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蒸压养护碱激发矿渣混凝土中钢筋早期锈蚀状况

更新时间:2009-03-28

碱激发胶凝材料被认为是最具潜力的水泥取代物,近年来其研究与应用已获得了不少关注.与水泥相比,碱激发胶凝材料不仅性能优越,而且在制备时能消纳大量工业固体废渣,降低约80%的CO2排放量[1].在众多碱激发胶凝材料中,碱激发矿渣胶凝材料(AAS)备受关注.矿渣经碱激发剂激发后,其主要产物是低钙硅比、具有托勃莫来石结构的C(A) SH凝胶[2-3],因而具有高强、低渗透[4-5]以及优异的耐硫酸盐侵蚀、耐冻融循环、耐火等性能[6-8].但AAS本身也存在不少问题,如易干缩[4]、抗碳化能力差[9]等,这些缺点极易造成混凝土结构劣化,引起钢筋锈蚀.Aydin等[10]在研究中指出蒸压养护不仅能优化混凝土孔隙结构,减少大孔含量,提高抗压强度,同时还能有效减少混凝土收缩裂缝.对于混凝土预制桩来讲,蒸压养护是其生产工艺中的重要环节,同时其自身构件体积较小,受混凝土干缩的影响较小,而且对混凝土凝结时间的要求仅需满足工艺要求即可,因此从理论上讲,将碱激发矿渣混凝土(AASC)用于制备混凝土预制桩是可行的.

中国具有丰富的海洋资源,合理地开发海水、海砂能有效改善混凝土中淡水、砂石资源严重短缺的问题.El-Didamony等[11]用海水拌和碱激发矿渣混凝土时发现:与自来水相比,海水拌和的混凝土抗压强度较高,而且在海水浸泡环境中AASC抗压强度随浸泡时间延长呈上升趋势,表现出优秀的耐久性能.但海水、海砂容易引起钢筋锈蚀,该隐患仍是不容忽视的问题.因此本文主要研究采用河砂、淡化海砂、海砂(未经淡化)以及海水拌和的碱激发矿渣混凝土(AASC)经蒸压养护后,在模拟海水浸泡环境中的强度变化以及钢筋锈蚀状况,并与普通水泥混凝土(OPCC)进行对比,同时结合微观试验结果探索了其性能改善的机理,进而为AASC在混凝土预制结构中的应用提供试验依据,同时对海水、海砂资源的开发也具有现实意义.

1 原材料和试验方法

1.1 原材料

水泥(C):华润水泥公司生产的P·Ⅱ 52.5R水泥,比表面积为395m2/kg.矿渣(S):广州盈炬丰矿粉厂提供,比表面积为390m2/kg,矿渣的主要化学组成*本文涉及的组成、纯度等均为质量分数.及基本性能指标见表1.水玻璃(WG):大沥化学试剂有限公司生产,主要性能指标见表2.氢氧化钠(NaOH):分析纯,纯度96%.减水剂(SP)为萘系高效减水剂,含固量27%.钢筋为φ7.1螺纹钢筋.

 

表1 矿渣粉的主要化学组成及基本性能指标

 

Table 1 Main chemical composition and performance index of slag

  

w/%Mortarfluidityratio/%Activityindexin7d/%Activityindexin28d/%SiO2CaOAl2O3MgO33.5438.8711.8710.4010070.097.7

 

表2 水玻璃的主要性能指标

 

Table 2 Main performance index of water glass

  

BaumedegreeModulusw(Na2O)/%w(Si2O)/%w(solid)/%452.610.225.736

粗骨料(G):江门上顺石材厂提供,粒径5~20mm. 海砂(SS)和淡化海砂(DSS)均由江门砂厂提供,两者的细度模数分别为2.5和2.1,Cl-含量分别为0.214%和0.088%.河砂:产自广东北江,其中粗河砂(CRS)的细度模数为3.1,细河砂(FRS)的细度模数为2.1.拌和用水:自来水(T)和模拟海水(SW),模拟海水配方见表3.

 

表3 模拟海水配方

 

Table 3 Mix proportion of simulated seawater g/L

  

NaClMgSO4CaCl231.233.251.53

1.2 试验方法

1.2.1 试件制备及养护

混凝土配合比见表4.试件制备按照GB/T 50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行.试件尺寸为100mm×100mm×100mm.试件成型后静置至24h脱模,随后在180~210℃,10.1×105 Pa高压釜中养护8h.

