土木工程论文哪里有? 本文引入一种新的水泥基注浆材料——高贝利特硫铝酸盐水泥基注浆材料(HOC),通过单一硫酸盐以及氯盐存在下硫酸盐腐蚀进行研究,得到了比较接近工程实际的水泥基材料的硫酸盐腐蚀破坏,并得到氯盐对硫酸盐腐蚀破坏的影响。
第 1 章 绪论
1.2 国内外研究现状
1.2.1 水泥基注浆材料研究现状
注浆是用适当的方法将一定量的固化浆液注入地下工程地层的裂缝或孔隙中,通过挤压、置换、充填等方式使得地下工程得到加固。1802 年法国人 Charles Bering 首次将粘土和石灰材料注入港口砖砌工程裂缝中使得该工程得以加固。经过 200 多年的发展,注浆法已成为治理工程灾害必不可少一种重要方法,而注浆工程则大量应用于地下工程的修补、防渗、加固等[17][18]。
注浆工程中注浆材料的好坏一定程度上决定了注浆工程的质量。近年来水泥基注浆材料得到了广泛的发展,其中包括超细水泥注浆材料、水泥-水玻璃注浆材料、粉煤灰-水泥注浆材料,以及一些其他的注浆材料等[19][20]。
(1)超细水泥注浆材料 普通水泥注浆具有材料成本低、来源广、施工工艺简单等优点,但存在注浆稳定性差、易沉淀、易析水等缺点,并且由于水泥颗粒粒径较大,在微裂缝中容易受到限制[21]。为此,国内外研究者在单一水泥注浆材料的基础上,研究出了超细水泥注浆材料。
Pantazopoulos 等[22]人研究了不同水泥粒径的超细水泥注浆材料,结果表明,不同粒径超细水泥注浆材料的扩散性、渗透性和固结强度都有不同程度的提升。但超细化会提高水泥基注浆材料的制备成本以及造成一定的能耗。因此可以将普通水泥注浆材料向复合型水泥注浆材料发展,通过在水泥浆液中加入外加剂或者矿物掺合料等,使得在不增加成本和能耗的前提下提高水泥基注浆材料的流动性和稳定性。例如,可以在水泥浆中加入水玻璃等化学试剂,也可以加入膨润土、粉煤灰等外加剂[23][24]。
第 3 章 HOC 注浆材料的耐硫酸盐腐蚀性研究
3.1 前言
长期浸泡法在试验环节过程中更加接近工程实际,而且受外界因素干扰相对较小[56]。因此本试验采用长期浸泡制度下 HOC 注浆材料在腐蚀溶液腐蚀下的性能变化表征实际注浆工程中受硫酸盐腐蚀引起的注浆材料的性能变化。本章通过研究 HOC 注浆材料试块在硫酸盐浸泡后的外观腐蚀形貌、抗压强度、质量变化、EIS、XRD、SEM 等不同参数分析了长期浸泡制度下 HOC 注浆材料试块在硫酸盐溶液腐蚀下的性能变化及微观机理。研究发现:针棒状的腐蚀产物钙矾石为 HOC 注浆材料内部孔隙提供了一定的支撑,因此可以引起试块的强度增加,并且随着硫酸钠浓度的增加,腐蚀产物钙矾石的含量增加,使得材料内部变得密实,使得离子交换变得困难,导致电化学阻抗增大;当硫酸钠浓度过高时,产生过多的钙矾石使得材料内部产生膨胀裂缝,导致强度降低。孔隙周围出现的细小裂缝使得离子交换又变得容易,使得阻抗参数值减小。
D-3 和 D-4 组试块至腐蚀 240d 时,试块内部全区域为蓝绿色,表明此时硫酸根离子完全渗透到试块内部并参与反应。此外,通过对比同一腐蚀龄期内不同浸泡浓度下试块的形貌特征变化可以看出,硫酸盐浓度越大,内部蓝绿色区域的深度越深,蓝绿色区域面积越大,即形貌变化越显著。腐蚀 90d 时,D-4 组试块腐蚀深度最大,D-2 组试块腐蚀深度最小,这是因为溶液离子浓度越大,试块内外离子浓度差越大,使得硫酸根离子进入十块内部更加容易。
第 4 章 氯盐对 HOC 注浆材料的耐硫酸盐腐蚀性影响研究
4.1 前言
