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近年来,随着我国以及世界各地在盐渍土地区混凝土建设的投资项目越来越多,盐渍土环境对混凝土腐蚀问题越来越严重。为了研究运城盐湖区盐渍土对混凝土的腐蚀及其机理,以减轻盐渍土对混凝土塔基的腐蚀。本文主要通过配制C30、C40、C50及C60共4个不同强度等级的抗腐蚀混凝土,分别在原状盐渍土水溶液、5%硫酸钠溶液、原状盐渍土及盐渍土改性回填土4种腐蚀环境下,腐蚀前后外观形貌、相对质量、相对动弹性模量、抗压强度及复电阻率等物理力学性能的变化及其相互联系,并通过微观检测的手段观察混凝土腐蚀前后微观物质及微观样貌的变化规律,研究分析盐渍土环境对混凝土的腐蚀及其机理。本课题依托企事业单位委托项目:回填盐渍土改性试验及应用研究(RH18200333),主要内容如下:
(1)混凝土各项物理力学性能的研究。采用肉眼观察和物理测试的方法,研究各强度等级混凝土腐蚀前后外观样貌、相对质量、相对动弹性模量和抗压强度等各项物理力学性能。结果表明:各强度等级的混凝土腐蚀前后外观样貌变化存在明显差异,外观样貌腐蚀程度为C30>C40>C50>C60;各等级的混凝土在不同腐蚀环境腐蚀前后相对质量、相对动弹性模量及抗压强度均随着腐蚀龄期的增加基本呈先略微上升,后下降的趋势;随着混凝土强度等级提高,腐蚀严重程度趋于减轻,不同腐蚀环境对混凝土腐蚀严重程度为,硫酸钠溶液>原状盐渍土水溶液>原状盐渍土>盐渍土改性回填土,抗压强度损失严重程度为C30>C40>C50>C60;盐渍土改性回填土相对于原状盐渍土能有效抑制和减轻混凝土的腐蚀;混凝土表面涂防腐涂层,配制高性能混凝土及对原状土进行改性,三者综合处理的方法对于改善混凝土抗腐蚀性能有较大的作用。
(2)混凝土复电阻率的研究。采用交流电二电极法测试分析腐蚀前后各强度等级混凝土复电阻率。结果表明:不同强度等级的混凝土初始复电阻率幅值的大小关系为C60>C30>C50>C40,初始电阻率及相角均随电流频率呈总体下降的趋势,复电阻率幅值随相位角呈总体上升的趋势;原状盐渍水及硫酸钠溶液腐蚀下混凝土电阻率随龄期总体呈先下降再上升最后下降的趋势;原状土及改性土中腐蚀下混凝土电阻率随龄期总体呈先下降再略微上升最后趋于平缓的趋势;涂有防腐层的混凝土较未涂防腐层的混凝土电阻率变化幅度更平缓;混凝土电阻率的变化规律一定程度上侧面反映了混凝土内部状况和腐蚀程度。
(3)混凝土微观研究。采用XRD对各强度等级混凝土腐蚀前后进行物相分析。结果表明:腐蚀前混凝土中物质主要包括二氧化硅、碳酸钙、氧化钙、氢氧化钙、水化硅酸钙及水化铝酸钙等;原状水溶液及原状土中腐蚀后有少量石膏、钙矾石、氯化钙、钙芒硝及氢氧化镁等盐结晶产物生成;硫酸钠溶液中腐蚀后有明显的针棒状晶体,包括钙矾石和与其结构类似的碳硫硅钙石以及片状的二水石膏和其它的水合物硫酸盐结晶体;改性土中腐蚀前后各强度等级混凝土物质变化不明显。采用扫描电镜对各强度等级混凝土腐蚀前后进行形貌分析,结果表明:C30混凝土结构疏松,水泥浆体颗粒之间粘结能力弱,颗粒松散;C60混凝土水泥浆体及C-S-H凝胶之间的胶结能力较其他等级混凝土明显增强,结构更为致密,硅灰的加入使得混凝土内浆体颗粒之间粘结紧凑,结构致密;原状水溶液及硫酸钠溶液腐蚀后,混凝土扫描电镜图中发现具有膨胀性的二水石膏及钙矾石等产物。
