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针对寒冷盐碱干旱环境对混凝土结构的盐结晶侵蚀、盐冻破坏、温度变形和收缩变形大等特点,配制了引气硅粉混凝土,采用以水胶比、硅粉、含气量和砂率(简称四因素)为参数的正交试验,和以水胶比及含气量为参数的单因素试验,进行了引气硅粉混凝土四种耐久性能的研究和微观结构形态的分析:
(1)60d龄期线膨胀系数;
(2)收缩性能,并建立了引气硅粉混凝土的收缩模型;
(3)以盐碱溶液和饱和硫酸钠溶液为侵蚀介质的干湿循环条件下抗盐结晶侵蚀破坏性能;
(4)在盐碱溶液和饱和硫酸钠溶液环境中的抗盐冻性能;
(5)微观结构的观察和分析。
通过试验研究,取得以下主要结论:
1.四因素对60d龄期线膨胀系数的顺序是水胶比>硅粉>含气量>砂率;随着水胶比、硅粉掺量和砂率增大,线膨胀系数增大;含气量为3.5%时,线膨胀系数较小,但在含气量为6.0%时,线膨胀系数和空白混凝土近似相等。
2.四因素对混凝土收缩性能均有显著的影响。随着水胶比、硅粉掺量、含气量和砂率的增加,混凝土收缩增加。四因素对收缩性能的影响顺序和收缩龄期有关。收缩模型符合指数函数εt=ε∞[1-a·exp(bt)],且相关关系显著。
3.混凝土在干湿循环条件下盐结晶破坏过程中,重量随干湿循环次数的变化规律和盐碱溶液的种类、混凝土的抗盐结晶破坏能力均有关系。在盐碱溶液中,混凝土的质量是先下降后持续增加直到破坏,在饱和硫酸钠溶液中则会先上升然后迅速下降。
4.混凝土在盐结晶侵蚀下为体积膨胀性腐蚀破坏。
5.水胶比、硅粉、含气量三因素对混凝土抗盐结晶侵蚀破坏性能具有明显的影响,砂率的影响较小。水胶比为0.40并掺加适量硅粉和引气剂的混凝土具有良好的抗盐结晶侵蚀性能。引气剂引入的微小气泡有效缓解混凝土盐结晶压力。
6.建立了相关关系显著的表征混凝土抗盐结晶破坏性能的评价参数:I=ln[K(ki)/Q],并建立了最大干湿循环次数和此评价参数的关系式:Nmax=A·ln[K(ki)/Q]+B。
7.水胶比、含气量和硅粉对混凝土的抗盐冻性能有显著的影响,砂率的影响不明显。随着水胶比的减小和含气量的增大,混凝土抗盐冻性增强;随着硅粉掺量的增加,在盐碱溶液中混凝土的抗盐冻性能增强;在饱和硫酸钠溶液环境中硅粉掺量5%时混凝土的抗盐冻性能最优。
8.利用二次电子扫描图像(SEM)和背散射电子扫描图像(BSE)对混凝土硬化浆体的微观结构观察和分析,引气硅粉混凝土具有均匀分布的球形孔结构,这也是正交试验B和C组具有优良抗盐结晶和抗盐冻性能的本质原因。