时连通孔隙率的变化速率随着镁离子浓度的增大而减小,在侵蚀后期随着镁离子浓度的增大而增大。混凝土内硫酸根的浓度随着侵蚀深度的增加而逐渐降低,在混凝土同层内表现出时间积累性;在同一深度及同一侵蚀时间下随着水灰比的增大而逐渐增大,随着硫酸根浓度的增大而逐渐增大,随着氯离子浓度的增大而降低,而镁离子依然表现出在侵蚀初始抑制硫酸根的扩散,在侵蚀后期促进硫酸根的扩散,并且作用强度随着镁离子浓度的增大而增强。硫酸根的存在抑制了氯离子在混凝土内的扩散,提高了混凝土抵抗氯盐侵蚀的能力。混凝土内硫酸根扩散系数随着侵蚀时间的增加而逐渐降低,随着水灰比及硫酸根浓度的增大而逐渐增大,随着氯离子浓度的增加而降低,而镁离子的作用与宏观现象相同,在前期减小硫酸根的扩散系数,在后期增大了硫酸根的扩散系数。
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