宁夏盐渍地区抗腐蚀混凝土耐久性研究

摘要

宁夏盐渍地区环境水中矿化度很高，含有多种腐蚀离子，其中，以SO2-4离子尤为突出，大部分地区的环境水中SO4-离子含量超标。其含量通常在1000mg/L以上，部分地区SO2-4离子含量甚至超过了4000mg/L，达到4911 mg/L。按照《混凝土耐久性设计与施工指南》，当地的多数地区环境应划分为“非常严重腐蚀”，部分地区则为“极端严重腐蚀”。腐蚀离子对当地的混凝土工程造成了严重的破坏，给社会的经济和环境都造成不良影响。
　　根据宁夏地区环境水对混凝土的破坏模式及原因分析，确定混凝土破坏的主要因素。为了研制一种价格较为低廉，耐腐蚀性能指标较为优越的混凝土配比，同时充分利用当地粉煤灰资源，本文采用Ⅰ级粉煤灰和高效减水剂双掺的方法来进行混凝土抗腐蚀研究。这种双掺混凝土在工程中的大规模使用，不仅能大大降低工程成本，提高工程质量，还可以充分利用粉煤灰这一工业废物，达到保护生态环境、经济循环发展的目的。为突破传统对大掺量粉煤灰的使用限制，在实验室配制不同浓度腐蚀溶液对基准混凝土和粉煤灰掺量分别为30％、40％、50％、60％的双掺混凝土进行9个月的浸泡腐蚀，通过不同浸泡时间、不同腐蚀浓度的多指标对其抗腐蚀性能进行评价分析。并且在宁夏现场用当地材料进行了对比试验，使试验结果更加贴近实际，进而判断不同产地材料对试验的影响。
　　混凝土在恶劣环境下的耐久性指标除了耐腐蚀性能之外，还有其他重要的影响因素，为了充分考虑这些因素的影响，以便确定最优混凝土配合比，在实验室对双掺混凝土进行人工加速碳化试验、抗渗试验、抗冻融试验以及抗裂试验来研究双掺混凝土在这些耐久性方面的性能，其中，在宁夏现场也同时进行了抗渗试验和抗冻融试验，以便对比。通过这些试验来确定粉煤灰掺量对混凝土耐久性多方面性能的影响，试验证明:双掺粉煤灰和高效减水剂可以有效的改善混凝土的抗SO2-4腐蚀性能，且随粉煤灰掺量的增加抗腐蚀性能提高;当粉煤灰掺量在中值40％时，其抗渗性能最好;双掺混凝土的抗碳化性能随着粉煤灰掺量的增加而减弱，但是，除粉煤灰掺量为60％的双掺混凝土以外，其他双掺混凝土在考虑碳化影响后也能满足50a的使用要求;同时，在不掺引气剂的情况下，粉煤灰取代水泥量为30％时，其抗冻性能与基准混凝土相当;在掺引气剂的情况下，粉煤灰取代水泥的量可达40％，推荐含气量为4.7％。最后，通过抗裂对比试验，分析了采用减缩剂控制双掺混凝土裂缝开展的可行性，为减少双掺混凝土早期收缩裂缝的产生提供了一些思路。
　　由于混凝土的各种耐久性试验的试验周期都较长，试验组别较多，试验数据繁多，各组自变量-因变量之间的关系错综复杂，为了获得这些大样本数据之间隐含的客观规律，除了对数据进行了常规的数理统计分析之外，还必须找出一种更加有效的数学算法，通过建立模型，较为准确的描述双掺混凝土耐久性各组自变量-因变量的隐含关系，以便进行复杂系统的指标参数预测研究。因此，根据研究问题的性质，本文首先运用非线性回归方法对抗腐蚀试验数据建立了双掺混凝土的无损检测强度回归方程，并对双掺混凝土进行了碳化深度公式修正。然后，结合人工神经网络强大的非线性映射特点以及遗传算法的全局优化性能，通过两种算法的耦合，建立了适用于本课题的遗传神经网络模型。利用编制的程序分析了各种环境对双掺混凝土的强度的影响，并对双掺混凝土的强度进行了分析和预测，效果良好。这两种数学处理手段为今后宁夏盐渍地区以及这个西北类似地域下的双掺混凝土工程的健康检测与损伤评估提供了分析基础和科学依据，有较大参考价值。
　　本文研究表明，在宁夏盐渍地区应用双掺混凝土技术解决混凝土腐蚀问题是可行的。综合混凝土耐久性诸方面性能，在该地区工程混凝土配比常用减水率范围内，推荐粉煤灰的掺量为40％，含气量4.7％为引气剂掺量控制指标，对环境水侵蚀严重结构部位的混凝土，还建议另加减缩剂减少双掺混凝土早期收缩裂缝。在采取以上措施后，宁夏盐渍地区抗腐蚀混凝土耐久性可得到保证。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 本课题研究的目的意义

