南疆紫外线-碳化作用对沙漠砂混凝土性能影响研究

作     者：陈琨 

作者单位：塔里木大学 

学位级别：硕士

导师姓名：安巧霞

授予年度：2024年

学科分类：08[工学] 081304[工学-建筑技术科学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0813[工学-建筑学] 

主      题：沙漠砂 紫外线辐射 抗碳化性能 力学性能 毛细吸收性能 微观结构 

摘      要：沙漠砂代替河砂有利于减缓对河砂资源的过度开采,保护河流生态环境,提高经济效益。碳化反应对混凝土的碱度、钢筋保护层厚度、物理性能以及渗透性能造成影响。紫外线辐射会使混凝土结构内部的水化产物发生脱水现象,甚至Ca（OH）2的分解,为碳化作用提供有利环境。为提高混凝土性能与实际使用寿命,确定沙漠砂最佳掺量,以及为设计钢筋混凝土保护层厚度提供数据与理论支撑,本文通过制备不同沙漠砂掺量的混凝土（选取0%、20%、40%、60%、80%的沙漠砂替代河砂）,在碳化与紫外线辐射碳化环境作用下,分析沙漠砂掺量、碳化时间和紫外线辐射量对沙漠砂混凝土碳化深度的影响规律,建立紫外线辐射条件下沙漠砂混凝土碳化深度预测模型;通过力学性能试验研究沙漠砂掺量、碳化时间以及紫外线辐射等因素对沙漠砂混凝土力学性能的影响规律;通过毛细吸水试验,分析沙漠砂掺量、碳化作用、紫外线辐射和5%氯化钠溶液对沙漠砂混凝土毛细吸收量的影响及变化规律,对水分与氯离子侵入深度进行对比分析;通过SEM电镜和XRD衍射图谱对沙漠砂混凝土进行微观表征分析。主要研究内容与结论如下: （1）当紫外线辐射时间（辐射量）一定时,随沙漠砂掺量的增加,混凝土碳化深度呈先减小后增大的趋势。当沙漠砂掺量达到20%时,混凝土的抗碳化能力最强,混凝土碳化深度降低了20.45%,适量的沙漠砂可抑制混凝土的碳化过程;紫外线辐射显著加大沙漠砂混凝土碳化深度,当沙漠砂掺量达到80%时,28d紫外线辐射碳化下的混凝土碳化深度增加了19.66%;对沙漠砂掺量、紫外线辐射量进行可重复双因素方差分析,建立沙漠砂混凝土碳化深度模型,并通过紫外线辐射量对碳化深度增加量公式拟合,证明了紫外线辐射量与碳化深度增加量呈幂函数关系。 （2）混凝土力学性能随沙漠砂掺量增加呈现先增后减的现象。当沙漠砂掺量达到20%时,28d的抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度分别比普通混凝土提高了5.11%、12.79%、10.17%,当沙漠砂掺量达到80%时,28d的抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度分别比普通混凝土降低了9.35%、9.32%、13.24%。沙漠砂掺量一定时,随着碳化龄期的增加,混凝土的力学性能也随之增加,当掺量为20%时,碳化28d后抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度较未碳化分别提高了8.38%、6.88%、8.21%。紫外线辐射对混凝土早期碳化有促进作用,当掺入80%沙漠砂,紫外线辐射碳化7d后抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度较碳化7d后分别提高2.4%、3.6%、3.75%。结合微观形貌可以看出碳化作用可以减少裂缝和孔隙的形成且紫外线辐射进一步促进碳化作用。 （3）混凝土毛细吸水量随沙漠砂掺量的增加,呈现先降后增的现象。当沙漠砂掺量达到80%时,毛细吸收性能最强,14d达到5.97/kg·m2;碳化后不同掺量的沙漠砂混凝土试件毛细吸水量均呈现明显下降的现象,但各掺量变化幅度不同,当沙漠砂掺量为20%、40%时,变化幅度较大,较未碳化试件分别减少了13.21%和13.46%;紫外线辐射碳化对沙漠砂混凝土试件毛细吸收性能的影响不显著,但进一步削弱了各掺量沙漠砂混凝土毛细吸收能力;5%氯化钠溶液对混凝土试件的毛细吸收量有较强的促进作用;水分与氯离子侵入深度随着吸水时间的增加而变大,但侵入速度随着吸水时间的增加逐渐降低。当掺入20%沙漠砂其侵入深度最小,且紫外线辐射碳化条件能进一步削弱水分与氯离子侵入能力。