CO_2侵蚀与AAR共同作用下纳米混凝土耐久性试验研究

【摘要】：城市地铁处于地下空间,容易受到地下水中的CO2侵蚀(即碳酸性侵蚀);同时,由于地铁中人流密集,易受到空气中的CO2侵蚀(即碳化)。CO2侵蚀会造成混凝土内部中性化,引起钢筋锈蚀,影响地铁隧道的正常使用。碱集料反应(AAR)会引起混凝土的膨胀开裂,其发生既难以预防,造成的破坏又难以修补;同时,碱集料反应引起的裂缝还会加速混凝土的其他腐蚀作用,也是影响地铁隧道正常使用的重要因素。因此,研究地铁混凝土在C02侵蚀和AAR共同作用下的耐久性显得尤为重要。由于具有颗粒尺寸小、比表面积大和表面能高等特点,纳米材料具有许多不同于其他材料的特殊物理化学性质,如尺寸效应、表面效应、体积效应、宏观量子隧道效应,这些特性使纳米材料在很多领域(包括水泥基材料)有着广泛的应用前景。因此,纳米材料的研究引起了学术界的普遍关注。本文在普通地铁混凝土中掺入适量的纳米材料(纳米Si02、液态纳米Si02和纳米Fe203)来制备纳米混凝土,研究在C02侵蚀和AAR共同作用下纳米混凝土的耐久性。主要研究内容及成果如下:(1)进行纳米混凝土的28d抗压强度试验,分析纳米材料的种类和掺量对混凝土28d抗压强度的影响。试验结果显示,当纳米Si02、液态纳米Si02和纳米Fe203的掺量分别为2%、2%和1%时,混凝土的抗压强度最高。(2)进行碳酸性侵蚀和AAR共同作用下纳米混凝土的耐久性试验,分析不同种类和掺量的纳米材料对混凝土耐久性的影响,并揭示其改善机理。试验结果显示,掺入纳米材料后,混凝土在碳酸性侵蚀和AAR共同作用下的耐久性有了明显的提高,纳米Si02和纳米Fe203的最优掺量分别为2%和1%。详细讨论了混凝土碳酸性侵蚀和AAR的相互作用关系,并结合混凝土的微观结构和孔溶液化学组成揭示了纳米材料对碳酸性侵蚀和AAR共同作用下混凝土耐久性的改善机理。(3)进行碳化和AAR共同作用下纳米混凝土的耐久性试验,以及相同条件下纳米混凝土的AAR单因素试验,对比分析纳米材料的种类和掺量对混凝土耐久性的影响,得出纳米Si02和纳米Fe203的最优掺量分别为2%和1%,并就两组实验结果深入讨论了碳化和碳酸性侵蚀的相互影响,揭示了纳米材料对碳化和AAR共同作用下混凝土耐久性的改善机理。(4)根据AAR试验结果分析了纳米Si02和液态纳米Si02对混凝土的影响,试验结果表明,纳米Si02对混凝土在AAR作用下耐久性的改善效果优于液态纳米Si02;另外,从作用机理角度对比分析了混凝土碳酸性侵蚀和碳化过程的异同点。