硫酸盐腐蚀地区混凝土抗腐蚀对策及寿命预测研究

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随着我国“西部大开发”及“一带一路”战略的实施,西北部地区的铁路、公路、水利及能源输送等基础设施的建设日益增多,西北地区盐碱地和盐湖分布广泛,硫酸盐会对混凝土结构产生腐蚀破坏,加速混凝土结构的损伤劣化,严重者使结构在未达到设计使用寿命前退出服役,造成人力和财力的极大浪费。鉴于此,深入剖析混凝土在硫酸盐腐蚀下的损伤劣化行为,能够为混凝土配合比设计提供可供参考的有效的强化抗腐蚀措施,而针对西北硫酸盐腐蚀地区提出混凝土抗腐蚀的对策及寿命预测方法,对该地区的混凝土结构具有重要工程指导意义。本文围绕硫酸盐腐蚀地区混凝土抗腐蚀对策及寿命预测研究,进行实际工程现场腐蚀环境调研,在室内模拟工程实际腐蚀环境,对不同龄期混凝土宏观-微观性能变化规律进行分析,研究不同侵蚀方式下(半埋、全埋)混凝土劣化规律,并取盐渍土地区现场长期腐蚀的混凝土进行验证分析;分析不同抗腐蚀对策下(水胶比、粉煤灰、复掺矿物掺和料、微胶囊)混凝土的损伤劣化行为;并基于试验结果建立了结合硫酸根离子分布的混凝土抗压强度演变方程,主要研究结论如下:(1)在盐渍土-6%硫酸钠溶液腐蚀环境中不同侵蚀方式下混凝土的质量、抗压强度、动弹性模量、孔结构、硫酸根离子分布及浓度的变化规律相一致,但全埋侵蚀混凝土主要受到硫酸盐化学腐蚀破坏,各龄期的变化幅度均小于同时遭受硫酸盐物理结晶破坏与化学腐蚀破坏的半埋混凝土。盐渍土地区现场长期腐蚀后,混凝土的性能劣化规律与室内试验所得出的规律相一致。(2)减小水胶比能优化混凝土的孔隙结构,减小混凝土在硫酸盐腐蚀后的孔隙率、有害孔与多害孔占比之和,提高混凝土抗硫酸盐腐蚀性能,使混凝土在整个腐蚀过程中的宏观性能指标变化速率变小,相同时间内进入的SO42-总量也减少。(3)掺加粉煤灰虽然会对混凝土的初始性能有不利影响,但合理掺量的粉煤灰能提高腐蚀后期混凝土的抗腐蚀性能,在本文试验掺量下,粉煤灰掺量为20%时,对混凝土抗硫酸盐腐蚀性能提高效果最优。20%粉煤灰与不同掺量硅灰复掺,由于硅灰的微粒填充效应、火山灰效应,以及两种矿物掺合料复掺起到的活性效应优化及填充效应优化,能够进一步提高混凝土的抗硫酸盐腐蚀性能,且随着硅灰掺量在试验范围内(6%~10%)的增大,抗硫酸盐腐蚀性能的优化效果提高。(4)制备了一种具备硫酸根离子响应性的聚离子液体-PAM微胶囊,对微胶囊进行了形貌表征、粒度分析、包覆率及离子响应率测试,当控制反应温度为67.5℃和70℃、反应时间为24h时,微胶囊的粒度分布较集中、形状较为规则且包覆率最高,不同反应温度下微胶囊的SO42-响应率均在29.72%左右。并研究了不同微胶囊掺量混凝土的抗腐蚀性能,得出在1%~3%掺量内,混凝土的初始动弹性模量随着微胶囊掺量的增大而减小;但随着侵蚀龄期的增加,微胶囊的作用使得硫酸根离子在混凝土中的传输、扩散受到阻碍,从而显著提高了混凝土的抗硫酸盐腐蚀性能。(5)基于试验结果建立了考虑不同影响因素的硫酸根离子积分面积时变方程,同时依据对混凝土腐蚀后区域划分的假设,建立了基于硫酸根离子分布积分面积的混凝土抗压强度演变方程,并对比室内与实际硫酸盐腐蚀环境,确定室内加速试验的加速因子,对混凝土进行了在硫酸盐腐蚀下的寿命预测。
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