低温-干湿循环条件下水泥砂浆抗硫酸盐侵蚀试验研究

摘要

随着我国经济的发展，基础建设的不断完善，以及西部大开发战略和“一带一路”理念的实施，公路、桥涵等大型混凝土构筑物向着西北地区不断延伸。由于西北气候条件恶劣，干寒大蒸发量的盐渍土分布广阔，因此在盐渍土地区修建公路、桥涵等大型混凝土结构的技术要求更高。这是由于混凝土在如此恶劣的自然环境下，其耐久性需要经受更加严苛的考验，例如抗氯盐侵蚀、抗冻融、抗硫酸盐侵蚀等耐久性问题。而在西北盐渍土地区，盐渍土中最常见的高含量盐就是硫酸盐，在该地区进行混凝土结构基础建设，如何提高抗硫酸盐侵蚀性能是一个迫在眉睫、亟待解决的重要课题。
　　白明高速地处气候干寒，大蒸发量的盐渍土区域，沿线分布有盐湖，且地表泛碱现象严重，这对白明高速所使用的混凝土材料提出了更严苛的要求。本文充分考虑工程现场实际情况，运用实验室恒温箱等仪器模拟现场气温条件，设计了以下几个方面的研究内容来探讨如何提高该地区混凝土抗硫酸盐侵蚀性能:
　　(1)以现场实际环境温度为依据，制定合理的室内干湿循环加速试验来模拟白明高速现场干寒、大蒸发量的侵蚀环境，用室内试验水泥砂浆试块的被腐蚀状况来判断各自的抗硫酸盐侵蚀能力。
　　(2)对比不同水胶比、不同矿物掺合料掺量、不同水泥的水泥砂浆在低温干湿循环条件下的抗硫酸盐侵蚀性能。
　　(3)分析试块的外观变化以及抗折强度、抗压强度、相对动弹模、质量损失率等指标在不同侵蚀龄期下的变化规律。
　　(4)以抗折强度抗蚀系数、抗压强度抗蚀系数、相对动弹模、质量损失率四个指标作为依据，分别分析水泥砂浆的抗侵蚀性能。
　　(5)将干湿循环试验结束后的试块取样，做SEM、EDS和XRD分析，分析硫酸盐侵蚀后的微观产物，对低温干湿循环条件下的硫酸盐侵蚀机理进行分析。
　　通过测试不同侵蚀龄期水泥砂浆的宏观指标和微观产物，对比分析各指标的变化规律，研究表明:在低温干湿循环条件下，随着水胶比的降低，水泥砂浆抗硫酸盐侵蚀性能明显提高;0.5水胶比情况下，复掺矿物掺合料使水泥砂浆抗蚀性降低，0.36水胶比情况下，复掺矿物掺合料明显提高了水泥砂浆抗蚀性，且5℃条件下，复掺3％硅灰+15％矿粉的砂浆抗蚀性优于复掺1％硅灰+15％矿粉抗蚀性，10℃条件下，复掺1％硅灰+15％矿粉的砂浆抗蚀性优于复掺3％硅灰+15％矿粉抗蚀性;与普通硅酸盐水泥相比，中抗硫水泥表现出较好的抗侵蚀性能;低温干湿循环条件下水泥砂浆受硫酸盐侵蚀破坏过程中，不仅有物理结晶破坏，还存在化学腐蚀，腐蚀产物有钙矾石、碳硫硅钙石、石膏等。
　　本文通过试验研究低温干湿循环条件下水泥砂浆抗硫酸盐侵蚀性能，得出了一些初步成果，这些成果不仅是对本工程中选择合适的混凝土材料起到了一定的指导作用，还能为类似的环境条件地区的施工提供参考实例:为寒旱盐渍土地区工程建设抗硫酸盐侵蚀混凝土配合比设计、施工、养护等提供一定的理论依据，也可以为保证寒旱盐渍土地区在建混凝土工程免受或是减少硫酸盐的侵蚀提供一定的技术保障，更对公路、桥涵等结构的安全运营有着重要的科学意义，也是保护人民生命安全和财产不受影响的重要手段。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 本课题研究背景和意义

1．2 硫酸盐侵蚀混凝土的机理

1．2．1 硫酸盐化学侵蚀机理

1．2．2 硫酸盐物理侵蚀机理

1．3 混凝土抗硫酸盐侵蚀国内外研究现状

1．4 关于研究现状的几点思考

1．5 本课题的主要研究内容

2 试验原材料及方案制定

2．1 试验原材料

2．1．1 水泥

2．1．2 矿物掺合料

2．1．3 集料

2．1．4 外加剂

2．1．5 水和硫酸钠

2．2 试验温度及浸泡与烘干时间的确定

2．2．1 浸泡温度及浸泡时间的确定

2．2．2 烘干温度及烘干时间的确定

2．3 试验方法

2．3．1 水泥砂浆试块尺寸及配合比

2．3．2 砂浆试块制作

2．3．3 干湿循环侵蚀试验制度

2．4 试验结果测试方法及评判指标

2．4．1 试验结果测试方法

2．4．2 试验结果评判指标

3 10℃条件下砂浆试件抗硫酸盐侵蚀试验研究

3．1 砂浆受硫酸盐侵蚀后外观

3．2 砂浆受硫酸盐侵蚀强度变化规律

3．3 砂浆受硫酸盐侵蚀相对动弹模变化规律

3．4 砂浆受硫酸盐侵蚀质量变化规律

3．5 砂浆受硫酸盐侵蚀微观产物分析

3．6 本章小结

4 5℃条件下砂浆试件抗硫酸盐侵蚀试验研究

4．1 砂浆受硫酸盐侵蚀后外观

4．2 砂浆受硫酸盐侵蚀强度变化规律

4．4 砂浆受硫酸盐侵蚀质量变化规律

4．5 砂浆受硫酸盐侵蚀微观产物分析

4．6 本章小结

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读学位期间的研究成果

致谢