沿海滩涂湿地环境中混凝土耐久性研究与评价

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临海环境中的钢筋混凝土由于受到周边环境因素影响,易出现耐久性劣化的问题。论文以江苏某滨海滩涂湿地为研究区域,通过对其潮间带土壤性质采样调查,配制两种盐侵蚀溶液,根据盐沼湿地潮汐区自然环境特点,设计了长期浸泡、浸泡+干湿循环和浸泡+冻融循环三种工况,模拟混凝土在滨海盐沼湿地和潮汐作用下服役环境,进行混凝土耐久性试验。论文对比分析了三种工况下的混凝土形貌、强度、氯离子含量、质量损失率和相对动弹性模量的变化特征,同时对比了相同试验工况下不同侵蚀液和不同浓度对混凝土侵蚀影响,依据试验数据,对混凝土抗盐冻性能的四种耐久性评价指标的分析结果进行对比,运用灰色关联分析理论和层次分析法对混凝土耐久性进行分析评价,论文主要研究内容如下:(1)通过侵蚀液长期浸泡试验,研究了混凝土长期处于滩涂湿地环境中的微细观结构和力学性能变化,得到了氯盐环境下混凝土性能变化规律。试验结果表明:在长期浸泡条件下,混凝土的抗压强度提升幅度较大,抗折强度有小幅提升,在浸泡龄期90d后趋于稳定。溶液浓度越高,混凝土强度提升率越高;混凝土表层氯离子含量最高,越往混凝土内部深入,含量越低,至内部30mm深度后趋于稳定;且氯离子含量受混凝土强度等级、浸泡龄期、溶液类型和浓度以及扩散深度的综合影响。(2)通过侵蚀液浸泡+干湿循环试验,研究了混凝土处于滩涂湿地潮间带环境中的耐久性能,揭示了氯盐和干湿循环双重作用下混凝土劣化机理。试验结果表明:干湿循环初期,混凝土抗压强度会有小幅提升,经多次干湿循环后,后期混凝土抗压与抗折强度呈下降趋势,氯离子含量变化规律与长期浸泡的试验结果类似。(3)通过侵蚀液浸泡+冻融循环的试验,研究了冬季滩涂湿地潮间带环境对混凝土耐久性能的影响,揭示了混凝土性能变化规律和劣化机理。试验结果表明:随冻融循环次数增加,混凝土抗压和抗折强度明显下降;质量损失率呈上升趋势,初期上升较平缓,后期上升幅度较大,质量损失率与侵蚀液浓度有关,在5%溶液浓度中质量损失率最高;相对动弹性模量呈下降趋势,初期下降较平缓,后期下降幅度较大。这四种指标变化受到混凝土强度等级、冻融循环次数、溶液类型和浓度的影响。(4)对三种工况下试验结果进行对比分析,提出了基于混凝土配合比及表面防护提升混凝土抗盐冻性能的方法。分析结果显示:三种试验工况下,混凝土受侵蚀情况排序是(浸泡+冻融循环)>(浸泡+干湿循环)>(长期浸泡)。在混凝土表层,同标号混凝土试件氯离子含量在试验工况二(浸泡+干湿循环)中高于工况一(长期浸泡)。扩散深度达30mm后,两种工况下氯离子含量区别较小。经浸泡+冻融循环200次后,同标号混凝土试件,抗压和抗折强度排序为:掺硅灰混凝土>掺高效引气剂混凝土>普通混凝土;普通混凝土质量损失率远高于掺高效引气剂和掺硅灰混凝土;相对动弹性模量的排序为:掺高效型引气剂混凝土>掺硅灰混凝土>普通混凝土。另外,混凝土试件经表面防护处理后,耐久性能提升。(5)运用灰色关联分析理论对盐沼湿地环境下混凝土耐久性进行分析,确立了各因素对混凝土耐久性指标的关联度排序。分析结果表明:各种影响因素中,与混凝土相对抗压及抗折强度这两个性能评价指标关联度最大影响因素是混凝土初始强度,侵蚀液浓度次之,其它影响因素关联度较小;与混凝土质量损失率和相对动弹性模量这两个性能评价指标的关联度最大影响因素是浸泡+冻融循环时间,硅灰掺量次之,其它影响因素关联度相对较小。(6)通过解析混凝土四种评价指标分析结果的相关性,运用层次分析法对混凝土四种性能评价指标进行权重计算,构建了盐冻环境中混凝土耐久性评价与预测的计算模型,对混凝土性能进行等级评定。评定结果与试验结果有较好的相关性。
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