氯盐和冻融对混凝土破坏特征及机理研究

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为了保证公路在冰雪天气时顺畅通行,常在路面撒除冰盐,通过降低冰点达到融冰化雪的效果。氯盐融雪剂在融冰化雪的同时,给交通基础设施带来腐蚀和冻融破坏,污染周边环境。尽管国内外学者对此已有研究,但仍有许多技术和理论难题有待深入全面的研究。本文通过试验从三方面研究了氯盐和冻融对混凝土的破坏:①全浸泡或干湿循环条件下氯盐对水泥混凝土的盐胀破坏;②氯盐和冻融双重作用下水泥混凝土的盐冻破坏;③干湿循环或冻融条件下氯盐对沥青混合料的破坏。分别探讨了强度等级、氯盐品种和浓度、循环时间等因素对混凝土性能的影响规律,通过XRD和SEM等微观测试技术,分析混凝土试件的内部产物和微观结构,探讨了氯盐和冻融对混凝土的破坏特征及机理。本文主要结论如下:(1)在全浸泡条件下,混凝土强度随龄期的延长一直处于增长的状态,而在干湿循环条件下,随着龄期的延长,混凝土的强度先增大后减小;在全浸泡条件下氯离子扩散速率大于干湿循环条件下的扩散速率;强度等级较高的C50混凝土的抗氯盐侵蚀性优于C30混凝土;混凝土不同位置处游离氯离子量y与表层距离x呈指数函数关系,关系式为y=a*exp(-x/t)+b。(2)在盐冻作用下,混凝土表面出现剥蚀或裂纹,随冻融次数的增加,质量损失率不断增大,相对动弹模量不断减小,强度不断降低;强度等级较高的C50混凝土的抗盐冻性优于C30混凝土,能多经受65次冻融循环;掺硅灰和高效型引气剂能明显改善混凝土的抗盐冻性,冻200次后未见明显破坏;混凝土盐冻破坏程度在低浓度(3%-5%)下较大,在高浓度下(20%)破坏程度大大减小。(3)在3%、10%和20%浓度的氯盐溶液中干湿循环或冻融后,沥青混合料的水稳定性下降,浓度越大,下降程度越小;随干湿循环时间的增加,沥青混合料马歇尔稳定度降低,流值增大,马歇尔模数减小;随冻融循环时间的延长,沥青混合料的冻融劈裂强度比不断下降。(4)在3%、10%和20%浓度的氯盐溶液中冻融后,沥青混合料低温稳定性降低,浓度越大,降低程度越小;随冻融次数的增加,沥青混合料抗弯拉劈裂强度、最大弯拉应变下降,弯曲劲度模量不断增大。(5)氯盐融雪剂对混凝土的破坏特征主要表现为混凝土表层剥落及开裂,且有白色晶体析出,是氯盐结晶腐蚀、温度效应、氯盐与水泥水化产物发生化学反应以及碱集料反应等的综合结果。
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