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预防盐碱环境中混凝土结构耐久性病害的研究及应用

牛全林  
【摘要】:论文结合东营黄河公路大桥灌注桩基础的耐久性设计和施工要求,对预防盐碱地混凝土耐久性病害的问题进行了研究,主要包括混凝土抗氯离子扩散、抗硫酸盐腐蚀和抑制碱骨料反应三个方面。由于灌注桩深达120m,要求混凝土免振自密实且无离析泌水,因此使用了矿物质超细粉以来满足其施工要求;由于东营地下水中富含氯盐、硫酸盐和碱金属离子,文中对包括矿渣、粉煤灰、沸石和偏高岭土在内的矿物质混合材的耐久性效应进行了研究。根据试验揭示的规律,研发了可以综合预防盐碱地混凝土耐久性病害的复合超细粉,并在工程上予以应用。 论文首先研究了混凝土抗氯离子腐蚀的性能,使用AASHT T277(ASTM C1202)标准对灌注桩混凝土的6h总导电量进行检测和控制,并对其使用寿命进行了分析和预测;由于导电量受到多种与氯离子渗透性不相关的因素的影响,本文还检测了饱碱后混凝土电导与碱液的电导比,以试图表征由孔隙率、孔径连通程度等参数控制的氯离子扩散性能;由于氯离子在扩散过程中还伴随着化学反应,所以本部分还通过氯池浸泡法检测了不同矿物质混合材对氯离子在净浆试件中渗透扩散的影响。试验表明:矿物质超细粉可以有效抑制氯离子在水泥和混凝土中的扩散,并可以通过化学反应将渗透到试件中的氯离子固化,起到保护钢筋的作用,单掺时以偏高岭土和矿渣效果最好。 其后以偏高岭土为必要组分,复掺粉煤灰、沸石和矿渣等混合材配制了复合超细粉,在防治氯离子侵蚀的基础上,检验了复合粉抗硫酸盐腐蚀的效果。结果表明:复合粉在提高混凝土抗渗性基础上,显著降低了其中 的含量和混凝土的碱度,使得形成石膏和钙矾石的反应向左进行,因此有效缓解了石膏型膨胀和钙矾石型膨胀,提高了混凝土抗硫酸盐腐蚀的性能。文中还尝试提出了石膏饱和系数 的概念,并结合混凝土碱度和氢氧化钙含量的变化,分析了低C3A和/或高C3S水泥抗蚀性能差、而有些高铝水泥抗蚀性能较好的原因。 最后研究了混合材对碱骨料反应的抑制作用,并分析了骨料的碱析出情况。 WP=5 混凝土中的碱份除来自水泥和混合材外,还来自骨料的碱析出,沸石和粉煤灰则可以明显降低碱骨料反应引起的膨胀,主要机理是提高物理稀释和吸附碱金属离子降低混凝土碱度。通过对沸石的改性可以得到NH4+型沸石,从而大大提高了其吸附碱金属离子、降低混凝土碱度的能力,较小掺量即可抑制碱硅酸反应。


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