寒冷地区溶蚀环境下纳米粒子和粉煤灰对混凝土耐久性能和服役寿命的影响及机理研究

来源 :内蒙古农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wangluochg
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大坝、隧洞、混凝土深桩等长期服役于水环境下的混凝土工程,因遭受环境水的侵蚀,混凝土内部水化产物中的钙离子逐渐溶解,结构出现溶蚀损伤,特别是存在于软水或者其它侵蚀介质的混凝土结构更为严重。因此,本文研究普通混凝土(Ordinary Concrete,OC)、粉煤灰混凝土(Fly ash Concrete,FC)和纳米SiO2混凝土(Nano-SiO2Concrete,NC)不同养护龄期下的抗压强度和劈裂抗拉强度,并利用2M NH4Cl溶液为侵蚀介质,通过室内溶蚀试验,对不同溶蚀龄期下的混凝土,分别从抗压强度、饱和面干吸水率、溶蚀深度细致探究溶蚀耐久性宏观特性,结合FESEM、核磁共振技术、TG-DTA和Rapid Air 457混凝土气孔结构分析仪等先进技术手段来探究混凝土在溶蚀环境下的损伤劣化机理,同时结合严寒地区特殊环境将混凝土溶蚀与冻融进行耦合,研究两者交互作用下溶蚀混凝土的耐久性能。本文研究的主要内容与结论如下所述:(1)混凝土工作性能随着NS的增加而迅速下降,1%、3%和6%掺量的纳米SiO2混凝土坍落度比普通混凝土下降8.5%、17%和27.5%。纳米SiO2的掺入显著提高混凝土的强度,NS掺量为1%、3%和6%时28 d混凝土抗压强度比普通混凝土高9.27%、12.87%和4.19%,劈裂抗拉强度分别提高10.94%、16.34%、7.63%。不同掺量粉煤灰混凝土的坍落度与普通混凝土相比没有较大差别,流动性与和易性均能满足施工要求。粉煤灰掺量为15%、30%和45%时混凝土强度均低于普通混凝土。(2)采用2M NH4Cl溶液为侵蚀介质,研究普通混凝土、粉煤灰混凝土和纳米SiO2混凝土时变劣化损伤特征。宏观试验结果表明:随着溶蚀时间的增长,混凝土均出现不同程度的劣化损伤,粉煤灰和纳米SiO2的掺入提高了混凝土的耐蚀性能。粉煤灰掺量不超过30%时,具有抗溶蚀效果,其中15%时性能最佳;对于纳米SiO2混凝土,掺量3%时溶蚀深度最小,抗压强度劣化发育最为缓慢。对于溶蚀混凝土抗压强度的预测,粉煤灰混凝土GM(1,1)预测模型的相对误差在1.5%内,纳米SiO2混凝土GM(1,1)预测模型的相对误差在1.0%内,且后验差比值均小于0.35,小概率误差均大于0.95,预测精度较高。微观测试结果表明:随着溶蚀进行,CH较为敏感,最先溶蚀脱钙,混凝土微结构劣化表现为新发育的微小孔隙、微小孔隙劣化为小孔隙和小孔隙与孔隙之间的联接通道逐渐发育变为大孔隙,微裂纹尺寸扩大,孔隙度增大,致使密实度降低,普通混凝土结构较早的疏松溃散。微观分析从本质上揭示了宏观性能退化的规律,针对混凝土溶蚀损伤D,采用灰熵法探讨了孔结构参数对溶蚀损伤D的影响规律。(3)开展了溶蚀-冻融耦合作用下溶蚀混凝土的劣化规律试验,以质量损失率和相对动弹性模量作为混凝土抗溶蚀-冻融能力的评价指标,结合核磁共振技术,探讨溶蚀与冻融耦合制度下混凝土耐久性的劣化特征。基于灰色系统理论和损伤曲线模型,利用实测试验数据分别建立了混凝土服役寿命的预测模型。
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