文摘

为了减少桥面铺装的早期损坏混凝土在寒冷地区,nano-SiO的某些内容₂添加到混凝土增强其耐久性。通过四个耐久性指标测试,强度,耐冻性、抗Cl⁻离子通透性,混凝土的耐磨性nano-SiO为1%₂没有nano-SiO内容和具体₂,nano-SiO的能力₂改善桥面铺装混凝土耐久性评估。测试和分析的结果表明,nano-SiO的合并₂大大提高了四个耐久性指标。Nano-SiO₂早期发布的有效吸收氢氧化钙水泥的水化硅酸钙水合物含量增加,并提升之间的界面粘贴硬化水泥和骨料,可以改善混凝土的耐久性。

1。介绍

水泥混凝土桥面铺装已广泛应用于公路桥梁的建设在中国;然而,桥面铺装的早期损坏已成为越来越严重的持续增加,交通量和交通负荷,和桥面铺装的早期损坏已成为桥梁的一个主要问题(1]。混凝土桥面铺装的早期损坏的现象在中国北方的寒冷地区更明显(2]。

与普通混凝土路面相比,损伤的混凝土桥面铺装更有可能发生。桥面铺装,为长时间的暴露在自然环境中,是一座桥起重机系统的重要组成部分[3,组成桥面铺装混凝土的耐久性是影响车辆负载和不利的自然条件。耐久性混凝土桥面铺装是一个关键的组件在提供有效的服务,因此混凝土耐久性的缺乏会导致混凝土桥面铺装的早期损坏,大大降低了路面的使用寿命。

有很多因素会影响混凝土的耐久性。按照重要性的因素造成的破坏混凝土结构钢筋腐蚀、冻融损伤,和化学侵蚀4]。

冬天是漫长而寒冷的北部广大地区在中国,和寒冷的天气条件对水泥混凝土的耐久性有很大的影响。冻融是影响混凝土耐久性的最具代表性的指标(5]。

在冬天,为了及时去除道路冰雪降雪后,除冰盐通常是应用于道路在中国北方许多地区,特别是在一些关键的部分城市,如道路和桥面铺装桥的方法。大量的Cl⁻除冰盐中含有离子可以穿透混凝土和钢筋表面扩散。Cl⁻离子诱导腐蚀钢筋的保护层开裂原因,这加剧了Cl的传播⁻和钢铁腐蚀。当Cl⁻离子浓度达到一定水平时,混凝土结构的破坏将发生6]。因此,混凝土的抗腐蚀的优点的注意。

桥面人行道经验日常穿从大量的汽车轮胎。此外,更频繁的车辆制动发生在桥梁由于减速装置在桥的方法或更低速度限制的桥梁,因此,随着时间的推移,混凝土桥面铺装表面会磨损如果桥面铺装的耐磨性差。随着时间的流逝,砂浆将损坏,总将会暴露,松散的聚合将车辆车轮下,桥面人行道和较大的裂缝将形成。水和其他腐蚀性液体(特别是Cl⁻中包含的水从雪水)将穿透混凝土和加速路面的破坏。

因此,为了提高抗寒性(从水和盐冻),Cl⁻渗透阻力和混凝土的耐磨性是提高桥面铺装混凝土耐久性的关键在寒冷的地区。

纳米材料是一种纳米级的超细材料,(1 - 100海里)的大小而发生在原子簇和宏观物体之间的过渡区,是比一群集群和小于通常的粉7]。因为nano-SiO的粒度₂非常小,高度活跃nano-SiO吗₂粒子混入混凝土可以改善其微观结构8),反过来,力学性能和耐久性的桥面铺装在中国北方的寒冷地区。

Mastali和Dalvand9)进行了广泛的研究,包括实验和分析方法描述nano-SiO 1%的影响₂和7%硅灰对混凝土力学性能的关键。他们的实验结果表明,使用硅灰和nano-SiO₂而不是纯自密实混凝土中水泥导致改善混凝土的抗冲击性和机械性能。Givi et al。10)调查了透水性和nano-SiO波特兰水泥砂浆的凝结时间₂混在0.5%,1%,1.5%,和2%的水泥通过实验研究。他们的研究结果显示,nano-SiO的混合₂粒子不仅导致密集的水泥砂浆,也改变了水泥水化产物的形貌。Zhang et al。11)参数进行实验调查nano-SiO的效果₂颗粒的断裂性能包含粉煤灰混凝土复合。他们的研究结果显示,添加lower-SiO₂内容(< 5%)纳米粒子可以帮助改善这类混凝土复合断裂的性质。

