论文部分内容阅读
本文结合现有的冻融破坏理论假说,以普通混凝土(Ordinary Portland cement Concrete,OPC)、硅酸盐水泥高性能混凝土(High Performance Concrete,HPC,简称HPC-P·Ⅱ)以及抗硫酸盐水泥HPC(简称HPC-P·HSR)的冻融破坏为主要研究对象,研究了OPC和HPC在不同冻融介质条件下的冻融损伤失效规律与特点,在此基础上,选择了飞机除冰液(AircraftDeicer,AD)或机场道面除冰液(Airfield Pavement Deicer,APD)冻融环境下的一些典型配比混凝土试件,采用X射线衍射仪(X-ray diffractometer,XRD)分析其物相组成,运用扫描电子显微镜和X射线能谱分析(Scanning electron microscopy-energy dispersion X-ray analysis,SEM-EDAX)观察其微观形貌,探讨混凝土在机场除冰液作用下的微观破坏机理,并提出相应的改善措施。本文的主要研究成果如下:
(1)OPC在3.5%NaCl、3.5%AD和水中的抗冻性较差,在25%醋酸钙镁(Calcium Magnesiumacetatea,CMA)中的抗冻性最好;相同冻融介质中,HPC的抗冻性明显优于OPC,而HPC1-P·Ⅱ略优于HPC1-P·HSR;机场除冰液浓度越高,对混凝土的破坏作用越小。
(2)CMA对OPC的冻融破坏机理与溶液的浓度有关。在较低浓度下属于溶液结冰压和晶体结晶压导致的表面剥落破坏,在较高浓度下其冻融破坏非常缓慢,在600次冻融循环后其表面不存在剥落现象,内部的冻融微裂缝也非常少。
(3)AD对OPC的冻融破坏机理类似与CMA,与溶液的浓度有关,在3.5%AD中冻融也是溶液结冰压导致的表面物理破坏机理为主,但是冻融破坏的程度比CMA严重,比NaCl溶液的破坏速度要缓和一些。在12.5%和25%AD中经过600次冻融循环后,OPC的微观结构仍比较致密,表层微裂纹很少,其冻融破坏主要源于内部冻融微裂纹扩展导致的结构崩溃性破坏。
(4)HPC1-P·Ⅱ试件在3.5%CMA中冻融破坏后的表层微裂纹并非冻融形成,而是反复冻融过程中内部损伤的延续与扩展。可能是由于在试件的棱角处的静水压、渗透压和温度应力疲劳等破坏作用力的相互叠加,即边界效应,因而先于其他位置出现剥落破坏。
(5)HPC-P·Ⅱ在3.5%AD中的冻融破坏机理应该是在冻融循环达到一定程度时,表面层首先出现微裂纹,并为AD溶液向混凝土内部渗入提供了通道,加剧了其水冻胀压作用。提高粉煤灰(Fly Ash,FA)掺量和掺加改性聚酯纤维(Modified Polyester Fiber,MPF)降低了硅酸盐水泥HPC的抗冻性,MPF纤维并不能阻止冻融微裂纹的形成与扩展。
(6)HPC1-P·HSR在3.5%CMA中冻融的物理破坏机理在于混凝土表面层形成了微裂纹网络导致的冻融剥落破坏,这种微裂纹主要由水冻胀压引起,只有在表层微裂纹形成网络、并导致表层剥落之后,冻融破坏才能继续深入到表层以下的混凝土。
(7)HPC1-P·HSR在3.5%AD中的冻融破坏机理是当试件表面层饱水度达到临界饱水度时,产生结冰膨胀压,在反复冻融过程中,会引起表面层的微裂纹,这些微裂纹一旦形成表层微裂纹网络,便导致表面冻融剥落。
(8)建议采用较高浓度(25%)的机场除冰液除冰,采用掺入引气剂、高效减水剂、适量的FA以及适当的纤维(PF)等技术措施,可以有效地改善混凝土的抗冻性。