1．1．1 混凝土耐久性的重要性

1．1．2 问题的提出

1．1．3 本课题的意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 混凝土抗腐蚀性能研究现状

1．2．2 混凝土抗渗性能研究现状

1．2．3 混凝土抗冻融研究现状

1．2．4 混凝土碳化性能研究现状

1．2．5 存在的主要问题

1．3 本课题主要研究思路、内容

1．3．1 本课题研究思路

1．3．2 本课题主要研究内容

第二章 无损检测理论与遗传神经网络模型

2．1 无损检测理论发展与应用概况

2．1．1 超声法的发展与应用

2．1．2 回弹法的发展与应用

2．1．3 综合法的特点及发展应用

2．1．4 目前存在的问题

2．2 检测基本原理方法、优点和影响因素

2．2．1 超声法基本原理方法

2．2．2 回弹法基本原理方法

2．2．3 超声—回弹综合法的原理方法及优点

2．2．4 无损检测影响因素

2．3 遗传神经网络模型

2．3．1 神经网络简介

2．3．2 神经网络理论及BP模型

2．3．3 遗传算法理论

2．4 遗传神经网络的系统实现

2．5 小结

第三章 宁夏盐渍地区混凝土腐蚀研究

3．1 概述

3．1．1 混凝土腐蚀的分类

3．1．2 混凝土腐蚀破坏模式

3．1．3 混凝土耐久性失效准则的建立

3．1．4 腐蚀对混凝土工程耐久性的影响

3．2 混凝土腐蚀机理分析

3．2．1 水泥的水化

3．2．2 SO42-对混凝土的腐蚀

3．2．3 Cl-对混凝土的腐蚀

3．3 抗腐蚀混凝土研究的技术路线

3．3．1 粉煤灰的作用

3．3．2 高效减水剂的作用

3．4 双掺混凝土腐蚀实验室研究

3．4．1 试验方案

3．4．2 试验原材料

3．4．3 混凝土配合比

3．4．4 试验步骤

3．4．5 试验数据处理与分析

3．5 双掺混凝土腐蚀现场试验研究

3．5．1 试验方案

3．5．2 试验原材料

3．5．3 混凝土配合比

3．5．4 试验数据处理与分析

3．6 双掺混凝土抗腐蚀机理分析

3．6．1 减少与硫酸盐反应的物质

3．6．2 增加混凝土密实性

3．7 小结

第四章 双掺混凝土强度预测研究

4．1 回归预测

4．1．1 回归模式的选择

4．1．2 数据处理

4．1．3 结果分析

4．2 腐蚀强度的遗传神经网络预测

4．3 小结

第五章 双掺混凝土抗渗试验研究

5．1 混凝土渗透机理

5．2 双掺混凝土抗渗性能实验室研究

5．2．1 试验仪器设备

5．2．2 试件制备

5．2．3 试验步骤

5．2．4 试验结果与数据处理

5．3 双掺混凝土抗渗性能现场试验研究

5．4 结果分析

5．5 小结

第六章 双掺混凝土碳化试验研究

6．1 碳化机理

6．2 碳化试验

6．2．1 试验方案

6．2．2 试验设备

6．2．3 试验步骤

6．2．4 试验数据与处理

6．2．5 试验分析

6．3 碳化强度遗传神经网络预测

6．3．1 碳化数据的处理

6．4 小结

第七章 双掺混凝土冻融试验研究

7．1 混凝土冻融破坏机理

7．2 实验室双掺混凝土冻融试验

7．2．1 试验设备

7．2．2 试验步骤

7．2．3 试验现象

7．2．4 试验数据处理与分析

7．3 宁夏现场双掺混凝土抗冻融试验

7．3．1 原材料

7．3．2 混凝土配合比

7．3．3 试验结果

7．3．4 结果分析

7．4 小结

第八章 双掺混凝土抗裂试验研究

8．1 混凝土保护层的裂缝问题

8．2 混凝土的收缩机理

8．2．1 化学减缩

8．2．2 塑性收缩

8．2．3 干燥收缩

8．2．4 自收缩

8．2．5 温度收缩

8．2．6 碳化收缩

8．3 混凝土抗裂试验研究

8．3．1 试验方案

8．3．2 试验仪器和设备

8．3．3 试验材料

8．3．4 试验步骤

8．3．5 试验结果与分析

8．3．6 双掺混凝土抗裂性能分析

8．4 小结

第九章 结论与展望

9．1 结论

9．2 不足与展望

参考文献

致谢

个人简历

攻读博士学位期间发表的论文

攻读博士学位期间完成的项目

附录