干湿交替与复合盐侵蚀共同作用再生混凝土离子扩散研究

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在国家“双碳”战略和“十四五”循环经济发展规划等相关政策引导下,再生混凝土已被应用于新建混凝土结构中。但是,再生混凝土(RAC)存在多重界面过渡区结构,使其耐久性显著低于天然骨料混凝土。我国西北部地区气候干燥,年降水量小,水分蒸发量大,土壤中含有大量侵蚀性离子。在役RAC结构服役过程中,侵蚀性离子通过RAC界面过渡区及毛细孔传输,造成RAC耐久性损伤或剥落,导致钢筋锈蚀及构件承载力失效,严重威胁在役RAC结构的安全与耐久,严重阻碍RAC在工程中的应用。因此,开展复合盐侵蚀RAC离子扩散研究,揭示离子扩散规律与机理,对推动RAC在西北地区钢筋混凝土结构中的科学合理应用,具有重要的参考价值。基于我国西北地区气候环境特点与混凝土结构工程耐久性破坏特征,以7.5%Mg SO4+7.5%Na2SO4+5%Na Cl复合盐溶液为侵蚀介质,模拟RAC结构耐久性腐蚀过程,采用干湿交替的方式,开展复合盐侵蚀RAC离子扩散试验。采取固液萃取法和电化学分析法,测试侵蚀RAC中Cl-、Ca2+、Na+的含量和p H值,以扩散深度和侵蚀时间为轴,分析侵蚀RAC中离子变化规律,着重研究矿物掺合料种类及取代率对侵蚀RAC中离子含量的影响,建立了考虑矿物掺合料种类及取代率的离子扩散模型。采用X射线衍射法分析侵蚀RAC矿物组成,研究侵蚀产物矿物组成变化规律与特征,揭示复合盐侵蚀RAC离子扩散机制。得出以下结论:(1)侵蚀RAC中Cl-含量随干湿交替次数增加快速上升。同干湿交替次数,Cl-含量由高到低依次为:粉煤灰-矿渣双掺RAC、粉煤灰-偏高岭土双掺RAC、粉煤灰-硅灰双掺RAC,并且Cl-含量随矿渣、硅灰、偏高岭土的取代率上升而增加。20%粉煤灰+10%矿渣双掺RAC的Cl-含量最低,10%粉煤灰+20%硅灰双掺RAC的Cl-含量最高。(2)侵蚀RAC的p H值、Ca2+含量随干湿交替次数增加而降低,随侵蚀深度的增大而上升。粉煤灰-矿渣双掺RAC的p H值、Ca2+含量下降较慢,粉煤灰-硅灰双掺RAC的p H值、Ca2+含量下降较快,并且p H值、Ca2+含量随矿渣、硅灰取代率上升而下降。干湿交替180次,20%粉煤灰+10%矿渣双掺RAC的p H值稳定深度最小,20%粉煤灰+10%硅灰双掺RAC的p H值稳定深度最大。(3)Cl-扩散系数与矿物掺合料复掺取代率显著相关。粉煤灰-矿渣双掺RAC的Cl-扩散系数较低,粉煤灰-硅灰双掺RAC的Cl-扩散系数较高。粉煤灰取代率降低,矿渣、硅灰、偏高岭土取代率上升,Cl-扩散系数增大。此外,引入时间衰减系数,建立了考虑矿物掺合料种类及取代率RAC的离子扩散模型。(4)随着干湿交替次数增大,RAC中石膏、硬石膏、水镁石、氯镁石等侵蚀产物衍射峰强度逐渐增大,羟钙石衍射峰强度快速降低甚至消失。随着侵蚀深度增加,石膏、硬石膏、水镁石、氯镁石等衍射峰强度下降直至消失。干湿交替180次(距表层4mm处),20%粉煤灰+10%矿渣双掺RAC中石膏、硬石膏、水镁石、氯镁石衍射峰最低,20%粉煤灰+10%硅灰双掺RAC中石膏、硬石膏、水镁石、氯镁石衍射峰最高。干湿交替180次(距表层10mm处),20%粉煤灰+10%矿渣双掺RAC、20%粉煤灰+10%偏高岭土双掺RAC中石膏、硬石膏、水镁石、氯镁石衍射峰消失,羟钙石衍射峰增大;20%粉煤灰+10%硅灰双掺RAC中仍有石膏衍射峰。
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