王等人。12,13探索和利用nano-SiO₂改善高性能混凝土的耐久性,研究其机制。他的结果显示,在每个周期点的马克斯冷冻解冻循环,与nano-SiO防冻混凝土耐久性的系数₂都没有nano-SiO高于₂;添加nano-SiO₂能有效地提高耐氯⁻高性能混凝土的渗透性;同时,电通量nano-SiO的增加而明显降低₂剂量。

Quercia比安奇(14进行了一项研究,两种不同类型的nano-SiO₂在自密实混凝土的应用,都有类似的粒度分布,但在两个不同的生产流程(高热和胶体沉淀)。他的结果显示,添加nano-SiO水泥重量的3.8%₂提高了自密实混凝土耐久性(氯离子侵入和耐冻融)由于微观结构的改进和减少孔隙的连通性。

赵et al。15)进行了一项测试调查nano-SiO之间的关系₂nano-SiO内容₂混凝土、空气含量、水灰比、耐冻性属性。他们的研究结果表明,冻融阻力的能力和抗压强度的混凝土混合着一些nano-SiO₂将有改善,增加在水泥硬化浆体的不透水的洞。

摘要nano-SiO拌混凝土的试验研究₂在哈尔滨进行与当地水泥和骨料为原料。测试结果nano-SiO指示₂可以改善混凝土的耐久性,特别是耐冻性和耐氯吗⁻离子渗透。SiO₂具体适用于桥面铺装和桥的方法在中国北方的寒冷地区。

2。测试条件

2.1。原材料

实验原材料包括哈尔滨亚太(中国)水泥42.5级以上,细骨料(中型砂)由远古时期沙坑(中国),粗骨料(1 - 2厘米,2 - 3厘米砾石)由Tianlongshan采石场(中国)和混凝土外加剂(Y-1E引气减代理),和三磷酸酊酯水泥混凝土混合比例如表所示1。

在所有的测试中,nano-SiO₂是高度分散型nano-SiO₂由南京EPRI复合材料有限公司,中国。分散型nano-SiO的主要技术参数₂如表所示2。

添加nano-SiO的方法₂是混合粉体和水泥实验前在干燥状态,然后与其他组件,使混凝土搅拌。SiO的混合过程₂如图1。混合比是nano-SiO的质量百分比₂在胶结材料。

2.2。耐久性指标

耐冻性(水和盐冻),耐氯⁻离子渗透,和混凝土的耐磨性是关键影响因素在寒冷地区混凝土桥面铺装层的耐久性;此外,强度是混凝土最基本的性能参数,通过分析和咨询信息。因此,在这项研究中,我们选择强度、抗冻性、抗Cl⁻离子渗透和混凝土的耐磨性(nano-SiO含量为1%₂如果没有nano-SiO₂)作为评价的指标在寒冷地区混凝土桥面铺装层的耐久性。

通过对上述四个耐久性测试指标,我们评估nano-SiO的能力₂改善桥面铺装混凝土的耐久性。

2.2.1。混凝土强度

混凝土强度是最基本的性能参数,直接决定了桥面铺装混凝土的耐久性。因此,最优nano-SiO内容₂通过实验确定了混凝土的抗弯和抗压强度使用不同数量的nano-SiO₂。

根据t0558 - 2005和t0555 - 2005公路工程水泥和混凝土的测试方法(JTG e30 - 2005)抗弯强度试验和混凝土抗压强度试验进行,分别。

2.2.2。抗寒性

根据t0565 - 2005公路工程水泥和混凝土的测试方法(JTG e30 - 2005),进行了混凝土抗冻能力使用快速凝固法。

混凝土标本100×100×400毫米³棱镜。固化后28 d,标本(有或没有nano-SiO₂)被冻结和解冻。在第一个4 d的冻融试验,标本(有或没有nano-SiO₂)被分成两组,放置在两个独立的解决方案。一个解决方案是普通水温度15 - 20°C之间,用来模拟氯盐环境下普通nonfrost测试。另一个解决方案是5%氯化钠溶液在温度15 - 20°C之间,用来模拟氯盐环境下的冻融试验。

