【摘 要】
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随着城市化进程的推进和交通工程的快速发展,目前城轨交通尤其是地铁交通已经成为了各个城市的主流交通方式之一。但地铁结构并非完全绝缘,其中会有部分电流泄漏,即为杂散电流。地铁工程处在杂散电流与地下水溶蚀的复杂侵蚀环境中,这会对其工程结构安全性带来潜在的隐患。那么模拟地铁工程的侵蚀环境,研究其主体结构水泥基材料在杂散电流作用下的抗溶蚀性能具有重要的工程价值。而粒化高炉矿渣作为常用的矿物掺合料之一,凭借其
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随着城市化进程的推进和交通工程的快速发展,目前城轨交通尤其是地铁交通已经成为了各个城市的主流交通方式之一。但地铁结构并非完全绝缘,其中会有部分电流泄漏,即为杂散电流。地铁工程处在杂散电流与地下水溶蚀的复杂侵蚀环境中,这会对其工程结构安全性带来潜在的隐患。那么模拟地铁工程的侵蚀环境,研究其主体结构水泥基材料在杂散电流作用下的抗溶蚀性能具有重要的工程价值。而粒化高炉矿渣作为常用的矿物掺合料之一,凭借其优异性能在建筑材料领域中得到了广泛的应用。本文以直流电模拟地铁环境的杂散电流,研究了不同矿渣粉掺量、不同杂散电流强度及不同水胶比对水泥基复合材料在杂散电流作用下抗溶蚀性能的影响,利用XRD、TG/DTG等微观测试手段分析了其作用机理,并通过COMSOL Multiphysics有限元分析软件对水泥基材料在杂散电流作用下的软水溶蚀过程进行了模拟计算。主要研究内容及结论如下:(1)研究了矿渣粉掺量、杂散电流强度和水胶比对矿渣粉水泥基复合材料经杂散电流与软水溶蚀耦合作用后力学性能、孔溶液碱度及孔溶液Ca2+浓度的影响。结果表明,当杂散电流电压为40V,溶蚀90d时矿渣粉掺量为40%和50%的水泥基复合材料抗压强度最高,分别上升了40.71%和58.10%;孔溶液p H值和Ca2+浓度则逐渐降低。随着电流的增强,矿渣粉水泥基复合材料的抗压强度先下降后上升。在通电溶蚀前期孔溶液p H值下降速度较慢,而后期孔溶液p H值则明显大于不施加电流的组别。随着水胶比的增大,矿渣粉水泥基复合材料的抗压强度逐渐下降,孔溶液p H值和Ca2+浓度逐渐降低。(2)研究了矿渣粉掺量、杂散电流强度和水胶比对矿渣粉水泥基复合材料经杂散电流与软水溶蚀耦合作用后微观结构及组成的变化。测试结果显示,矿渣粉掺量越大,水泥基复合材料内部Ca(OH)2含量越少,并生成Ca/Si更低的凝胶相,材料的孔隙率变小,结构更为均匀致密。随着电流的增强,矿渣粉水泥基复合材料内部的Ca(OH)2变少,物相边界变得模糊不清,但材料水化产物略有增多,孔隙率略有下降。随着水胶比的增大,材料内部的Ca(OH)2含量变少、被溶蚀掉的物相增多、微观结构变得松散、孔径结构整体变大,孔隙率变大。(3)利用COMSOL软件对水泥基材料在杂散电流下的溶蚀特性进行了模拟计算。模拟结果显示,矿渣粉水泥基复合材料的固相钙及Ca2+全部溶出的时间随矿渣粉掺量的增大而减小。在相同溶蚀龄期时,固相钙的溶解区域和速度随矿渣粉掺量的增大而减小。在不同电压条件下,矿渣粉水泥基复合材料的固相钙及Ca2+全部溶出的时间随电场的增强而减小,在相同溶蚀龄期时,固相钙的溶解区域和速度要随电场的增强而增大。
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