【摘 要】
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在国家“双碳”战略引领下,再生混凝土已被应用于新建混凝土结构中。我国西北地区气候干燥,土壤及地下水中富含侵蚀性离子。再生混凝土复杂界面过渡区结构,使侵蚀性离子极易扩散至混凝土内部,与水化产物发生一系列物理、化学作用,降低再生混凝土结构耐久性。再生混凝土结构柱根部位于地下高湿度与空气低湿度交界区,再生混凝土气液交界区、大气区因蒸发作用在混凝土毛细孔中形成的“抽吸力”,加速侵蚀性离子的扩散与传输,造成
【基金项目】
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国家自然科学基金(编号:51908440);
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在国家“双碳”战略引领下,再生混凝土已被应用于新建混凝土结构中。我国西北地区气候干燥,土壤及地下水中富含侵蚀性离子。再生混凝土复杂界面过渡区结构,使侵蚀性离子极易扩散至混凝土内部,与水化产物发生一系列物理、化学作用,降低再生混凝土结构耐久性。再生混凝土结构柱根部位于地下高湿度与空气低湿度交界区,再生混凝土气液交界区、大气区因蒸发作用在混凝土毛细孔中形成的“抽吸力”,加速侵蚀性离子的扩散与传输,造成混凝土保护层剥落和钢筋锈蚀,严重威胁结构耐久性与安全性。鉴于此,开展再生混凝土结构柱根部复合盐侵蚀耐久性研究,对揭示再生混凝土结构耐久性能退化规律及机理、推动西北地区再生混凝土科学合理应用,具有重要的科学意义与工程价值。论文基于我国西北地区气候环境特征和再生混凝土结构柱根部耐久性破坏特点,采用7.5%wt.Mg SO4-7.5%wt.Na2SO4-5%wt.Na Cl复合溶液模拟环境侵蚀离子,部分浸泡方式模拟结构柱根部服役环境,系统开展部分浸泡复合盐侵蚀再生混凝土耐久性试验。以侵蚀再生混凝土表观形貌、相对纵、横向动弹性模量、质量及相对抗压强度为耐久性指标,分析部分浸泡复合盐侵蚀再生混凝土耐久性退化规律,研究矿物掺合料种类及搭配方式对再生混凝土耐久性能的影响;采用X射线衍射、红外光谱、热分析以及扫描电镜等微观表征手段,研究损伤再生混凝土微观结构演化过程,揭示部分浸泡复合盐侵蚀再生混凝土耐久性退化机理。研究内容及主要结论如下:(1)对侵蚀再生混凝土表观形貌及宏观裂缝进行了观测与测量,基于宏观裂缝宽度、表面混凝土剥落面积、盐结晶面积等指标,提出损伤再生混凝土表观形貌损伤分级评定标准。双掺矿物掺合料再生混凝土组表观损伤程度整体低于多掺矿物掺合料再生混凝土。其中,粉煤灰-矿渣双掺的损伤程度最低,而粉煤灰-硅灰双掺的损伤程度最高,矿渣-硅灰-偏高岭土三掺再生混凝土表观形貌破坏程度相对较小。(2)部分浸泡复合盐侵蚀再生混凝土物理力学性能随侵蚀龄期持续下降,按下降速率呈现出缓慢下降、快速下降和急速下降三个阶段。综合分析侵蚀再生混凝土物理性能指标变化规律,再生混凝土试件沿长度方向由下至上可划分为浸泡区、气液交界区和大气区三部分,浸泡区和气液交界区横向相对动弹性模量随侵蚀龄期增加呈现较大变化,即浸泡区横向相对动弹性模量从侵蚀初期高于交界区,逐渐转变为低于交界区的发展态势。(3)研究了矿物掺合料种类及搭配方式对再生混凝土耐久性能的影响。结果表明,双掺矿物掺合料再生混凝土耐久性较好,而多掺矿物掺合料再生混凝土耐久性较差。针对双掺矿物掺合料再生混凝土,粉煤灰-矿渣双掺的物理力学性能退化程度最小,粉煤灰-硅灰双掺物理力学性能退化程度最大。同时,矿渣-硅灰-偏高岭土三掺侵蚀后物理力学性能表现良好。(4)综合分析侵蚀再生混凝土物理力学性能及微观结构表征结果,部分浸泡复合盐侵蚀再生混凝土耐久性退化过程可分为性能缓慢退化阶段、性能快速退化阶段及性能急速退化阶段等三个阶段。性能缓慢退化阶段,浸泡区及气液交界区再生混凝土表面被水镁石、石膏、钙钒石等侵蚀产物填充,侵蚀层混凝土密实度提升,再生混凝土整体呈现侵蚀缓慢。但是,在大气区混凝土毛细孔水蒸发形成“抽吸力”作用下,气液交界区再生混凝土侵蚀速率高于浸泡区。性能快速退化阶段,气液交界区再生混凝土中芒硝晶体逐渐形成,其物理性能快速下降。此时,浸泡区混凝土中大量生成的水化硅酸镁导致其性能退化速率高于气液交界区。随着侵蚀持续,再生混凝土中膨胀晶体及无胶凝性产物含量快速增多,混凝土物理力学性能急速退化。
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