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原文传递江海交汇环境下承台混凝土制备技术、耐久性及机理研究

论文题名：	江海交汇环境下承台混凝土制备技术、耐久性及机理研究
关键词：	承台;大体积混凝土;制备技术;数学模型
摘要：	目前重大工程混凝土开裂、耐久性和服役寿命等已引起国内外混凝土工程界和科学界的密切关注，也是当今困扰重大基础设施建造的世界性难题。混凝土工程参数的设计和服役期限的预测，一般采用经验法、室内加速试验法、数学模型法等方法来确定。崇启大桥位于江海交汇的长江入海口，且可能出现海水倒灌经过崇启大桥的情况，海水最大盐度达25g/1，其承台混凝土承受多种侵蚀性离子和干湿循环的耦合作用，而目前尚无合理的数学模型可以直接使用，因此本研究采用室内加速法研究该环境下混凝土的损伤劣化规律。在考虑水化热引起的变形影响的同时，本文采用大掺量粉煤灰与矿渣微粉双掺技术，优化设计了大体积混凝土配合比，系统研究了混凝土的工作性、力学性能、抗氯离子扩散性能和水化热等基本性能。采用烘干38h，冷却1h，润湿8h的2d一次的循环制度，通过长达1年多的室内干湿循环试验，研究混凝土在3.5％氯盐、5.0％硫酸盐，3.5%氯盐和5.0%硫酸盐复合盐及盐度251/g的崇启海水等作用下的损伤失效规律，测试了不同循环次数下的超声速度，测定了不同龄期不同深度的氯离子含量，并借助XRD、MIP和TG-DSC等研究离子的侵蚀机理。基于平行管的吸附理论和Fick定律的扩散理论，通过水分传输方程，评估了高性能承台混凝土抗腐蚀离子侵蚀的性能。　　研究结果表明：掺入矿物掺合料可显著减小混凝土的干燥收缩，提高其抗裂性能。复掺粉煤灰和磨细矿渣能降低混凝土水化热，延迟放热峰的出现，氯离子扩散系数随矿物掺量的增加和龄期的增长而降低，双掺能更有效地降低氯离子扩散系数。矿物掺合料的掺入减小了混凝土的最可几孔径、临界孔径等，改善了孔结构分布粉煤灰掺量越大，最可几孔径越小。　　干燥前期水分迅速蒸发，其持续时间随干燥温度的升高而缩短，平均蒸发水量随干燥温度的升高而增大。F30S30组平均蒸发水量最大，水分蒸发速度最快。在60℃下，孔隙率的增大有利于水分的传输。润湿过程毛细吸附作用随温度的升高增强。平行管吸附理论能够较准确的描述混凝土润湿过程。离子不影响混凝土水分润湿过程中的基本传输方程，但影响毛细吸收系数。　　氯盐腐蚀环境下，对不配筋混凝土损伤劣化作用较小，仅F0组混凝土发生明显劣化，干湿循环过程中混凝土劣化速率随矿物掺量的增大而减小。硫酸盐腐蚀环境下，干湿循环368d后，F30S30组混凝土超声声速下降14%，其余4组混凝土声速下降相近在5%～10%之间。复合盐环境下，对于大掺量矿物掺合料混凝土，硫酸根的存在加速了氯盐的腐蚀，氯盐一定程度上加速了硫酸盐对混凝土的侵蚀速度，模拟海水环境下的腐蚀速度最快。不同腐蚀环境下，硫酸盐腐蚀强度损失率最大，氯盐、硫酸盐复合盐次之，氯盐最小；不同配合比混凝土中，F40S20组强度损失率最小。盐腐蚀环境下高耐久性混凝土配合比优选F40S20组。　　干湿循环后混凝土的总孔隙率要大于自然浸泡条件下的，多害孔和有害孔比重更大。大多数微裂纹沿细小孔隙生成，在各细孔间逐步扩展最终连通导致混凝土劣化。氯盐环境下腐蚀后的总孔隙率、各特征孔径和大孔分布均小于复合盐环境下的，而模拟海水环境下的最大。硫酸钠腐蚀的主要产物有：钙矾石、石膏、碳硫硅钙石和硫酸钠结晶盐，氯化钠腐蚀的主要产物有：F盐、NaCl晶体；硫酸盐可以阻碍F盐的生成和NaCl在混凝土内的富集结晶；在于湿循环条件下硫酸盐腐蚀生成半水石膏的几率较大。矿物掺合料的掺入减小了钙矾石的生成量，硫酸盐等的存在减少了F盐的生成，氯盐和硫酸盐等侵蚀消耗了大量的Ca(oH）2。　　干湿循环试件的CT-含量明显高于自然浸泡的，尤其是表层Cl-含量。腐蚀360d后，氯盐环境下Cl-浓度最大，复合盐环境下的浓度最小。硫酸根延缓了氯离子的富集结晶。Fick第二定律能较好的描述自然浸泡条件下氯离子向混凝土的内部传输过程，但不能描述干湿循环过程中的氯离子传输。回归拟合所得氯离子扩散系数随着龄期增长而逐渐减小，F30S30和F40S20组混凝土的氯离子扩散系数小于其他各组混凝土的。硫酸盐和镁盐的存在增大了掺矿物掺合料混凝土的氯离子扩散系数，降低了混凝土抗氯离子扩散能力。
作者：	王伦
专业：	材料科学与工程;材料学
导师：	秦鸿根;庞超明
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2011
正文语种：	中文