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海工混凝土抗冻性与抗氯离子渗透性综合评价

杨文武  
【摘要】:中高纬度沿海地区在世界范围内十分广袤,而这些地区绝大多数为经济发达地区,基础设施和工业与民用建筑数量极大,同时经受海水侵蚀和冻融破坏的环境作用使该区域钢筋混凝土结构耐久性劣化十分突出。 本文针对这一典型的沿海地区环境特点,模拟海洋环境下的混凝土饱含海水或含盐量高的实际服役状态,配制了普通混凝土、粉煤灰混凝土、硅灰混凝土以及磨细矿渣混凝土,同时考虑了水胶比的变化、引气剂掺量的变化与矿物掺合料掺量的变化几个不同的混凝土系列组合。本论文围绕海工混凝土抗冻性-氯离子渗透性的评价方法,通过对不同系列混凝土的海水养护条件下抗压强度的发展规律研究,对模拟海洋环境的抗海水冻融性能和氯离子渗透性能的实验方法进行改进,然后进行了系统的抗冻性和氯离子渗透性试验;在此基础上,研究了混凝土冻渗性的影响因素,利用电涡流法新的测试手段研究了混凝土早期收缩性能与冻渗性的关系,利用SEM和MIP等微观分析手段深入研究了海水腐蚀产物及其形貌和孔结构性能与冻渗性的关系;最后提出了具有优良冻渗性能的海工高性能混凝土发展方向。本论文的主要研究内容与成果如下: (1)将混凝土成型3d后放入海水中养护并与标准养护同龄期抗压强度的试验对比,以抗压强度值变化来评价海水对混凝土结构性能的影响,其公式如下:通过SCF值变化发现,混凝土成型3d后,放入天然海水中养护至28d龄期能够保证混凝土强度以及内部结构性能不下降而且具有较高的海水含量,这也与长期服役海工混凝土中海水含量较高的实际情况相对应。 (2)通过SCF值变化的研究确立了本文的模拟海洋环境的抗冻性和氯离子渗透性实验方法。试验条件为:混凝土成型3d后+28d海水养护,15d更换一次海水,海水温度控制在(20±2℃),冻融介质和氯离子渗透试验饱盐抽真空溶液皆为天然海水,其它试验方法沿用JTJ270-98《水运工程混凝土试验规程》与中国土木工程学会标准CCES01-2004(05修订版)混凝土结构耐久性设计与施工指南的条文。 (3)提出了混凝土抗冻性-抗氯离子渗透综合性能的评价方法,称之为:冻渗综合性能或冻渗性或R值方法。给出了明确的表达公式以及用DF = 0.75做为混凝土冻融破坏临界判定值的意义表达,公式如下:确定了DF值、DNEL值和R值的范围,DF值区间为(0,1],DNEL值数量级区间为[10-7,10-9],R值区间为[107,109],R值的量纲为[s/cm2]。明确了混凝土冻渗综合性能评价方法的物理意义,即,R值的大小反映的是混凝土“抗”冻融循环性能和“抗”氯离子渗透性能,R值越大,混凝土的冻渗性越好;R值越小,混凝土的冻渗性越差。 (4)无论是普通混凝土还是掺加粉煤灰、硅灰或磨细矿渣的混凝土以及掺加引气剂与否,水灰比(水胶比)增大,R值下降;水灰比(水胶比)减小,R值增大。 (5)无论是普通混凝土还是掺加粉煤灰、硅灰以及磨细矿渣的混凝土,当引气剂掺量在一定范围内增大,混凝土冻渗性明显提高,但引气剂掺量过大,混凝土冻渗性提高趋势变缓。 (6)各种矿物掺合料在一定掺量范围内,掺加硅灰提高混凝土的冻渗综合性能和抗氯离子渗透性但降低海水抗冻性,10%左右的硅灰掺量使混凝土冻渗性最佳;掺加粉煤灰或磨细矿渣降低混凝土的冻渗综合性能和海水抗冻性但提高抗氯离子渗透性,30%左右的粉煤灰掺量使混凝土冻渗性最佳,磨细矿渣不存在使混凝土冻渗性最佳的掺量问题。 (7)对于强度等级小于60MPa的混凝土,强度等级与混凝土的冻渗性没有直接的相关性;对于强度等级大于60MPa的混凝土,掺加硅灰的混凝土冻渗性有增大趋势。 (8)电涡流法可以用于混凝土早期,特别是新拌混凝土收缩的测量。用海水拌合与自来水拌合的混凝土早期收缩性能存在明显的差异,海水拌合的混凝土早期收缩都明显降低;用海水和自来水拌合的混凝土早期收缩最大值之差(?ε值)大小与反映混凝土冻渗性的R值大小形成反比的关系。 (9)混凝土海水腐蚀性产物的形貌以及数量和种类的变化一定程度上与反映混凝土冻渗性的R值大小变化规律一致。 (10)海水冻融循环后的混凝土最可几孔径大小最能表征混凝土的冻渗性好坏与R值具有一定的相关性;最可几孔径小,混凝土冻渗性好,最可几孔径大,混凝土冻渗性差。引气剂和硅灰可以极大地减小混凝土最可几孔径从而提高冻渗性,是未来在高纬度海洋环境地区配制海工HPC不可或缺的组分。


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