我们课题组前期多次发现苦参素可抑肝癌细胞增长,促其凋亡[17],增强化疗药作用[18]。但确切机制尚未明确。我们研究发现苦参素能够下调ABCB1蛋白表达来改变HepG2/ADM抗药性[19]。另外,胥雄阳等[20]发现,苦参碱可在QGY/CDDP株通过下调MRP蛋白,加强顺铂作用,逆转耐药。以上研究表明苦参素可以下调ABCB1及MRP蛋白表达而逆转耐药,那么在本研究苦参素同样可以调控ABCG2低表达,提高阿霉素抗人肝癌耐药裸鼠移植瘤的疗效,部分逆转多药耐药,从而为临床治疗提供依据。

FENG Weipeng.Experimental research on the electric accelerated corrosion method and the current efficiency[D].Shenzhen:Shenzhen University,2015.(in Chinese)

 

表4 混凝土配合比

 

Table 4 Mix proportions of concretes kg/m3

  

SpecimenCSNaOHWGSPCRSFRSDSSSSGTSWOPCC-R450.000 0 0 10.35400.00280.000 0 1300.00130.000 AASC-R0 390.000.80218.000 400.00280.000 0 1300.0040.000 OPCC-D450.000 0 0 10.35400.000 280.000 1300.00130.000 AASC-D0 390.000.80218.000 400.000 280.000 1300.0040.000 OPCC-S450.000 0 0 10.35272.000 0 408.001300.000 144.00AASC-S0 390.000.80218.000 272.000 0 408.001300.000 49.00

1.2.2 电化学法加速钢筋锈蚀

(1)碱激发矿渣混凝土AASC经蒸压养护后,水化产物结晶度提高,化学干缩裂缝减少,结构更致密,同时还生成大量纤维状的硬硅酸钙填充在结构中,极大地增大了Cl-扩散迁移的难度,因此在Cl-侵蚀环境下,碱激发矿渣混凝土抗压强度仍能保持较高的水平,其内部钢筋的早期锈蚀状况明显优于普通水泥混凝土.

钢筋埋置方式和加速试验装置如图1所示.其中,钢筋的混凝土保护层厚度约为46mm.钢筋埋置方式分为露头式(outcropping,O)和埋入式(embedding,E).露头式的钢筋长度为62mm,露出表面2mm, 外露部分用环氧树脂和防水胶布密封;埋入式的钢筋长度为60mm.试验中钢筋作正极,铜板作负极,电解液为浓度6%的NaCl溶液.试验过程中定期监测NaCl浓度,维持其浓度恒定.因为试验中混凝土强度相对较高,保护层较厚,若外加电流过小则不容易达到实际所需的加速效果[12],所以试验中采用10V的外加直流电压.

该研发中心以科技项目合作研发机制为基础,结合技术合作交流方式开展运作。双方在研发中心的基础上实现资源共享合作,在条件成熟和许可的情况下逐步建立和共享技术专家、大型科研试验设备、科技文献、数据等资源,实现科研平台共建互用。

  

图1 钢筋加速锈蚀试验示意图Fig.1 Sketch of accelerated corrosion test

1.2.3 测试方法

混凝土抗压强度测试按照GB/T 50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行.钢筋失重率测试参照GB/T 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性试验方法标准》和文献[12]进行.

2 结果与分析

2.1 混凝土工作性能及抗压强度

[4] COLLINS F G,SANJAYAN J G.Workability and mechanical properties of alkali activated slag concrete[J].Cement and Concrete Research,1999,29(3):455-458.