(4)混凝土腐蚀机理分析。通过对混凝土进行盐渍土环境腐蚀和干湿状态交替变化处理的溶液腐蚀,对混凝土腐蚀前后试验现象及规律进行分析,进一步得出混凝土在盐渍环境中的腐蚀性能及破坏机理。结果表明:混凝土腐蚀破坏主要包括物理作用和化学腐蚀。
(1)混凝土各项物理力学性能的研究。采用肉眼观察和物理测试的方法,研究各强度等级混凝土腐蚀前后外观样貌、相对质量、相对动弹性模量和抗压强度等各项物理力学性能。结果表明:各强度等级的混凝土腐蚀前后外观样貌变化存在明显差异,外观样貌腐蚀程度为C30>C40>C50>C60;各等级的混凝土在不同腐蚀环境腐蚀前后相对质量、相对动弹性模量及抗压强度均随着腐蚀龄期的增加基本呈先略微上升,后下降的趋势;随着混凝土强度等级提高,腐蚀严重程度趋于减轻,不同腐蚀环境对混凝土腐蚀严重程度为,硫酸钠溶液>原状盐渍土水溶液>原状盐渍土>盐渍土改性回填土,抗压强度损失严重程度为C30>C40>C50>C60;盐渍土改性回填土相对于原状盐渍土能有效抑制和减轻混凝土的腐蚀;混凝土表面涂防腐涂层,配制高性能混凝土及对原状土进行改性,三者综合处理的方法对于改善混凝土抗腐蚀性能有较大的作用。
(2)混凝土复电阻率的研究。采用交流电二电极法测试分析腐蚀前后各强度等级混凝土复电阻率。结果表明:不同强度等级的混凝土初始复电阻率幅值的大小关系为C60>C30>C50>C40,初始电阻率及相角均随电流频率呈总体下降的趋势,复电阻率幅值随相位角呈总体上升的趋势;原状盐渍水及硫酸钠溶液腐蚀下混凝土电阻率随龄期总体呈先下降再上升最后下降的趋势;原状土及改性土中腐蚀下混凝土电阻率随龄期总体呈先下降再略微上升最后趋于平缓的趋势;涂有防腐层的混凝土较未涂防腐层的混凝土电阻率变化幅度更平缓;混凝土电阻率的变化规律一定程度上侧面反映了混凝土内部状况和腐蚀程度。
(3)混凝土微观研究。采用XRD对各强度等级混凝土腐蚀前后进行物相分析。结果表明:腐蚀前混凝土中物质主要包括二氧化硅、碳酸钙、氧化钙、氢氧化钙、水化硅酸钙及水化铝酸钙等;原状水溶液及原状土中腐蚀后有少量石膏、钙矾石、氯化钙、钙芒硝及氢氧化镁等盐结晶产物生成;硫酸钠溶液中腐蚀后有明显的针棒状晶体,包括钙矾石和与其结构类似的碳硫硅钙石以及片状的二水石膏和其它的水合物硫酸盐结晶体;改性土中腐蚀前后各强度等级混凝土物质变化不明显。采用扫描电镜对各强度等级混凝土腐蚀前后进行形貌分析,结果表明:C30混凝土结构疏松,水泥浆体颗粒之间粘结能力弱,颗粒松散;C60混凝土水泥浆体及C-S-H凝胶之间的胶结能力较其他等级混凝土明显增强,结构更为致密,硅灰的加入使得混凝土内浆体颗粒之间粘结紧凑,结构致密;原状水溶液及硫酸钠溶液腐蚀后,混凝土扫描电镜图中发现具有膨胀性的二水石膏及钙矾石等产物。
(4)混凝土腐蚀机理分析。通过对混凝土进行盐渍土环境腐蚀和干湿状态交替变化处理的溶液腐蚀,对混凝土腐蚀前后试验现象及规律进行分析,进一步得出混凝土在盐渍环境中的腐蚀性能及破坏机理。结果表明:混凝土腐蚀破坏主要包括物理作用和化学腐蚀。