1、毕业设计文献综述工程力学抗硫酸盐侵蚀混凝土配比方案的比较研究混凝土是以砂、石为主要骨料（按一定级配规律），以水泥为主要胶结原料形成的固体结构材料。由于混凝土材料是人工设计制备而成，且具有石材性质，在工程界又称之为砼。这种材料是一种既有悠久历史又具有现代气息，而且还在不断发展的材料。说其历史悠久，在我国，最早可以追溯到6000年前的半坡遗址，那时就出现了用泥胶结制作的地基、地坪1；在国外，古罗马在2000年前也曾使用具有较强水硬性的凝胶材料，来设计建造过地下水通道2。在此后的5000多年里，世界各国的劳动人民就，在不断实践和实验的基础上，曾先后发明制造了石膏和石灰以及石灰与火山灰混合物为胶结材料
2、的混凝土材料类似物，但是这些材料主要是水硬性的，耐水性差，强度也不高，性能跟现在的混凝土性能不可同日而语，但是每个新的混凝土的出现都推动当时的建筑建造技术的发展。直到1824年，英国建筑个人约瑟夫阿斯普丁（JOSEPHASPDIN）第一次烧制出了“可以制成与波特兰岛岩石颜色类似并且十分坚硬耐水的凝胶材料”。他将其称之为“波特兰水泥”。这种性能较好的水泥就是现今硅酸盐水泥的原型3。这种水泥的发明，开辟了凝胶物质材料和混凝土科学的新时代，使混凝土这种人造石材非常迅速的成了工程界里建筑工程材料中的最主要的材料之一。从而对水泥和混凝土的研究也逐渐成了材料科学和工程研究领域中的一个非常重要的组成部分。一
3、般说来，对混凝土的用料作配合比设计与计算，始于19世纪末至20世纪初期。这是因为钢筋混凝土主要用在结构工程上，与混凝土的强度有很大关系，才引发人们对配合比的研究。在20世纪初期到20世纪30年底这段时间里，关于混凝土配合比设计出现了好几种理论，但是经过实践的检验，证明瑞士人保罗米在1925年发表的水灰比理论及其公式较为切合实际，各个国家根据自身的不同情况，对其略有改动，至今仍在使用，从而使他的理论一直沿用至今4。现如今，混凝土技术随着材料科学的发展和混凝土用途的越来越广泛，迅速发展到了跨学科、跨行业并且相互渗透的非常广泛的领域。在我国，从20世纪中期出现减水剂开始，在此之后具有各种各样的特性的
4、外加剂5的出现，它们共同构成了混凝土的第五组成部分。与此同时，硅灰、粉煤灰等等能够提高混凝土各种性能的掺合料的出现，使它们成为混凝土的第六组成部分。随着经济和科学技术的突飞猛进，水泥和混凝土技术也随之产生了长足的进步。特别是到了20世纪50年代，二战结束后，全球经济开始复苏，科学技术和工业日新月异，发展迅速，需要越来越大量水泥和混凝土，并且对水泥和混凝土性能要求越来越高。为了满足这种现实需要，科研人员陆续研制出来了如纤维增强混凝土、早强混凝土、聚合物混凝土、大坝混凝土、膨胀混凝土等等与普通混凝土有很大不同的特种混凝土6。到了20世纪70年代后，科学技术和现代工业开始迅速发展，特别是20世纪90
5、年代后，产业技术的进步与社会都市化的飞快发展，都进一步促使混凝土技术更快发展。例如，在城市建设用地日益紧缺的情况下，就需要建设大量的高层和超高层的建筑以及地下建筑和水中建筑。为此科研人员特意研制出来了高性能混凝土、高强度混凝土、防水混凝土以及水下浇筑混凝土7。随着人们生活水平的日益提高，这就要求建筑物具有更强的隔热保温能力以及隔音能力，这就出现了一些用于墙体、屋面的混凝土材料的需求，这种材料具有较好的隔热和保温能力、隔音性能，因此，科研人员还制成了具有良好保温隔热性能和隔音性能的轻质混凝土。此外，在一些化工工业和一些特殊环境下，就需要要求混凝土具有抗各种腐蚀介质的耐蚀性，例如，酸、碱、盐等等的