  

图2 新拌混凝土的流动性Fig.2 Fluidity of fresh concretes

抗压强度损失是钢筋锈蚀引起混凝土结构性能劣化较为直接的宏观表现.图3为露头式混凝土的抗压强度测试结果,埋入式混凝土抗压强度变化规律与图3相似.从图3中可知:不管使用何种砂,在早期Cl-侵蚀下OPCC均未出现明显劣化,抗压强度基本保持初始水平.但与掺河砂和淡化海砂的OPCC-R和OPCC-D抗压强度相比,掺海砂和海水的OPCC-S抗压强度要低10~15MPa,这可能是由于海砂和海水引入了大量Cl-,加速了早期水化反应速率,在蒸压养护条件下,水泥水化反应产物的结构无法及时进行调整,更易形成疏松结构,从而导致整体抗压强度水平较低.而对于AASC来讲,其水化过程可长达1a以上[11],蒸压养护以及海水中NaCl,MgSO4等碱性盐的存在均会促进其水化,并产生具有托勃莫来石结构、低钙硅比的C(A)SH[13].因此,尽管处于Cl-侵蚀环境中,AASC的抗压强度不仅高于相同环境下的OPCC,而且还随着浸泡龄期的延长呈增长趋势.

  

图3 露头式钢筋混凝土抗压强度Fig.3 Compressive strength of outcropping reinforced concrete

2.2 混凝土中早期钢筋锈蚀情况

图4,5分别为外加电压加速锈蚀情况下,早期OPCC和AASC中钢筋失重率(MLR)试验结果.对比图4,5可知:OPCC中钢筋锈蚀情况明显比AASC严重.在锈蚀早期,OPCC中钢筋失重率随龄期延长呈快速增长,增幅约为0%~9.0%;而AASC中钢筋失重率虽然随龄期延长而变化的规律性较差,但是总体仍呈增长趋势,增幅约为0%~1.5%,且在42d龄期时,OPCC试件中钢筋失重率约为5.0%~9.0%,而AASC试件中的钢筋失重率仅为0.2%~1.5%,埋入式和露头式的AASC试件中钢筋失重率分别约为OPCC的4.5%,13.9%.这意味着在外加电压的诱导作用下,AASC中钢筋表面积聚的自由Cl-浓度远低于OPCC,说明AASC能有效抑制钢筋锈蚀,维持混凝土结构性能稳定.

  

图4 不同测试龄期时OPCC中钢筋失重率Fig.4 Corrosion mass loss ratio of rebar in the OPCC during testing process

  

图5 不同测试龄期时AASC中钢筋失重率Fig.5 Corrosion mass loss ratio of rebar in the AASC during testing process

在混凝土中外界Cl-的渗透是一个复杂的过程,与扩散、孔隙结构、微裂缝结构以及物理吸附和化学结合等因素有关[14].由于试件处于吸水饱和的环境,因此扩散是外界Cl-渗透的主要方式,此时基体微观结构对Cl-的渗透有至关重要的影响.从水化产物及微观结构来看,蒸压养护使AASC水化更充分,产生大量低钙硅比的C(A)SH, 不仅使基体更加致密,还优化了孔隙结构,增强了基体与骨料界面的黏结性.图6为28d测试龄期时,经蒸压养护掺河砂的AASC-R水化产物在不同放大倍数下的SEM微观形貌图.由图6可见,在蒸压养护下,AASC水化产物结构致密,结晶度高,很难观察到孔隙、裂缝等缺陷,这与杨牧等[15]研究观察到的蒸压养护OPCC微观结构(结构疏松,存在不少相联通的孔隙和微裂缝)形成鲜明对比.从图6(b)中还发现,AASC基体中存在着大量相互咬合的纤维状晶体,大面积地填充在结构中,据推测此类物质可能是硬硅酸钙,Aydin等[10]在其研究中也发现类似结果.与OPCC在蒸压养护下形成的硅酸钙产物相比,硬硅酸钙强度更高,体积稳定性更好.因此AASC能够有效阻止Cl-扩散,降低钢筋锈蚀风险.

[9] BAKHAREV T,SANJAYAN J G,CHENG Y B.Resistance of alkali-activated slag concrete to carbonation[J].Cement and Concrete Research,2001,31(9):1227-1283.

