【摘要】：混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性過程均與材料的孔隙結(jié)構(gòu)以及孔隙結(jié)構(gòu)中發(fā)生的物質(zhì)傳輸與物質(zhì)交換過程有密切關(guān)系。結(jié)構(gòu)混凝土耐久性取決于材料的物理及化學(xué)性質(zhì)。研究這些耐久性具體性質(zhì)與結(jié)構(gòu)混凝土材料的組成及微觀結(jié)構(gòu)的關(guān)系是耐久性研究的基本問題。本文選用三種典型結(jié)構(gòu)混凝土為研究對象,膠凝體系為普通硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥分別復(fù)合30%粉煤灰、50%礦渣。采用水膠比為0.3、0.4、0.5、0.6,通過比重法和MIP測試了材料的孔隙結(jié)構(gòu),不同飽水度下氣體滲透系數(shù)、氯離子擴(kuò)散系數(shù)、不同飽水度下的電導(dǎo)率、表面吸水率分別采用Cem Bureau方法、RCM法、高頻交流電方法以及ASTM C1585標(biāo)準(zhǔn)方法測試。在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,本文首先討論了混凝土耐久性物理指標(biāo)與材料組成的關(guān)系與規(guī)律,然后利用Archie定律與Katz-Thompson關(guān)系對不同傳輸性質(zhì)之間關(guān)系進(jìn)行了量化研究,并研究了電導(dǎo)率與氯離子擴(kuò)散系數(shù)的多尺度模擬,最后,通過不同含水率下傳輸性質(zhì)的測試結(jié)果,分析了孔隙飽水度對傳輸性質(zhì)的影響規(guī)律。研究表明,水膠比、膠凝材料體系對混凝土耐久性指標(biāo)有明顯的影響;從孔隙結(jié)構(gòu)來看,在本文選取摻量下,礦物摻料可有效細(xì)化孔徑,粉煤灰提高了混凝土曲折度,礦渣則反之;礦渣的摻入會(huì)導(dǎo)致透氣性對水膠比的規(guī)律發(fā)生變化;孔隙率和強(qiáng)度與混凝土耐久性物理指標(biāo)間存在明顯的關(guān)系,是表征混凝土材料耐久性最基礎(chǔ)的指標(biāo);電導(dǎo)率與氣體滲透系數(shù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果穩(wěn)定性受孔隙飽水度影響較大;材料在飽水狀態(tài)下的電導(dǎo)率、氯離子擴(kuò)散系數(shù)及干燥狀態(tài)下的表面吸水率的測試相對誤差基本低于15%,為較穩(wěn)定的耐久性物理指標(biāo);材料在飽水狀態(tài)下的電導(dǎo)率與氯離子擴(kuò)散系數(shù)間也存在明顯的相關(guān)性,符合Archie定律,并可用多尺度模型根據(jù)材料組成進(jìn)行預(yù)測;Katz-Thompson方程不適用于描述氣體滲透系數(shù)與電導(dǎo)率之間的關(guān)系;孔隙飽水度對材料電導(dǎo)率與氣體滲透性的影響顯著,且均存在臨界飽水度,同一種材料在不同含水率下的氣體滲透系數(shù)與電導(dǎo)率存在確定的相關(guān)關(guān)系。
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圖片說明： Fick 第二定律在水泥基材料氯離子非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散研究中應(yīng)用得很成熟。國內(nèi)者對氯離子在水泥基材料中的擴(kuò)散系數(shù)的測定進(jìn)行了大量的研究，并且提出了應(yīng)的測試方法，本文對常用的三類方法進(jìn)行綜述，分別是：自然浸泡法、電導(dǎo)法、電量法、電遷移法等。1） 自然浸泡法美國最早的氯離子擴(kuò)散標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)方法為鹽溶液浸泡法[14]（AASHTOT259）來歐洲對鹽溶液浸泡法進(jìn)行了改進(jìn)，提出了 NTBuild443[15]，兩者均為自然浸法。鹽溶液浸泡法的實(shí)驗(yàn)方法是將混凝土試件四周用密封材料封閉，僅留兩面作為暴露面，實(shí)驗(yàn)環(huán)境的空氣相對濕度應(yīng)控制在 50%左右，最后將試件浸 3.0%質(zhì)量濃度的 NaCl 溶液中，如圖 1.1，，且對不同種類的混凝土的浸泡時(shí)間定：普通強(qiáng)度混凝土浸泡 35天，高強(qiáng)混凝土浸泡 90天以上。當(dāng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行至規(guī)泡時(shí)間后，對試件逐層取樣（每層小于 2mm），取樣樣品中的氯離子濃度可泡法測得，通過不同取樣深度的樣品氯離子濃度可以得到氯離子濃度與侵入之間的關(guān)系曲線，最后混凝土試件的氯離子擴(kuò)散系數(shù)可利用 Fick 第二定律線歸得到。
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圖片說明： 圖 1.2 NT Build443-94 實(shí)驗(yàn)裝置自然浸泡法是最直接、最原始、最接近事實(shí)的非穩(wěn)態(tài)測試方法。自然浸泡法實(shí)驗(yàn)過程直觀、接近實(shí)際，實(shí)驗(yàn)結(jié)果可靠，但其實(shí)驗(yàn)周期很長，難以應(yīng)用到工程現(xiàn)場測試中。（2）電量法快速氯離子滲透實(shí)驗(yàn)方法（RCPT）為 Whiting[16]首先提出，后被美國實(shí)驗(yàn)材料協(xié)會(huì)（ASTMC1202）[17]規(guī)定為標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)方法。電量法也被我國《海港工程凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范》[18]采納為混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)測試方法，實(shí)裝置如圖 1.3 所示。電量法基本原理為氯離子以外加電場與濃度梯度為驅(qū)動(dòng)力由極溶液加速運(yùn)動(dòng)到正極溶液，可用累積電量表征氯離子在混凝土中的遷移難易度。基本實(shí)驗(yàn)方法為將圓柱試塊圓周面用密封材料覆蓋，在密封材料硬化后將塊真空飽水；將試件安裝于有機(jī)玻璃實(shí)驗(yàn)腔體內(nèi)，保證試件與腔體緊密接觸且周面無滲漏，并在兩個(gè)腔體內(nèi)分別注入3%的NaCl溶液與0.3Mol/L的NaOH溶液將正負(fù)極連接至電源后通電，測試通過回路的總電量，進(jìn)而評(píng)價(jià)試件的氯離子
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TU528

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