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携带硫酸盐腐蚀介质再生骨料对混凝土性能影响研究

卢东  
【摘要】:混凝土结构服役期间长期遭受外界环境中硫酸盐侵蚀,将其制备成再生骨料不可避免携带硫酸盐腐蚀介质,采用这类骨料制备新混凝土时,腐蚀介质一定条件下可能在混凝土中形成内腐蚀,进而影响其长期性能。耐久性能作为混凝土结构长期安全使用判定标准,具有重要的现实意义,而硫酸盐侵蚀又是耐久性能研究关键内容,当前仅关注再生混凝土外渗式硫酸盐侵蚀,缺乏携带硫酸盐腐蚀介质再生骨料对混凝土内腐蚀作用机理研究。基于此,本文以携带硫酸盐腐蚀介质再生骨料为对象,研究再生骨料携带硫酸盐介质在水泥水化环境下的溶出特征和扩散机制,探究再生骨料对混凝土长期力学性能、阻尼性能,收缩和抗冻性能影响,分析携带硫酸盐腐蚀介质再生骨料与浆体形成界面特性,以及对混凝土内腐蚀产物组成和分布影响。主要研究内容与成果如下:首先,采用硫酸钠溶液浸泡再生骨料和自制砂浆棒,模拟不同腐蚀程度再生骨料,研究其携带硫酸盐腐蚀介质在蒸馏水、氢氧化钙饱和溶液及水泥浆等溶液环境下以硫酸根离子形式溶出特性和扩散机制。结果表明,再生骨料腐蚀程度越高,溶液环境下硫酸根离子溶出量越多。将砂浆棒置于正方体模具中间并浇筑砂浆,利用脉冲电场加速离子扩散,模拟再生骨料携带腐蚀介质在水泥浆体扩散机制。结果表明,硫酸根离子扩散距离和扩散量均随砂浆水胶比提高而增大,引入矿物掺合料可抑制硫酸根离子扩散。其次,研究携带硫酸盐腐蚀介质再生骨料对混凝土工作性能、力学性能、阻尼性能、收缩性能和抗冻性能影响。结果表明,混凝土坍落度和力学性能随再生骨料替代率提高而降低,而阻尼性能和收缩率随再生骨料替代率提高而增加。试件收缩率在养护前28 d可达测试龄期(120 d)70%左右,而120 d出现小幅度降低。冻融循环次数大于50次,混凝土抗冻性能随再生骨料替代率提高出现明显降低趋势。酸处理再生骨料制备混凝土力学性能、收缩和抗冻性能提升效果最佳、裹浆处理法次之,聚合物改性处理效果最差。最后,采用显微硬度仪、XRD和SEM-EDS等微观测试手段研究携带硫酸盐腐蚀介质再生骨料与浆体形成界面特性、以及对混凝土内腐蚀产物物相组成、形貌和分布影响。结果表明,界面显微硬度随水胶比和骨料腐蚀程度提高而降低,引入矿物掺合料可改善界面质量。混凝土内腐蚀产物主要为针棒状钙矾石和少量短柱状石膏,内腐蚀产物数量随与携带硫酸盐腐蚀介质再生骨料距离增加而减少,而随骨料腐蚀程度和养护龄期增长而增多。经酸处理和裹浆处理后再生骨料制备的混凝土内腐蚀产物数量相对较少。


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