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与普通混凝土相比,生态型多孔混凝土具有良好的透水、透气特性,可以大大改善周围大气环境,营造生物多样性环境,被广泛用于河道护坡工程。生态型多孔混凝土用于河堤护坡,随着潮涨潮落多孔混凝土长期处于干湿交替的状态,特别是用于寒冷地区时,多孔混凝土还会遭受到冻融循环的破坏作用。能否确保河堤护坡的长期安全稳定,即生态型多孔混凝土在冻融、干湿交替的耐久性问题,是当前水利工作者和材料工作者都十分关注的重要问题。
针对上述问题,本文研究了生态型多孔混凝土在冻融、干湿交替作用下的耐久性及作用机理,研究提高生态型多孔混凝土耐久性的措施,提出适用于生态型多孔混凝土的耐久性试验方法及相应的评价指标,对确保堤岸护坡的长期安全稳定,推进生态河流的建设有重要的现实意义。
在多孔混凝土抗冻性能研究中,首要问题是确定合适的试验方法。传统方法借用普通混凝土冻融试验方法中的“快冻法”和“慢冻法”。多孔混凝土在实际使用环境中,随着冻结过程的发生,空隙中的大体积水可以向未冻结水中释放,从而缓解结冰压力。在“快冻法”中多孔混凝土试件四周同时冰封,试件中心空隙中大体积水的冻胀压力无法得到释放,其破坏程度远大于实际环境中的冻融破坏;在“慢冻法”试验中,冻融过程中无大体积水的结冰压力作用,也无法正确地反映实际环境中多孔混凝土的冻融破坏。本试验提出一种新的试验方法——单向快速冻融法,通过试验证明,此方法可有效地缓解空隙中大体积水的结冰压力,起到模拟实际环境的作用。试验还对多孔混凝土在氯化钠溶液中的抗冻性能进行了研究,结果表明,多孔混凝土难以承受盐冻破坏的作用,经过数个冻融循环,试件呈崩解状破坏。
在确立抗冻性试验方法的基础上,本试验采用聚合物改性的方法以提高多孔混凝土的抗冻性能。试验结果表明,聚合物掺入多孔混凝土可有效地提高其力学性能和抗冻性能:掺入5%的EVA胶粉时,试件的抗压强度提高了60.4%,抗折强度提高了111.9%;掺入丙乳乳液时,试件的抗冻融性能也得到显著地提高。通过扫描电镜(SEM)分析,可知聚合物掺入多孔混凝土中,在浆体中主要以包裹在水泥水化产物颗粒表面的形式存在,在骨料-浆体的过渡区中则出现连续网状的聚合物膜结构,聚合物膜的产生可提高骨料-浆体的粘结性能:通过压汞法分析孔结构试验结果可以看出,聚合物掺入多孔混凝土可以影响浆体的孔径分布,相比基准试件,抗冻性能较好的试件其浆体中孔径分布集中在孔径较小的范围内,抗冻性能较差的试件其浆体中孔径分布集中在孔径较大的范围内。聚合物对多孔混凝土抗冻性能的影响是上述两种作用的综合结果。
本试验还针对多孔混凝土处于干湿交替作用下的耐久性特点,进行了多孔混凝土抗干湿交替性能研究。研究结果表明,干湿交替可能对多孔混凝土造成破坏;干燥环境中湿度的影响非常巨大;掺入矿粉、粉煤灰、矿粉与粉煤灰混掺以及减水剂的加入均可以改善多孔混凝土试件的抗干湿交替性能;在空隙率相同的情况下,骨料粒径对试件抗干湿交替性能的影响不大。通过测试界面区显微硬度,得出结论,随着干湿交替的进行,骨料-浆体的界面处逐渐模糊不清;界面显微硬度呈现出先提高后下降的趋势;对于抗干湿交替性能较差的试件,干湿交替破坏时,浆体中出现贯穿性的宏观裂纹,试件基本失去抗折强度。