受硫酸盐溶液长期浸泡混凝土耐久性试验研究

论文摘要

硫酸盐侵蚀作为影响混凝土耐久性的主要病害之一,已引起人们的广泛关注,提高混凝土抗硫酸盐侵蚀性是节约能源、资源和保护环境的有效途径,符合当今可持续发展的社会背景。为探明硫酸盐侵蚀机理,改善混凝土抗硫酸盐侵蚀性,预测混凝土寿命服务,国内外学者开展了大量的研究。由于硫酸盐侵蚀的复杂性和长期性,人们采用了多种方法对其研究,有现场试验也有实验室模型试验,但仍存在许多不足之处有待进一步研究。本文对硫酸盐侵蚀研究状况进行分析总结的基础上,指出了目前研究工作中存在的一些问题,并针对这些问题设计了硫酸钠溶液长期浸泡混凝土试验,从宏观和微观两大方面研究了混凝土受硫酸盐侵蚀的规律。1.通过试验研究了混凝土外观、质量、强度随时间变化规律以及溶液浓度和水灰比对混凝土抗硫酸盐侵蚀性的影响。研究表明,硫酸根主要沿混凝土试块表面缺陷侵入混凝土,低浓度侵蚀溶液中混凝土试块受侵蚀面呈白色,高浓度溶液中混凝土试块侵蚀面出现了白色雪花状物质;侵蚀过程中混凝土试块质量呈现先下降后上升再下降的规律,混凝土强度呈现先上升后下降趋势,抗拉强度下降早于抗压强度,小水灰比的混凝土对硫酸盐侵蚀更为敏感,侵蚀溶液浓度对劈裂抗拉影响不显著。2.通过《水泥化学分析方法》中的基准法测定了各侵蚀龄期混凝土中硫酸根含量,研究了长期浸泡条件下溶液浓度和水灰比对混凝土试块内硫酸根浓度以及硫酸根侵蚀深度随时间变化规律。研究表明受侵蚀混凝土内硫酸根含量与溶液浓度不存在正比关系,硫酸盐溶液浓度较高时水灰比对混凝土试块中硫酸根含量和硫酸根侵蚀深度影响显著,3.由于硫酸盐侵蚀混凝土受众多因素影响,利用灰色系统的“贫信息”性,选用灰色系统GM(1,1)模型对混凝土某深度处硫酸根浓度随时间变化规律进行了预测,预测结果与实验结果较为接近,GM(1,1)模型可以作为预测混凝土内硫酸根浓度的工具。4.为探明硫酸盐侵蚀过程中的侵蚀产物种类和含量随时间变化规律,采用德国耐驰仪器有限公司生产的STA409PC型同步热分析仪对试样进行热分析研究,根据差示扫描热量结果确定了各温度峰值对应的物质,并根据热重分析结果对混凝土组分进行了分析。研究表明,在低浓度溶液中硫酸根离子对混凝土的侵蚀可以分为潜伏阶段和钙矾石形成阶段,高浓度溶液中混凝土受硫酸根离子侵蚀生成的石膏早于钙矾石,混凝土外表侵蚀产物的填充作用对水灰比小的混凝土试块可以起到一定的保护效果,硫酸盐侵蚀主要产物的浓度界限有待进一步研究。5.通过热分析和化学浓度测试结果研究了受侵蚀混凝土试块第一层试样中游离硫酸根绝对含量和相对含量随时间变化规律,以及前两层试样内硫酸根浓度比值的变化规律。研究表明,游离硫酸根绝对含量和相对含量均随时间减小,硫酸盐侵蚀深度存在临界深度;在低浓度硫酸盐溶液中,受侵蚀混凝土前两层试样硫酸根含量比约为1.5;在高浓度硫酸根盐溶液中,小水灰比的混凝土前两层试样硫酸根含量比值较大,并呈现随时间增加的趋势;最后提出了对以Fick定律为基础的混凝土内硫酸根含量预测模型进行修正的设想。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 国内外研究动态
• 1.1.1 混凝土硫酸盐侵蚀的研究背景
• 1.1.2 混凝土硫酸盐侵蚀的研究意义
• 1.2 硫酸盐侵蚀机理
• 1.2.1 硫酸根来源及区别
• 1.2.2 硫酸钠侵蚀
• 1.2.3 硫酸镁侵蚀
• 1.2.4 影响因素
• 1.3 混凝土硫酸盐侵蚀研究方法
• 1.4 混凝土抗硫酸盐侵蚀判定指标及预防措施
• 1.4.1 判定指标
• 1.4.2 预防措施
• 1.5 开展混凝土抗硫酸盐侵蚀研究的必要性
• 1.6 本课题主要研究内容
• 2 试验设计
• 2.1 试验材料
• 2.2 混凝土配合比
• 2.3 硫酸盐侵蚀试验方法
• 2.3.1 侵蚀溶液选择
• 2.3.2 侵蚀蚀制度
• 2.4 测试指标
• 3 受硫酸盐溶液长期浸泡的混凝土物理力学性能试验研究
• 3.1 概述
• 3.2 表观现象分析
• 3.3 质量变化
• 3.4 强度变化
• 3.4.1 试验过程
• 3.4.2 抗压强度分析
• 3.4.3 抗拉强度分析
• 3.5 结论
• 4 受硫酸盐溶液长期浸泡的混凝土中硫酸根浓度试验研究
• 4.1 概述
• 4.2 浓度测试方法
• 4.2.1 试样准备
• 4.2.2 硫酸根浓度测试
• 4.3 试验结果分析
• 4.3.1 硫酸根浓度变化规律
• 4.3.2 溶液浓度和水灰比对硫酸根浓度和侵蚀深度的影响
• 4.4 结论
• 5 灰色系统对硫酸根浓度预测研究
• 5.1 概述
• 5.2 灰色系统
• 5.2.1 GM（1, 1）模型
• 5.2.2 GM（n, h）建模
• 5.2.3 a、u 的确定
• 5.3 硫酸根浓度测试结果
• 5.4 硫酸根浓度预测模型
• 5.5 结论
• 6 硫酸盐侵蚀混凝土热分析研究
• 6.1 概述
• 6.2 热分析原理
• 6.3 试验结果分析
• 6.3.1 图谱分析
• 6.3.2 热重分析
• 6.3.3 氢氧化钙含量的变化
• 6.4 结论
• 7 硫酸根离子在混凝土中的状态试验研究
• 7.1 概述
• 7.2 混凝土中硫酸根离子的存在形态
• 7.3 硫酸根离子的侵入
• 7.4 侵蚀模型
• 7.4.1 结合理论模型
• 7.4.2 游离硫酸根含量计算
• 7.4.3 数据分析
• 7.4.4 前两层浓度比
• 7.4.5 硫酸根浓度预测模型
• 7.5 结论
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