复合盐侵蚀环境下粉煤灰混凝土抗盐蚀性能研究
阿克苏垦区土壤盐渍化程度非常严重,对垦区内的混凝土建（构）筑物造成了严重的腐蚀破坏,导致混凝土工程的实际使用寿命远低于其设计服役年限,同时,给结构的长期安全耐久运行带来了极大挑战。本文紧密结合阿克苏垦区的气候与土壤环境特征,采用该地区混凝土工程所用的常规原材料,开展了粉煤灰掺量对混凝土基本力学性能和抗盐蚀性能的影响规律试验。其中,为探究粉煤灰掺量对混凝土基本力学性能的影响,设计了粉煤灰掺量分别为0、10%、20%、30%、40%的混凝土试件分别在3d、7d、28d龄期时的立方体抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度试验;为探究粉煤灰掺量对混凝土在不同服役环境下的抗盐蚀性能影响规律,设计粉煤灰掺量分别为0、10%、20%、30%、40%的混凝土试件在不同浓度（清水、基准浓度、5倍基准浓度、10倍基准浓度）复合盐溶液中的复合盐侵蚀-冻融循环与复合盐侵蚀-干湿循环耐久性试验。根据宏观性能和微观结构两方面的试验结果分析,确定了混凝土最佳力学性能所对应的粉煤灰掺量,以及粉煤灰混凝土在复合盐侵蚀环境下的腐蚀劣化机理,为粉煤灰在南疆地区混凝土工程中的广泛应用提供科学依据。主要研究结果如下:（1）掺入一定量的粉煤灰可以改善早龄期混凝土的力学性能,当粉煤灰掺量为10%时,混凝土试件的立方体抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度均达到最大值,与未掺加粉煤灰的基准组试件的相应强度相比,分别提高了18.19%、20.13%、17.75%,而掺量超过10%时,反而会影响试件强度的增长。SEM扫描电镜图像分析结果表明,掺入适量的粉煤灰可以改善混凝土内部的微观结构,提高材料的密实度。（2）不同浓度复合盐溶液侵蚀与冻融循环、干湿循环耦合作用后,混凝土试件的表观形貌损伤劣化程度均与冻融循环次数、干湿循环次数和侵蚀溶液浓度呈现正相关。而且,以化学侵蚀为主的腐蚀产物钙矾石（AFt）,在侵蚀初期填充混凝土内部的初始微裂缝,从而导致试件的质量和相对动弹性模量出现短暂增加,随着侵蚀作用次数的增加和溶液浓度的增大,侵蚀产物含量逐渐增多产生膨胀应力,引起表层混凝土的裂缝扩展、贯通,并伴有新的微裂缝产生,为侵蚀溶液进入混凝土内部提供了新通道,使得试件破坏进程加快。在相同的腐蚀劣化工况作用下,当粉煤灰掺量为30%时,混凝土试件的外观形貌损伤最轻,质量降低最少,相对动弹性模量保持最大,抗盐侵蚀性能最好。（3）由试件微观结构SEM图像分析发现,在复合盐溶液侵蚀作用早期,试件内部产生的大量针状物质附着在粉煤灰颗粒和水泥颗粒表面,使得试件整体更加的密实。通过XRD衍射分析可知,针状物质为钙矾石,而且随着侵蚀时间的延长,针状物不断增多引起的体积膨胀,加快了试件的破坏速度。
- 作者：
- 薛山
- 学位授予单位：
- 塔里木大学
- 授予学位：
- 博士
- 学位年度：
- 2022年
- 导师姓名：
- 王成
- 中图分类号：
- TU528
- 关键词：
- 混凝土；粉煤灰；复合盐侵蚀；力学性能；耐久性能
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- 基金项目：
- 国家自然科学基金项目“南疆极端干旱盐渍土地区混凝土腐蚀劣化机理及寿命预测研究”（项目编号:52168035）课题主持人:王成教授（塔里木大学）%兵团区域创新引导计划项目“南疆盐渍土环境下玄武岩纤维混凝土抗冻防腐性能及其工程应用研究”（项目编号:2018BB045）课题主持人:王成教授（塔里木大学）