硫酸盐侵蚀环境下沙漠砂混凝土耐久性研究

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沙漠砂混凝土作为一种新型混凝土,充分利用了沙漠资源,有效缓解了河砂供需矛盾,但我国沙漠资源丰富的地区与土地盐渍化地区高度重合,在这些地区推广和使用沙漠砂混凝土就需要考虑混凝土的服役环境和耐久性,而硫酸盐侵蚀是引起混凝土耐久性损伤的主要原因。本文设计了不同沙漠砂替代率及水胶比试验组,通过宏观试验与微观试验相结合的方法,研究沙漠砂混凝土硫酸盐干湿循环侵蚀下的劣化规律和相应机理,基于理论分析提出了硫酸根离子扩散模型和寿命预测模型。主要研究内容如下:(1)研究了沙漠砂混凝土在硫酸盐干湿循环侵蚀作用下的外观损伤、微观结构演变及侵蚀产物,从微观角度出发,对沙漠砂混凝土在硫酸盐干湿循作用下的劣化机理进行分析。侵蚀过程中,外观损伤以表面出现裂缝和四周边缘、边角处混凝土剥落为主。通过SEM电镜扫描、X射线衍射分析,发现掺入沙漠砂后不会改变水泥水化产物的成分,但能够抑制混凝土内部初始裂缝的产生,提升界面过渡区粘结性,减少混凝土内部孔隙和微裂缝,从而提高其抗硫酸盐侵蚀性能。(2)研究了硫酸盐干湿循环侵蚀环境下沙漠砂混凝土质量损失、相对动弹性模量、有效孔隙率、硫酸根离子扩散速率、抗压强度及劈裂抗拉强度等指标的劣化规律。发现随着侵蚀次数的增加,混凝土质量损失呈先减小后增大的趋势,相对动弹性模量、抗压强度及劈裂抗拉强度均呈先增大后减小的趋势。侵蚀150次后,DSC0、DSC20、DSC40、DSC60、DSC-W0.35、DSC-W0.45的试块组抗压强度降幅分别为11.67%、13.95%、7.07%、8.71%、5.58%和14.06%,劈裂抗拉强度降幅分别为21.64%、28.55%、23.74%、24.71%、17.41%和29.34%,可以发现劈裂抗拉强度较抗压强度对于硫酸盐的侵蚀响应更为敏感。提高沙漠砂替代率和降低水胶比均能够降低混凝土有效孔隙率,提高密实度,减小硫酸根离子的扩散速率和侵蚀深度。(3)基于宏观与微观方面的试验结果,提出了沙漠砂混凝土的硫酸根离子扩散模型,探讨了混凝土剥落的剥落厚度临界值和剥落时间,建立了沙漠砂混凝土硫酸盐侵蚀环境下的寿命预测模型,为沙漠砂混凝土结构耐久性评估和耐久性设计提供参考。
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