【摘 要】
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众所周知,混凝土的耐久性是决定工程结构构件使用寿命的重要因素,世界范围内各国因混凝土耐久性问题造成的巨额经济损失均分占国民生产总值的3%-5%,其中因钢筋腐蚀受到严重威胁约占八成。普遍认为氯离子是导致结构侵蚀破坏的主要原因,为了提高钢筋混凝土在含氯环境下的抗腐蚀性能,开发更耐久的可替代普通硅酸盐水泥(OPC)的材料引起了学术界和工业界的广泛关注和兴趣。碱激发材料具有CO2排放量低、快凝早强、耐化学
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众所周知,混凝土的耐久性是决定工程结构构件使用寿命的重要因素,世界范围内各国因混凝土耐久性问题造成的巨额经济损失均分占国民生产总值的3%-5%,其中因钢筋腐蚀受到严重威胁约占八成。普遍认为氯离子是导致结构侵蚀破坏的主要原因,为了提高钢筋混凝土在含氯环境下的抗腐蚀性能,开发更耐久的可替代普通硅酸盐水泥(OPC)的材料引起了学术界和工业界的广泛关注和兴趣。碱激发材料具有CO2排放量低、快凝早强、耐化学腐蚀、耐高温等优点,其原材料是粉煤灰、矿渣等硅铝酸盐固体,是在碱性条件下激发原材料活性得到一种具有胶凝性能的绿色环保建材。基于本课题组已有的研究,本文展开了对碱激发混凝土抗氯离子侵蚀长期性能的研究,研讨了不同影响因素(矿渣掺量、水灰比、Na2O含量和砂率)下宏观力学性能、微观产物晶相情况、产物的聚合度、微观孔结构等的发展规律,同时采用最能反映真实情况的自然浸泡法和试验操作相对简单、周期短的电加速氯离子迁移法(RCM法)对碱激发混凝土的抗氯离子侵蚀性能进行评估,并建立起两者方法的定量关系,为实现碱激发混凝土的耐久性寿命预测提供参考依据。研究表明:不同影响因素对碱激发混凝土的早期抗压强度影响较为明显,随着龄期延长至两年,所有配比的抗压强度都趋于平缓,对于长龄期的抗压强度,不同影响因素对其抗压强度的影响规律大体一致,除矿渣掺量100%(SL100)、水灰比为0.4(W4)、Na2O含量为4%(N4)出现了强度倒退的现象外,其余配比仍处于持续碱激发反应状态,强度缓慢增长。自然浸泡法和RCM法所测得的氯离子系数虽然在数值上有差异,但整体趋势与变化规律均有较好的相关性;两种方法表征出的早期抗氯离子侵蚀性能均随着矿渣掺量、碱含量的增大而增大,随着水灰比的增大而降低;随着龄期的延长,各个影响因素的影响程度对碱激发混凝土的性能发展趋势降低,SL100和W40在28+365d时氯离子系数略有增大,这与强度倒退相对应;掺量适中的W45、N5表现出更优的性能发展;略有不同的是,28+730d时SL100的碱激发混凝土抗氯离子侵蚀性能表现得更好些,但与SL70相差甚小,几乎相同;而砂率的影响自始至终无明显规律。矿渣掺量、水灰比和碱含量是影响氯离子传输的重要因素。此外,除W50早期的抗氯离子侵蚀性能不如OPC外,其他配比在相同时期的氯离子系数要比OPC好两倍以上。对比自然浸泡法和RCM法所得结果发现,不同影响因素下的碱激发混凝土均对时间表现出较强的依赖性,通过引入老化系数,并对两组数据进行修正后拟合分析可知呈线性关系发展,成功建立起两者之间的定量关系;一旦已知某一配比的老化系数和初始扩散系数,便可以通过RCM法和该定量关系唯一确定出任一浸泡t时刻的自然扩散系数真实值,进而克服自然浸泡法操作过程繁杂、周期长的缺点,同时可为实现碱激发混凝土寿命预测模型提供参考。FTIR和XRD试验结果表明,随着矿渣掺量的增加,波数频率依次降低,体系聚合度降低,这与粉煤灰的后期持续碱激发反应有关;除SL100外,衍射角位于15°~40°左右衍射峰变宽,这与反应生成的水化硅铝酸钠(N-A-S-H)和水化硅铝酸钙(C-A-S-H)有关,表明其抗氯离子侵蚀性能加强。随着水灰比的增大,产物中的部分硅氧四面体、铝氧四面体的结构的发生变化,导致抗氯离子性能下降,这与宏观性能规律性吻合;随着龄期的延长,N4、N5和N6的聚合度和反应产物均趋于稳定,说明该影响因素效果逐渐变弱,这与宏观性能表征一致。此外,在OPC中存在一种具有较强结合氯离子能力的Friedel盐,对氯离子的绑定测试影响较大,而碱激发材料体系中并无此盐,故普遍认为碱激发材料的氯离子绑定能力较弱,可以忽略不计。另外,通过氮气吸附试验可知,碱激发混凝土的抗氯离子侵蚀性和力学性能还与基体的累计孔体积、孔径分布情况有着密切的联系,总吸附量越多,说明基体内部孔隙越多,但由于“墨水瓶”状的孔结构以及细颈的管状孔结构的影响,也可能使得体系表现出较高的性能优势。
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