图4,5的结果还表明:尽管钢筋外露部分经过密封处理,但钢筋、混凝土的交界处仍是容易引起钢筋锈蚀的薄弱环节,因此露头式混凝土整体的锈蚀情况要比埋入式略严重,钢筋失重率偏高.不管钢筋采用何种埋置方式,淡化海砂以及海水海砂的使用明显加重了OPCC中钢筋的锈蚀,锈蚀情况由重到轻依次为:OPCC-S>OPCC-D>OPCC-R.但3种砂对AASC中钢筋锈蚀的影响不大,3种砂制备的AASC中钢筋锈蚀情况比较相似,钢筋失重率也相差不大.这可能是由于水泥和矿渣这2类胶凝材料对Cl-结合作用不同引起的.对于AASC来讲,在原材料拌和时引入的Cl-一方面会参与并促进矿渣的水化进程[11];另一方面会与矿渣中活性Al3O2,CaO在碱激发剂作用下发生式(1)中的反应并生成含水氯化物,且稳定存在[16].

  

图6 蒸压养护下AASC水化产物的SEM图Fig.6 SEM of AASC hydration products under autoclave curing

Al2O3+4CaO+2NaCl+11H2O=3CaO·Al2O3·CaCl2·10H2O(Fs)+2NaOH

(1)

从式(1)中可看出,矿渣中的铝相能结合Cl-,同时矿渣还生成了能促进矿渣水化、提高孔隙液碱度的NaOH,这可能也是3CaO·Al2O3·CaCl2·10H2O(Fs盐)能稳定存在以及掺加氯盐能提高AASC抗压强度的原因之一.而在OPCC中,Cl-的结合主要是通过水泥熟料中的铝相、CSH凝胶的物理吸附以及AFm相化学结合这3种方式.但由于水泥中铝相含量远低于矿渣含量,CSH凝胶的结合作用不仅可逆,而且结合能力远小于铝相[17],同时由于另一主要水化产物Ca(OH)2易被碳化而引起孔隙液碱度下降,从而导致AFm结合产生的Fs盐逐渐解体,再次释放出Cl-[18].因此从理论上分析,AASC对Cl-的结合能力强于OPCC,但具体机理还需要进一步深入研究,尤其是经过蒸压养护的AASC,其对Cl-结合作用的研究基本还处于空白状态.

3 结论

表面感应淬火主要是利用电流的趋肤效应。感应加热时从工件表面电流最大值I0处测到I0/e(e为自然对数的底)处的深度,称为电流透入深度d(mm),计算公式如下:

更何况,梨园戏的人物多内敛、隐忍,一如林苍晓本人。而陈仲子显然拥有强大的独立思想与人格,颇有狂狷气质。这也是极大的一个挑战。

(2)与普通水泥混凝土不同,碱激发矿渣混凝土在早期腐蚀过程中,外界Cl-的侵蚀以及海水和海砂引入的Cl-并未对其抗压强度产生劣化影响,其抗压强度随着龄期的延长反而呈增长趋势.不管是何种类型的Cl-,碱激发矿渣混凝土均能通过物理化学结合以及自身结构特性等方式对内部钢筋提供有效保护.这对碱激发矿渣混凝土在混凝土预制结构中的应用以及海水海砂资源的开发具有重要的现实意义.

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林雪川表示,自己抓着黎永兰继续往河边走去,在走了一段路之后,黎永兰咬了林雪川的左大臂,林雪川于是顺势左右手一起往黎永兰的头上打去,黎永兰就往后面倒下,脑部着地。

[2] ZHANG Zuhua,LI Liangfeng,MA Xue,et al.Compositional,microstructural and mechanical properties of ambient condition cured alkali-activated cement[J].Construction and Building Materials,2016,113:237-245.

参考文献

图2是OPCC和AASC新拌混凝土的流动性试验结果.由图2可见,由河砂、海砂、淡化海砂制备的OPCC和AASC混凝土流动性无显著差别,且均满足生产工艺要求.由于AASC中用水玻璃作为碱激发剂时混凝土较黏,因此尽管新拌AASC坍落度比OPCC高,但其扩展度并无显著改善,工作性能略不及OPCC.在保证AASC工作性能满足工艺要求的前提下,应尽量选用与OPCC流动性较为接近的配合比.

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两组患者在入院及出院时的空腹及餐后2 h血糖间比较,差异无统计学意义(P>0.05),在出院3个月随访时观察组血糖控制情况明显优于对照组,组间比较差异有统计学意义(P<0.05),见表1。

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姜正平,明维
《建筑材料学报》 2018年第02期
《建筑材料学报》2018年第02期文献

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