恒定负温养护下等强度机制砂混凝土抗腐蚀性能研究

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随着“西部大开发”政策的大力推进,位于我国高寒高海拔地区的青藏高原,对基础工程的需求日益增多,基础设施建设日新月异。因该地区存在大量的多年冻土、盐湖及盐渍土,综合考量其独特的温度环境、地理位置及各种环境影响因素,选用青藏地区基础工程建设所需的混凝土结构物时,必须同时兼具合格的物理力学性能、优良的耐久性能以及对工程所在地的适应能力。而如何保证其混凝土结构物能够满足以上性能要求成为了亟待解决的问题。考虑青藏多年冻土地区钻孔灌注桩基础的负温混凝土施工及养护环境,进行不同养护环境温度、体表比、石粉掺量混凝土对照试验,开展恒定负温下等强度机制砂混凝土抗硫酸盐腐蚀性能研究。试验条件模拟青藏线多年冻土地区典型环境,从宏观的抗压强度、质量损失率、相对动弹性模量、形貌变化、腐蚀深度五个指标和微观的孔隙率、孔径分布两个指标来分析恒定(-5℃)养护环境、尺寸效应、石粉含量对等强度机制砂混凝土强度发展规律及耐硫酸盐腐蚀性能的影响。(1)机制砂混凝土负温养护35d均达到相同配合比混凝土标准养护28d强度值,即达到等强度,分析强度发展阶段规律,结果表明:10%石粉掺量能优化混凝土孔结构,增大抗压强度;减小体表比能提高抗压强度值,减小孔隙率。对比两种养护方式等强度混凝土孔隙,发现虽然达到等强度但孔结构不同。得到了混凝土抗压强度与孔结构随养护龄期增长的变化关系,基于强度发展阶段混凝土的孔隙结构建立了强度预测模型。(2)选用20℃的5%硫酸钠溶液进行等强度机制砂混凝土硫酸盐长期浸泡试验,侵蚀龄期为480d,从混凝土抗压强度、质量、动弹性模量、形貌变化、腐蚀深度五个宏观指标分析不同因素对混凝土耐腐蚀性能影响。结果表明:在相同腐蚀龄期时,负温养护下混凝土五个宏观指标较标准养护情况均劣化明显,说明负温养护会劣化等强度混凝土的抗硫酸盐腐蚀性能;混凝土体表比减小,宏观指标劣化明显,混凝土耐腐蚀性能降低;适量石粉掺量能提高混凝土耐腐蚀性能,同体表比的三种石粉掺量混凝土中,10%石粉掺量机制砂混凝土耐腐蚀性能最强。(3)基于化学滴定法得到混凝土在各龄期不同深度处硫酸根离子含量,综合考虑养护温度、石粉掺量、尺寸效应三种因素与机制砂混凝土扩散系数的关系,建立了硫酸根离子扩散系数的经验方程。(4)从混凝土孔隙率和孔径分布两个微观指标分析了混凝土耐腐蚀性能的影响因素。在选定的侵蚀龄期,测试等强度混凝土孔隙率和孔径分布,发现随着侵蚀龄期增长,不同养护环境温度、体表比、石粉掺量的混凝土孔隙率均呈现先减小后增大的规律;适量石粉掺量可以改善机制砂混凝土抗腐蚀性能,不同体表比、养护环境温度的机制砂等强度混凝土石粉掺量为10%时,孔隙率均达到最小;负温养护劣化等强度混凝土孔结构,孔隙率变大;小体表比混凝土更易被腐蚀。(5)基于等强度机制砂混凝土在硫酸盐腐蚀阶段宏观的抗压强度变化指标和腐蚀深度指标分别使用劣化方程和Atkinson模型进行混凝土寿命预测。由劣化方程得到试验混凝土腐蚀寿命分布在16.2年~52.16年之间,由Atkinson模型得到混凝土室内试验腐蚀寿命分布在4.5年~17.41年之间。并通过综合对比发现减少体表比会缩短混凝土平均寿命;负温养护混凝土平均寿命低于标准养护混凝土;10%石粉掺量混凝土平均寿命最长。(6)选定环境温度为-5℃、现场土壤硫酸根离子为17500 mg/kg,在不改变硫酸盐侵蚀机理的前提下,用室内试验数据对不同体表比、养护环境温度、石粉掺量的等强度现场混凝土进行寿命预测,建立了现场混凝土寿命预测模型。
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