酸雨和碳化环境下C25高性能化混凝土耐蚀性能研究

论文摘要

随着我国酸雨区的不断蔓延与扩大,以及大气环境中CO2浓度的不断上升,致使混凝土结构物特别是中低强度等级的混凝土结构物受酸雨与碳化侵蚀破坏日益加剧,严重影响了混凝土结构物的耐久性能和使用寿命。因此,普通混凝土的高性能化技术以及其受酸雨和碳化侵蚀性能劣化规律研究一直是土木工程领域的热点研究课题,为寻求有效的提高普通混凝土高性能化技术途径提供理论基础和技术支持,开展C25高性能化普通混凝土在酸雨与碳化环境下的耐蚀性能研究意义重大。论文以“佛山‘一环’城际快速主干线”桥梁桩基础用C25普通混凝土为研究背景,模拟佛山地区典型酸雨环境,采用高性能混凝土技术,通过优化矿物掺合料和C25普通混凝土的配制技术；开展了室内模拟酸雨侵蚀、快速碳化、先酸雨侵蚀再快速碳化以及先快速碳化再酸雨侵蚀四种不同侵蚀方式对C25高性能化混凝土的耐蚀性能研究；基于室内试验研究结果,采用BP神经网络对C25高性能化混凝土使用寿命进行了预测。研究结果表明：单方水泥用量为111Kg/m3,粉煤灰与矿渣复合粉体为259 Kg/m3(掺量为70%),优化配制的C25高性能化混凝土和易性优良、均匀性良好和优异的抗氯离子渗透能力、28d抗压强度满足规程要求(≥33.3MPa)。在四种侵蚀模式下,C25高性能化混凝土抗压强度随侵蚀龄期的增加而增大,侵蚀后期(侵蚀五周期后)开始呈下降趋势,但均大于初始强度；中性化深度随侵蚀周期增加而增大；酸雨喷淋对混凝土的中性化影响程度不大；在酸雨和碳化作用下,混凝土的中性化主要是由碳化引起,试件侵蚀后表层絮凝状产物和板状Ca(OH)2晶体均随龄期增加而逐渐减少,侵蚀后期Ca(OH)2晶体形貌变模糊,试件表层CaCO3是主要的生成产物,并填充于孔隙。采用BP神经网络和相似理论对C25高性能化混凝土在酸雨和碳化环境下的中性化深度和使用寿命进行了预测,中性化深度预测结果与实测结果吻合良好,优化配制的C25高性能化混凝土结构能够满足设计使用寿命100年的要求。研究成果对酸雨区C25普通混凝土应用技术及相关标准的修订具有重要的指导意义和参考价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 酸雨侵蚀条件下混凝土性能研究
• 1.2.1.1 酸雨对混凝土的侵蚀机理
• 1.2.1.2 混凝土耐酸雨侵蚀的性能预测模型
• 1.2.1.3 酸雨侵蚀混凝土的其它性能研究
• 1.2.2 混凝土碳化性能研究
• 1.2.2.1 混凝土的碳化机理
• 1.2.2.2 混凝土碳化的影响因素
• 1.2.2.3 混凝土碳化深度的预测模型研究
• 1.2.2.4 混凝土碳化的其它性能研究
• 1.2.3 酸雨和碳化环境下混凝土性能研究
• 1.3 本文主要研究内容
• 第二章 原材料及试验设计
• 2.1 原材料
• 2.2 试验思路
• 2.3 试验方案
• 2.2.1 试验过程中主要执行的相关标准
• 2.2.2 FA与SG复合粉体掺比优选试验方法
• 2.2.3 C25高性能化混凝土优选配制试验方法
• 2.2.4 C25高性能化混凝土酸雨和碳化侵蚀试验方法
• 2.2.4.1 试验方案
• 2.2.4.2 模拟酸雨溶液的配制
• 2.2.4.3 碳化试验
• 2.2.4.4 性能测试
• 2.4 试验设备
• 第三章 C25高性能化混凝土配制优选
• 3.1 粉煤灰与矿渣复合粉体掺比优选
• 3.2 C25高性能化混凝土配制优选
• 3.2.1 和易性试验
• 3.2.2 均匀性试验
• 3.2.3 强度试验
• 3.2.4 抗氯离子渗透试验
• 3.3 本章小结
• 第四章 酸雨和碳化环境下C25高性能化混凝土耐蚀试验
• 4.1 C25高性能化混凝土配制
• 4.2 试验结果及分析
• 4.2.1 S模式下C25高性能化混凝土的性能变化规律
• 4.2.1.1 抗压强度变化规律
• 4.2.1.2 内部pH值变化规律
• 4.2.1.3 中性化深度变化规律
• 4.2.2 T模式下C25高性能化混凝土的性能变化规律
• 4.2.2.1 抗压强度变化规律
• 4.2.2.2 内部pH值变化规律
• 4.2.2.3 中性化深度变化规律
• 4.2.3 ST模式下C25高性能化混凝土的性能及微细观结构变化规律
• 4.2.3.1 抗压强度变化规律
• 4.2.3.2 微细观结构变化规律
• 4.2.3.3 内部pH值变化规律
• 4.2.3.4 中性化深度变化规律
• 4.2.4 TS模式下C25高性能化混凝土的性能及微细观结构变化规律
• 4.2.4.1 抗压强度变化规律
• 4.2.4.2 微细观结构变化规律
• 4.2.4.3 内部pH值变化规律
• 4.2.4.4 中性化深度变化规律
• 4.3 酸雨和碳化环境下C25高性能化混凝土性能变化规律
• 4.4 本章小结
• 第五章 酸雨和碳化环境下C25高性能化混凝土使用寿命预测
• 5.1 BP神经网络
• 5.1.1 BP网络的学习规则
• 5.1.2 BP算法的不足及改进
• 5.2 酸雨和碳化环境下C25高性能化混凝土中性化深度的BP神经网络预测
• 5.2.1 BP网络模型设计
• 5.2.2 C25高性能化混凝土中性化深度预测
• 5.3 酸雨和碳化环境下C25高性能化混凝土的使用寿命预测
• 5.3.1 混凝土碳化模型设计
• 5.3.2 碳化深度与碳化龄期关系推导
• 5.3.3 混凝土碳化相似关系的建立
• 5.3.4 混凝土碳化模拟试验步骤
• 5.3.5 混凝土碳化模拟试验研究及使用寿命预测
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间参与科研及发表论文情况
• 一、参与科研项目
• 二、发表论文情况