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海洋环境下混凝土硫酸盐腐蚀研究

卢峰  
【摘要】:海洋环境中存在高浓度的氯离子、硫酸根离子等多种有害离子,并受海浪、阳光等复杂环境条件的影响,使当今海洋工程面临严峻的混凝土耐久性问题。其中硫酸盐侵蚀是导致混凝土保护层损伤破坏的主要因素之一,为探讨海洋环境下硫酸根离子在混凝土中的传输、反应规律,本课题采用实海暴露试验,室内试验以及微观分析等手段进行综合分析,主要研究内容包括以下几部分: 1)海洋环境下混凝土中SO2-4的传输研究本文重点研究了在海洋环境下(浪溅区、潮汐区、水下区),腐蚀龄期、水胶比、矿物掺合料对混凝土中硫酸根离子传输的影响。试验结果表明:混凝土中总硫酸根离子浓度随着腐蚀龄期的增加而升高,但后期增加幅度逐渐降低;混凝土中总硫酸根离子浓度因水胶比、水泥用量不同而不同;掺加矿物掺合料可以明显改善混凝土的抗硫酸盐侵蚀能力。在海洋水下区,混凝土内总硫酸根离子浓度的分布近似服从菲克第二扩散定律,潮汐区混凝土中硫酸根离子的传输速度大于水下区和浪溅区。 2)海洋环境下混凝土与硫酸盐反应量研究本文在海洋暴露试验研究的基础上,分析了水胶比、矿物掺合料、暴露环境对混凝土与硫酸盐反应量的影响,并建立了混凝土中反应SO2-4量与腐蚀龄期的函数公式,确立了反应系数k。分析结果表明:混凝土中反应硫酸根离子与总硫酸根离子的关系近似服从线性函数分布,其反应的硫酸根离子量约占总硫酸根离子量的73~96%;混凝土的硫酸根离子反应系数随水胶比的降低而增大;矿物掺合料降低了混凝土的硫酸根离子反应系数;混凝土反应的硫酸根离子量的关系为潮汐区>水下区>浪溅区。 3)海洋环境下混凝土硫酸盐腐蚀机理分析本文研究了矿物掺合料、养护龄期、养护制度、腐蚀龄期、硫酸根离子浓度以及氯盐浓度对硫酸盐与净浆粉末反应量的影响。实验结果表明:净浆与硫酸根离子的反应量随水泥用量增加而增加,粉煤灰、矿粉和超细矿粉取代部分水泥后,其化学反应量相应增加。当粉煤灰和矿粉取代率达到15%,超细矿粉取代率达到3%时,其化学反应量趋于稳定;水泥净浆粉末与硫酸盐的反应量随龄期增加最终趋于稳定状态,其最大反应量为2.3%;硫酸根离子浓度对净浆粉末与硫酸盐反应量的影响近似服从二次函数分布;复合溶液中Cl-的存在降低了净浆粉末与硫酸盐的反应量,且随着Cl-升高而降低。 4)海洋环境下混凝土硫酸盐腐蚀产物及传输途径分析本文通过SEM、X荧光、XRF以及能谱分析试验方法,研究了海洋环境下混凝土受硫酸盐腐蚀的产物,硫酸盐在混凝土中的传输机理。研究结果表明:混凝土在海洋环境下腐蚀,其硫酸盐腐蚀产物主要为钙矾石。硫酸盐传输路径主要在浆体-集料界面区进行,腐蚀产物主要分布在浆体-集料界面区以及孔洞中。


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