2.2.3。抗氯⁻离子渗透

指的是标准铁路混凝土和砌体工程施工质量验收(tb10424 - 2003),耐氯的考验⁻离子渗透率是采用电通量法进行的。混凝土标本制成圆筒直径100毫米和50毫米高。固化后28 d,标本进行测试。

2.2.4。耐磨性

根据t0567 - 2005公路工程水泥和混凝土的测试方法(JTG e30 - 2005)混凝土耐磨性进行了测试。

混凝土磨损测试标本是150×150×150毫米³多维数据集。27 d固化后,标本擦干表面水分。室内空气干燥12 h后,样本被放置在烤箱的温度60°C 12 h,直到他们达到恒重。

3所示。测试结果分析

3.1。强度测试

为了确定最优nano-SiO内容₂,测试混凝土的抗弯和抗压强度(持续时间7和28 d)为0,0.2%,0.5%,0.8%,1%,2%,和3% nano-SiO₂内容进行。

Nano-SiO₂添加取代水泥,SiO的数量₂添加水泥的数量减少。

抗弯强度测试结果如图27点,这表明,混凝土抗弯强度d增加了7.7%,12.5%,13.1%,15.4%,15.8%,和11.6%,分别在28 d,增长了3.9%,6.0%,7.1%,9.7%,11.0%,和8.1%,分别nano-SiO₂内容从0提高到0.2%,0.5%,0.8%,1%,2%,3%。

抗压强度测试结果如图3,这表明,混凝土抗压强度在7 d增加了4.2%,7.1%,10.8%,14.3%,16.1%,和12.2%,分别在28 d,增长了2.7%,5.4%,6.5%,9.2%,10.1%,和5.4%,分别nano-SiO₂内容从0提高到0.2%,0.5%,0.8%,1%,2%,3%。7 -和nano-SiO时混凝土28天抗压强度增加得更快₂内容从0提高到1%。

从数据可以看出2和37岁和28天抗弯强度和抗压强度混凝土nano-SiO时增加更快₂内容从0提高到1%。改善混凝土的抗弯强度和抗压强度为同一时间nano-SiO时并不明显₂内容从1%上升到2%。7岁和28天抗压强度和抗弯强度的混凝土nano-SiO时减少₂内容从2%上升到3%。

从分析的结果数据2和3,当nano-SiO₂内容从0到1%,提高混凝土的抗弯强度和抗压强度都显著提高。当nano-SiO₂内容增加了超过1%,混凝土的抗弯和抗压强度的提高并不明显。当nano-SiO₂内容接近3%,抗弯强度和抗压强度下降。因此,我们建议1% nano-SiO的最佳数量₂在混凝土桥面铺装,由后续的验证测试。

3.2。耐冻性测试

3.2.1之上。常见的耐冻性测试

不同数量的混凝土冻融循环测试和没有nano-SiO₂nonchloride盐环境下进行。混凝土质量损失率的变化和相对动弹性模量与越来越多的冻融循环图所示4和5。

从数据可以看出4和5条件下的50、100、150、200、250年和300年冻融周期,与nano-SiO混凝土的质量损失率₂是0.24%,0.4%,0.63%,0.74%,和0.87%低于没有nano-SiO混凝土₂分别与nano-SiO混凝土相对动弹性模量₂是3.1%,6.4%,8.9%,12.1%,14.8%,和18.2%高于没有nano-SiO混凝土₂,分别。

从分析的结果数据4和5nonchloride盐环境下,与nano-SiO混凝土的耐冻性₂没有nano-SiO优于混凝土₂。特别是,与越来越多的冻融周期,nano-SiO的效果₂提高混凝土的耐冻性更加明显。

3.2.2。氯盐环境下耐冻性测试

使用除冰盐盐会导致严重损害桥面铺装混凝土在寒冷的地区。为了模拟氯盐环境中冻融条件在寒冷地区,以前使用的解决方案是替换为5%的氯化钠溶液浸泡冻融循环测试的解决方案。