6、侵蚀溶液8。总之，除了以上所提到的场所之外，还有许许多多的其它场所需要具有各种不同特性的混凝土。经过广大科研工作者的不懈努力，已经或者正在研制出能适应这些特殊要求的新型混凝土。虽然混凝土是一种人造石材，但它通常具有和天然石材像类似的耐久性。因此在人们的传统观念里，总是认为混凝土是具有很大耐久性的材料，从而忽略了对其耐久性能力的研究。实际上，混凝土和钢筋混凝土在使用过程中，都会受到土壤、空气以及水中有害介质的侵蚀，甚至还会受到混凝土本身构成材料所含有的有害成分所产生的化学和物理的作用，也会使其性能变差。从宏观角度上看，通常会有膨胀、开裂、剥落、溶蚀、松软以及强度下降等诸多表现形式，对构筑物的使用
7、寿命会产生巨大的严重影响，使结构物破坏乃至坍塌，从而造成人员伤亡和巨大经济损失。现代科学研究表明，硫酸盐侵蚀是影响混凝土耐久性的重要因素之一，也是在诸多影响因素中机理最复杂、危害性最大的一种环境腐蚀。在1892年，MICHALIS最早发现了硫酸盐侵蚀水泥和混凝土的现象，并且他把它称为“水泥杆菌”，其实际就是针状晶体水化硫铝酸钙9。在地球的各个地方，硫酸盐分布相当广泛，大部分土壤里都含有一定数量的硫酸盐。通常来说，在我国的西北地区，有硫酸盐侵蚀发生的建筑物大多都是红色岩系地基，它们的沉积环境是气候干燥条件下的内陆相碎屑构造，此类地基的含水条件和渗透性能受到构造发育程度以及填充物质的制约和影响，在
8、岩层中通常会含有针状、薄片状以及团块状石膏，因为岩石透水性一般较弱，从而导致降水在岩层中缓慢流动或凝滞，因此在渗流途中，可以充分溶解可溶盐类矿物并由此变成了矿化度较高的氯化物硫酸盐型水10。从而慢慢的对所接触到的建筑物和水利设施等进行侵蚀。根据硫酸盐侵蚀的复杂性的情况，人们提出了许多硫酸盐侵蚀机理其中有代表性的观点有以下几种1石膏型硫酸盐侵蚀，该观点认为，一旦硫酸根离子渗入混凝土后，就会与其中的氢氧化钙反应生成石膏。有些科研人员认为石膏的形成会引起混凝土体积膨胀,从而使混凝土受到膨胀压力的作用，BINGTIAN11的研究结果表明，在刚开始的前四周是潜伏期，一旦潜伏期过后，试件便以较大的速度膨胀
9、。2钙矾石型侵蚀，该观点认为，硫酸根离子渗入混凝土后，会与其中的水化溶液反应生成硫铝酸钙（延迟钙矾石），由于延迟钙矾石晶体的生长产生膨胀力12进而导致混凝土微损伤演化，混凝土的弹性模量，强度随之降低，从而导致慢慢变坏。3硫酸盐结晶型侵蚀,该观点认为，在一定环境下，硫酸盐自己会形成结晶水化物。生成的结晶产物可以导致其体积膨胀,从而产生结晶压力,导致裂缝的产生,并最终导致混凝土的劣化,通常这种破坏发生在干湿循环区域。4碳硫硅钙型硫酸盐侵蚀14,15,16,该观点认为，碳硫硅钙石在较低的温度下形成（015），它是CSH和硫酸根还有碳酸根或二氧化碳反应生成的产物,因为碳硫硅钙石的形成必须要有CSH的参
10、加,从而能使水泥浆变成无黏结力的、糊状的物体,导致混凝土的强度降低。鉴于硫酸盐侵蚀具有严重的危害性，有许许多多的研究人员对它进行了深入细致的研究，并且取得了非常丰硕的研究成果，这些前辈的研究成果，对我们的继续研究有非常重要的意义。我国的林毓梅及其合作者,研究了荷载作用情况下，海水对混凝土的腐蚀性能,他们的研究表明,荷载产生的应力会加速混凝土的腐蚀效应和力学性能的劣化,并且应力腐蚀对变形性能的影响大于对强度的影响17。以WGPIASTA为首的研究人员，研究了持续压缩荷载作用下混凝土抗硫酸盐侵蚀性能。该研究结果表明,如果应力水平高于065,同时承受应力会加速硫酸盐的腐蚀进程；然而，如果应力水平低于
