基于氯化铵加速侵蚀下混凝土性能的影响研究

来源 :云南农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:fanny_lizzy
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水工建筑物在服役期容易受到腐蚀性环境的影响,导致了混凝土强度下降和耐久性劣化,这是影响水工混凝土使用寿命和服役安全性的重要因素。在腐蚀环境下,混凝土内部孔溶液中的钙离子(Ca2+)在内外浓度梯度作用下,扩散至外部腐蚀环境,导致混凝土结构中的固体钙化物溶出,致使孔隙率增加而引起力学性能下降。本文采用6 mol/L、12 mol/L氯化铵(NH4Cl)溶液作为加速侵蚀介质,开展室温(25℃)环境中水灰比为0.6的净浆和混凝土试件的侵蚀,以模拟分析腐蚀环境下水工混凝土的加速钙侵蚀进程,测试不同侵蚀龄期的抗压强度,利用化学滴定法确定侵蚀深度、钙溶出量,并利用饱水干燥称重确定试件的孔隙率、质量损失系数,分析加速侵蚀介质对净浆微结构演变及物相组成变化过程的影响,与此同时将净浆对应水灰比的混凝土试件放置于6 mol/L侵蚀环境下侵蚀,测试其抗压强度、劈拉强度、侵蚀深度,计算其每一个侵蚀龄期下的含水率和饱和度用来表征孔结构的变化。再将净浆的孔结构变化、氢氧化钙[Ca(OH)2]的脱出量与混凝土的宏观力学表现、孔结构变化相结合,并结合SEM微观形貌分析试件内部的物相变化,找到水工混凝土结构耐久性能宏观、细观、微观之间的联系。主要研究内容和成果如下:(1)对净浆进行全浸泡试验,达到对应龄期后比较6 mol/L、12 mol/L侵蚀浓度下轴心抗压强度与耐久性能、脱钙程度与耐久性能的演变规律。试验结果表明:12 mol/L侵蚀环境条件比6 mol/L侵蚀环境下净浆的劣化程度更大,试件在3 d~28 d短龄期时受到溶液的侵蚀破坏程度更大,而在28 d~90 d长龄期时内部结构逐渐趋于稳定。当试件在压力荷载的作用下,受到加速侵蚀的试件表面存在明显的膨胀开裂现象。同时在SOLIDWORKS中建立数值模型,通过数值模拟预测试验结果中净浆的应力应变及位移,与试验结果做对比,具有良好的拟合度,对净浆的有限元分析提供一定的参考。(2)将对应水灰比下的混凝土试件放置于6 mol/L溶液中进行全浸泡试验,达到对应龄期后分析混凝土孔结构与强度变化、侵蚀深度与强度变化的一般规律。结果表明:随着抗压强度的增加,标准养护条件的含水率明显低于侵蚀环境,标养下试件的饱和度在91%~92%的区间趋于稳定,而侵蚀3 d~28 d后,试件内部结构不够稳定,导致侵蚀深度的增长率明显大于长龄期。随着龄期的延长,饱和度逐渐增大,孔结构稳定程度提升。而试件的抗压、劈裂抗拉强度在7 d~60 d龄期下,标准养护试件的强度明显低于6 mol/L侵蚀环境,随着龄期的延长至90 d,标养下试件的强度大于侵蚀环境。在侵蚀环境下,混凝土的抗压强度增长率明显大于劈拉强度,说明抗压强度比劈拉强度增长得更快。(3)根据上述净浆、混凝土得出的试验结果,水泥本身在混凝土试件内部发生水化反应,生成的胶凝材料能够包裹试件内部的大部分骨料,这是试件具有强度的根本原因。因此根据上述试验结果、结论,建立混凝土的侵蚀模型,达到探索净浆孔结构与混凝土强度、净浆脱钙程度与混凝土强度变化规律的目的。结果表明:侵蚀环境下,净浆与混凝土的侵蚀深度随着侵蚀龄期的延长,呈现线性增长的趋势,拟合度较高。标准养护条件下,混凝土的抗压、劈拉强度随着净浆的平均孔隙率的减小而增大。随着净浆脱钙程度的增加,对应水灰比下混凝土的强度在受到侵蚀作用后,侵蚀早期3d~14 d的强度增长幅度同后期相比显得缓慢。(4)利用SEM扫描电镜对两种环境下试件28 d、90 d龄期时内部的脱钙程度进行微观结构分析。结果表明:标准养护28 d,试件在受到荷载作用发生破坏后,试件内部存在微裂缝,随着养护龄期的延长,试件受到严重碳化影响,呈现白色区域分布。当试件侵蚀28 d后,破坏后的试件裂缝相比于标养条件的更小,加速侵蚀试验能够促进产生钙矾石(AFt),能够填充试件内部孔隙,使得试件的孔隙率逐渐减小。随着侵蚀龄期延长,试件内部水化反应产生的Ca(OH)2稳定性极差,其在未受侵蚀的部分呈片状分布(六方板状晶体),在受到侵蚀后试件内部含量明显减少,致使强度的损失。因为试件内外存在氯离子(Cl-)具有浓度差,NH4Cl会与试件表面的Ca(OH)2发生化学反应,生成产物:氯化钙(Ca Cl2)、水(H2O)、具有膨胀破坏能力的氨气(NH3)。同样混凝土试件内部的铝酸三钙(C3A)与Ca Cl2、H2O反应生成弗雷德尔盐(3Ca O·Al2O3·Ca Cl2·10H2O,简称Friedel,s salt)。这种盐类在试件内部适量存在时,能够起到增加试件致密程度的作用。然而当侵蚀龄期延长至90 d,盐类生成过量,这种片状的Friedel,s salt就会对试件的内部结构稳定性带来负面影响。
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