随着越来越多的冻融循环,质量损失率的变化和相对nano-SiO拌混凝土的弹性模量₂和nondoped nano-SiO₂在氯盐环境中数据所示6和7,分别。

从数据4和6可以看出,普通混凝土的质量损失率(不掺杂nano-SiO₂)在氯盐环境中是0.26%,0.57%,0.59%,0.7%,0.62%,和0.92%高于在nonchloride盐环境中,分别在50岁,100年,150年,200年、250年和300年冻融循环。从数据5和7,可以看出,普通混凝土的相对弹性模量在氯盐环境中是5.9%,6%,3.2%,1.1%,5.0%,和7.1%低于nonchloride盐环境中,分别在50岁,100年,150年,200年、250年和300年冻融循环。试验结果表明,随着冻融周期的增加,氯离子对混凝土的破坏加速。

从数据可以看出6和7在氯盐环境中,混凝土质量损失率与nano-SiO掺杂₂是0.4%,0.9%,0.74%,1.1%,1.2%,和1.7%低于混凝土,不掺杂nano-SiO吗₂分别和相对与nano-SiO掺混凝土的弹性模量₂是6.2%,10.6%,9.5%,12.2%,17.2%,和21.1%高于混凝土不掺杂nano-SiO呢₂分别在100、150、200、250年和300年冻融循环。

这些结果表明,混凝土的抗冻性与nano-SiO掺杂₂优于混凝土不掺杂nano-SiO呢₂氯盐环境下,尤其是越来越多的冻融循环。因此,nano-SiO的效果₂提高混凝土的耐冻性更明显的氯盐环境中。

3.3。抗氯⁻离子渗透测试

由于混凝土是一种多孔材料,氯等有害离子⁻离子很容易通过毛孔进入其内部,并能改变混凝土孔隙溶液的pH值,从钢铁腐蚀造成损害,碱骨料反应,电化学腐蚀。因此,抵抗Cl⁻离子渗透率是评价混凝土耐久性的一个重要指标16]。目前还没有标准的耐氯的评估和测试⁻离子渗透中国的混凝土。

电通量法是评估Cl⁻离子渗透在中国国家标准没有具体规定。jtj275 - 2000(“海洋海港工程混凝土结构防腐蚀规范”),没有。tb10424 - 2003(“标准铁路混凝土和砌体工程施工质量验收”),和SL 352 - 2006(“水工混凝土的测试代码”)。

本文参照上述标准,与没有nano-SiO混凝土电通量测试₂进行了验证nano-SiO的能力₂提高了Cl⁻离子渗透的混凝土养护后7和28 d。电通量测试结果如图所示8。

从图8,可以看出,混凝土是否掺杂或没有nano-SiO₂28 d固化后,其电通量明显低于7 d后固化。这表明混凝土抵抗氯⁻离子通透性显著改善混凝土的发展和增加其强度。与此同时,它还可以看到从图7固化7 d后,混凝土的电通量与nano-SiO₂2045没有nano-SiO低于混凝土₂,减少45.8%。后28 d养护,混凝土的电通量与nano-SiO₂770没有nano-SiO低于混凝土_2,36.0%的减少。这表明nano-SiO的合并₂能明显改善耐氯⁻离子渗透的混凝土,特别是混凝土的早期养护。

3.4。耐磨测试

耐磨性测试混凝土的混合,没有nano-SiO₂进行了固化后28日,56和84 d。

我们第一次重混凝土标本后地面30倍的负载下200 N;这个质量是表示米₁。然后称重后地面60倍的负载下200 N;这个质量是表示米₂。最后,磨耗量由于试样磨损计算使用以下公式: 在哪里G_C是单位面积的磨耗量(公斤/米²),米₁试样的初始质量(公斤),米₂研磨后标本的质量(公斤)和0.0125磨损区域的标本(m²)。

拌混凝土耐磨性测试的结果,没有nano-SiO₂如图9。从图可以看出,混凝土的耐磨性与没有nano-SiO混合₂增加逐渐增加具体的年龄。同时,从图可以看出9固化7 d后,混凝土的磨蚀损失率nano-SiO₂1.2没有nano-SiO低于混凝土₂,减少36.4%。后28 d养护,混凝土的磨蚀损失率nano-SiO₂0.9没有nano-SiO低于混凝土₂,减少39.1%。84 d固化后,混凝土的磨蚀损失率nano-SiO₂0.8没有nano-SiO低于混凝土₂,减少44.4%。这些结果表明,混凝土的耐磨性大大提高了nano-SiO的合并₂;此外,nano-SiO的效果₂在改善混凝土的耐磨性与具体年龄增加更明显。