大量研究表明,在各种地下工程渗透水中,除了含有大量硫酸根离子以外,氯离子的含量也不可忽略[62][63][64]。为了更接近实际的研究高贝利特硫铝酸盐水泥基注浆材料的硫酸盐腐蚀破坏,了解氯盐的存在对硫酸盐腐蚀的影响,本章研究了氯盐存在下高贝利特硫铝酸盐水泥基注浆材料的硫酸盐腐蚀破坏。本章通过研究外观腐蚀形貌、抗压强度、质量变化、EIS、XRD、SEM 等不同参数分析了氯盐存在下水泥基材料在硫酸盐溶液腐蚀下的性能变化。研究发现:氯盐的存在会抑制 HOC 注浆材料的硫酸盐腐蚀程度,针棒状的腐蚀产物钙矾石和 Friedel’s 盐为 HOC 注浆材料内部孔隙提供了一定的支撑,因此可以引起试块的强度增加,但由于 Friedel’s 盐填充效果没有钙矾石好,所以强度增加效果相对较差;并且通过电化学阻抗参数、分形维数和抗压强度的关系研究分析发现,抗压强度与阻抗参数 Rs、Rct1 和分形维数 D 之间均存在显著线性相关性。
具体内容如下:设定单一硫酸盐浓度 55g/L 为对照组,试验组分别为 55g/L 硫酸钠+35 g/L 氯化钠溶液、55g/L 硫酸钠+55 g/L 氯化钠溶液以及 55g/L 硫酸钠+80 g/L 氯化钠溶液的联合腐蚀溶液,将制好的试块置于其中浸泡试验。
4.2 氯盐对硫酸盐腐蚀下试件形貌特征和质量变化的影响
4.2.1 形貌特征分析
图 4-1 是试块单一硫酸盐对照组(D-4)及硫酸盐-氯盐联合腐蚀组(L-1、L-3)的形貌特征。由图可观察到,试块内部均出现蓝绿色区域,水泥灰色区域与蓝绿色区域之间的界限明显,且随着腐蚀龄期的增长,蓝绿色的区域由外及内深度逐渐增加,至腐蚀240 d 时,试块内部全区域为蓝绿色。
与对照组相比,同一浸泡龄期下硫酸钠-氯化钠联合腐蚀溶液浸泡下试块的蓝色区域深度较之小,且随着氯盐浓度的增加,蓝色区域深度逐渐减小。浸泡 90d 时,D-4 组试块腐蚀深度最大,L-3 组试块腐蚀深度最小,蓝绿色区域即为腐蚀部分,这表明氯盐对硫酸盐腐蚀具有延缓作用。
对比 L-1 组试块和 L-3 组试块可以发现,L-1 组试块的腐蚀深度大于 L-3 组试块的腐蚀深度,据此判断同一龄期内随着溶液中氯化钠含量的增加,硫酸根离子的腐蚀深度减小,表明氯盐的存在对硫酸盐腐蚀起到延缓作用,且随着氯盐浓度的增加,这种延缓作用越显著。
第 5 章 结论与展望
5.2 展望
本文引入一种新的水泥基注浆材料——高贝利特硫铝酸盐水泥基注浆材料(HOC),通过单一硫酸盐以及氯盐存在下硫酸盐腐蚀进行研究,得到了比较接近工程实际的水泥基材料的硫酸盐腐蚀破坏,并得到氯盐对硫酸盐腐蚀破坏的影响。但仍有一些方面需要研究:
(1)对于水泥基材料受硫酸盐腐蚀破坏的研究,本文只做了高贝利特硫铝酸盐水泥基材料的试验,而且只是一种配比,为了对高贝利特硫铝酸盐水泥基材料力学性能退化规律有着更加全面的认识,作者认为在今后的工作中可以对高贝利特水泥基材料的成分配比(不同配合比会影响腐蚀速率)、水灰比、试验方法(全浸泡和干湿循环浸泡腐蚀速率是不同的)等方面进行更加详尽的研究。
(2)对于腐蚀溶液的选择,本文主要针对硫酸盐腐蚀进行研究,氯盐只是起到辅助研究的作用,并未对氯盐腐蚀进行单独研究,因此,今后可以对氯盐的腐蚀进行一定深度的研究,并且提出硫酸盐存在对氯盐腐蚀的影响。
(3)本文主要通过外观腐蚀形貌、抗压强度、质量变化、电化学阻抗谱、XRD、SEM 等变化规律研究材料的腐蚀破坏,作者认为今后可以从更多方向入手,比如离子指数、膨胀率,热重分析等手段对这类材料的耐腐蚀性进行更加全面的研究。
参考文献(略)