11、0275,同时承受应力会延迟硫酸盐腐蚀进程18。以USCHNEIDER为首的研究人员,研究了持续压缩荷载或弯曲荷载作用下的混凝土抗硫酸盐侵蚀性能。在受压缩荷载的情况下,他们得出的结论与WGPIASTA等研究人员一致,即硫酸盐对混凝土的侵蚀情况取决于试样所受到的压应力水平对那些于水化作用接近于完成的混凝土,无论是那种级别的弯曲荷载均会促进硫酸盐的腐蚀19。上述研究结果表明如果控制压应力状态在适当的范围内，这样就能够提高混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能,因此,评价在荷载状态下混凝土的抗硫酸盐侵蚀能力,如果采用压应力的手段来来加速试验进程是不合适的。本实验是研究不同混凝土抗硫酸盐侵蚀能力，根据实验目的，首先
12、根据混凝土配合比设计手册配出强度为C30并且含有不同成分、不同含量的外加剂成分的配方，然后采用干湿循环的方式来加速实验进程，目的是能在较短的时间内，获得哪种配方的抗侵蚀能力更强。检测不同的混凝土配方的抗硫酸盐侵蚀能力，采用超声波检测的技术，根据超声波首波的衰减规律，来反映抗硫酸盐侵蚀的能力大小，并且检测其波速，它也能放映混凝土抗侵蚀能力大小。最终通过对波幅衰减规律和波速的综合评估，来评价不同配方的混凝土的抗硫酸盐侵蚀能力。新时期我国提出了以交通、建筑和工业为主攻方向的节能工程，而提高基建工程的寿命，就是最大的节能减排。更何况我国有三分之一的国土都受到酸雨的影响，山东、青海、天津、河北等地存在大
13、范围的盐碱地区。暴露在在酸雨区和盐碱区的钢筋混凝土结构均遭到了严重侵蚀破坏。并且，我国的许多内陆盐湖，如青海湖，察尔汗盐湖等，它们周围地区的混凝土结构也都会受到湖水或地下水中有害离子的侵蚀。不过它们和沿海地区不同的情况是，我国内陆盐湖地区的温度变化相对剧烈。研究结构耐久性问题有其更为突出的意义。殊不知，现在青藏铁路已经出现了硫酸盐侵蚀损伤现象。故研究抗硫酸盐侵蚀的混凝土新配方，有非常明显的现实意义。参考文献1李立权编著，混凝土配合比设计手册，华南理工大学出版社，20022朱宏军，程海丽，姜德民编著，特种混凝土和新型混凝土，化学工业出版社，20043冯乃谦主编，实用混凝土大全，科学出版社，200
14、14黄士元等编著，近代混凝土技术，陕西科学技术出版社，19985谢洪学编著，混凝土配合比实用手册，中国计划出版社，20026张明征编著，高性能混凝土的配置与应用，中国计划出版社，20037朱德林编著，建筑防水新材料及防水施工新技术，中国建筑工业出版社，19978朱清江主编，高强高性能混凝土的研制及应用，中国建材工业出版社，19999张誉，蒋利学，屈文俊编著，混凝土结构耐久性概论，中国建筑工业出版社，200310封孝信、李秀娟编著，抗硫酸盐侵蚀测试方法评述，河北工程学院学报，自然科学版，2004，2611TIANB,COHENMDDOESGYPSUMFORMATIONDURINGSULFATEA
15、TTACKONCONCRETELEADTOEXPANSIONJCEMENTANDCONCRETERESEARCH,2000，3013MEHTAPK混凝土的结构性能与材料M上海同济大学出版社,199114NEVILLEATHECONFUSEDWORLDOFSULFATEATTACKONCONCRETEJCEMENTANDCONCRETERESEARCH,2004,3415SANTHANAMM,COHENMD,OLEKJSULFATEATTACKRESEARCHWHITHERNOWJCEMENTANDCONCRETERESEARCH,2001,3016HOBBSDW,TAYLORMGNATUREO
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