4所示。分析改善的机制

通过引用相关文献,可以看出,水泥混凝土的密度与混凝土的耐久性17]。混凝土的密度和均匀性越高,其耐久性越好(18]。

在这项研究中,扫描电子显微镜(SEM)(广达200热费希尔科学,Inc .)、美国)被用来观察与没有nano-SiO普通混凝土的微观结构₂固化后28 d。

图10显示了一个比较核心有无nano-SiO混凝土的微观结构₂。从图可以看出,没有nano-SiO普通混凝土结构的孔隙大小₂大,混凝土的孔隙结构与nano-SiO吗₂更小。与nano-SiO混凝土的结构₂均匀整齐、密实和紧密相连,这意味着nano-SiO吗₂改善水泥混凝土的微孔结构和增强其密度。

它已被证明在19),在没有nano-SiO混凝土的水化过程₂,粗骨料与水泥石之间的界面会积累大量的 。的结晶和取向在接口降低混凝土的强度和耐久性。

图11显示了一个比较分析微观区域的元素分布的具体使用和不nano-SiO₂利用能量色散x射线光谱。从图可以看出11的自由钙离子在混凝土添加二氧化硅后明显下降。这表明nano-SiO₂明显的峰值降低在混凝土。下面的反应发生在合并后的水泥混凝土nano-SiO₂(20.]:

nano-SiO的平均粒径₂只有15纳米,这使得它一种超细材料可以填充水泥混凝土的微观孔隙(21]。纳米级粒子促进混凝土的水化反应。大量的nano-SiO₂超细粒子表面的水化产品收集,增长,扩散到空间,彼此重叠作为“核心。“与nano-SiO水化产品₂作为他们的核心成为小单位,相互连接形成一个统一的和紧凑的整体(16,17]。的nano-SiO₂有效地吸收 ,发布的早期水化的水泥和水合硅酸钙的含量增加,而改善硬化水泥浆与骨料之间的接口。这提高了混凝土的强度,提高其耐久性。

5。结论

添加nano-SiO₂在桥面铺装混凝土能有效提高混凝土的耐久性,延长桥面铺装的使用寿命,减少对桥面铺装的早期发病,并降低维修和维护成本;因此,它具有重要的社会和经济价值。从实验研究获得以下结论和本文理论分析:(1)在寒冷地区,桥面铺装混凝土容易产生严重的破坏加剧了不良天气条件。普通混凝土的耐久性低是一个混凝土桥面铺装损坏的重要原因。因此,有必要提高混凝土的耐久性用于桥面铺装在寒冷地区的中国。(2)抗寒性,耐氯⁻离子通透性和耐磨性的混凝土耐久性的重要指标在评价中国的桥面混凝土在寒冷的地区。基于本文中描述的测试结果,当混凝土与nano-SiO混合₂,前面所提到的三种指标大大提高。因此,我们得出这样的结论:nano-SiO的加法₂可以提高桥面混凝土的耐久性在寒冷地区的中国。(3)Nano-SiO₂纳入混凝土可以有效地吸收 ,发布在早期水化的水泥和水合硅酸钙的含量增加,使硬化水泥浆与骨料之间的接口。此外,它可以提高混凝土的强度和提高其耐久性。(4)从技术的角度,nano-SiO的加法₂将增强中国寒冷地区的混凝土的耐久性,因此它适合大多数混凝土路面项目。然而,从经济的角度来看,nano-SiO₂这些项目的成本增加,及其应用在普通道路混凝土项目中显然是不经济的。因此,添加nano-SiO₂只适合vehicle-bearing表面的关键部分,如桥面人行道和桥指引道路。它特别适用于寒冷地区的混凝土桥面铺装层的中国,因为它是更容易损坏。

数据可用性

使用的实验数据来支持本研究的结果包括在本文中。要求未来的数据,6个月后发表这篇文章中,将会被相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。