[01156147]盐冻作用下混凝土的多机制传输模型研究

一、成果主要内容、水平、意义和应用前景 （1）研究了冻融循环和氯盐环境复合因素作用、实验室条件下干湿循环的氯盐环境作用的劣化试验过程和宏观、微观试验工作;研究了混凝土微结构与混凝土抗氯离子渗透性能的相关关系并建立了冻融条件下引气混凝土氯离子渗透模型。研究结果表明,盐冻情况下混凝土的质量损失率约是同条件下水冻混凝土的10倍;盐冻条件下混凝土中自由水的吸收量会随着冻融循环而上升,但到达一定程度时增速变缓;对于冻融耐久性指数大于0.95的试块而言,其氯离子渗透系数和孔溶液中氯离子浓度均大于盐水浸泡的未冻融试块。在混凝土内部结构未发生显著破坏的情况下,氯离子在混凝土中的传输受温度主导;盐冻循环使非引气混凝土最可几孔径增大30%左右,临界孔径增大1.5~3.0倍,平均气泡间距增大;经历200次盐冻循环后的引气混凝土的孔结构和孔级配无明显劣化,平均气泡间距稍有增大,但仍小于250 错误!未找到引用源。m,对于防冻害来说处在安全的范围内。提出了引气混凝土盐冻氯离子扩散性与孔结构参数的相关关系模型。 （2）采用孔溶液制取、离子色谱分析的试验手段,定量研究了配合比、龄期、内掺氯离子等因素对孔溶液中的氯离子存在状态的影响规律及相关机理。研究了混凝土试块在硫酸盐腐蚀和冻融循环复合条件下的变形发展规律。在质量分数5%的硫酸钠溶液、5%的硫酸镁溶液和水中,对引气和未引气的混凝土试块进行快速冻融,同时在5%硫酸钠溶液和5%硫酸镁溶液中浸泡混凝土试块以进行对比,在此过程中采用静态应变仪测量试块的应变发展规律。研究结果得,在1200min时间里,引气的试块要比未引气的试块应变增长量大一倍。在硫酸钠溶液冻融条件下的试块应变增长最快,破坏最显著,其后依次是水中冻融、硫酸镁溶液冻融、硫酸钠溶液浸泡和硫酸镁溶液浸泡等条件下的试块。 （3）针对碱矿渣混凝土开展了冻融作用下宏观性能和孔结构系列研究,研究得到,水冻环境下以水玻璃为激发剂的碱矿渣混凝土试块表面剥落情况较轻,300循环后的质量损失率一般低于5%,且相对动弹模量不低于90%,表现出较好的抗冻性;碱矿渣混凝土特殊结构的水化产物使其具有优于普通混凝土的抗冻耐久性能,为碱矿渣混凝土应用于严寒地区、海工工程提供了理论依据;研究的碱矿渣混凝土的冻融损伤度,由于同时考虑了相对动弹模量损失和质量损失,因此比较符合实际工程中经过冻融作用的结构,能够较好的反应碱矿渣混凝土的冻融损伤劣化情况,且以氢氧化钠为激发剂的碱矿渣混凝土冻融损伤程度比以水玻璃为激发剂的碱矿渣混凝土高。在冻融前后,试样孔径范围主要分布在10纳米左右,整体较致密,从而宏观上碱矿渣混凝土呈现出较优异的抗冻性。 土木工程结构必须满足安全、适用、耐久的要求。近半个世纪以来,从国际到国内,结构设施的耐久性劣化已成为土木工程业面临的最严酷而艰巨的挑战之一。预测以及保证土木工程结构及基础设施在复杂环境下的服役寿命,不仅关系到混凝土结构维护与再建成本的控制,而且与环境保护和社会的可持续发展息息相关。目前许多服役寿命预测模型都是基于材料的性能参数、环境作用和两者博弈决定的材料劣化进程而建立的,而各种环境作用下混凝土结构材料的劣化表现主要是钢筋锈蚀和混凝土腐蚀导致的损伤劣化,这两者都与材料的传输性能密切相关。本项目揭示了冻融及盐冻环境下与混凝土长期性能相关的传输机理,对促进并完善土木工程耐久性设计及评价的工程标准建设有重要意义。 二、成果转化情况,取得的经济、社会效益 本项目成果已成功应用于青岛市企业技术创新重点项目《绿色碱激发矿渣混凝土的研发及服役性能应用研究》的研究和应用推广,以该成果为基础进行耐久性设计而制备的碱激发矿渣混凝土成功实现了10 C下室外地坪浇筑,28天回弹法实测抗压强度达到45 MPa,氯离子扩散系数在0.15~0.82 10-12 m2/s范围内,符合《混凝土耐久性检验评定标准》（JGJ/T193－2009）要求。 该成果还在青岛体育中心辅助训练场、万科生态园等项目中进行使用,以高耐久的碱激发矿渣细石混凝土成功解决了混凝土的裂缝问题,取得了明显的技术经济效果,值得大规模推广使用。