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混凝土结构在杂散电流与软水溶蚀共同作用下的数值模拟研究

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工业建筑 2023年第S2期53卷 194-199页

作者：韩瑜王宝民赵翊彤何昕航大连理工大学土木工程学院辽宁大连116024 辽宁省建设科学研究院有限责任公司沈阳110005 中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司成都610072

利用COMSOL软件对混凝土结构在杂散电流下的溶蚀特性进行了模拟计算。模拟结果显示,掺加矿渣粉的混凝土试件中固相钙及Ca^(2+)全部溶出的时间随矿渣粉掺量的增大而减小。在相同溶蚀龄期时,固相钙的溶解区域和速度随矿渣粉掺量的增大而... 详细信息

利用COMSOL软件对混凝土结构在杂散电流下的溶蚀特性进行了模拟计算。模拟结果显示,掺加矿渣粉的混凝土试件中固相钙及Ca^(2+)全部溶出的时间随矿渣粉掺量的增大而减小。在相同溶蚀龄期时,固相钙的溶解区域和速度随矿渣粉掺量的增大而减小。在不同电压条件下,掺加矿渣粉的混凝土试件中固相钙及Ca^(2+)全部溶出的时间随电压的增大而减小,在相同溶蚀龄期时,固相钙的溶解区域和速度随电压的增加而增大。

关键词：杂散电流软水溶蚀混凝土结构数值模拟

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水泥净浆养护溶蚀全过程数值模拟

建筑材料学报 2020年第5期23卷 1008-1015页

作者：李向南左晓宝崔冬殷光吉汤玉娟南京理工大学土木工程系江苏南京210094

针对材料制备与环境服役过程中水泥基材料的性能演变问题,开展了水泥净浆薄片养护溶蚀全过程中主要物相及微结构演变的定量分析.首先,根据水泥的矿物组成及其水化机理,建立了水泥水化反应的简化模型及其主要水化产物浓度的计算方法;其次... 详细信息

针对材料制备与环境服役过程中水泥基材料的性能演变问题,开展了水泥净浆薄片养护溶蚀全过程中主要物相及微结构演变的定量分析.首先,根据水泥的矿物组成及其水化机理,建立了水泥水化反应的简化模型及其主要水化产物浓度的计算方法;其次,利用Fick定律及质量守恒定律,建立了溶蚀条件下水泥净浆孔溶液中主要离子(K+、Na+、OH-及Ca2+)的传输模型;最后,与已有试验结果对比分析验证了模型的合理性,在此基础上,数值模拟了水泥净浆薄片试件养护溶蚀全过程.结果表明:所建立的模型可定量分析养护溶蚀全过程中水泥净浆孔溶液中主要离子浓度、孔隙率分布及氢氧化钙(CH)、水化硅酸钙(C-S-H)凝胶浓度的变化规律,且可用于软水环境下水泥基材料抗溶蚀性能的定量设计.

关键词：水泥净浆软水溶蚀水泥水化离子扩散数值模拟

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杂散电流对矿渣/水泥基复合材料的溶蚀作用

杂散电流对矿渣/水泥基复合材料的溶蚀作用

作者：赵翊彤大连理工大学

学位级别：硕士

随着城市化进程的推进和交通工程的快速发展,目前城轨交通尤其是地铁交通已经成为了各个城市的主流交通方式之一。但地铁结构并非完全绝缘,其中会有部分电流泄漏,即为杂散电流。地铁工程处在杂散电流与地下水溶蚀的复杂侵蚀环境中,这会... 详细信息

随着城市化进程的推进和交通工程的快速发展,目前城轨交通尤其是地铁交通已经成为了各个城市的主流交通方式之一。但地铁结构并非完全绝缘,其中会有部分电流泄漏,即为杂散电流。地铁工程处在杂散电流与地下水溶蚀的复杂侵蚀环境中,这会对其工程结构安全性带来潜在的隐患。那么模拟地铁工程的侵蚀环境,研究其主体结构水泥基材料在杂散电流作用下的抗溶蚀性能具有重要的工程价值。而粒化高炉矿渣作为常用的矿物掺合料之一,凭借其优异性能在建筑材料领域中得到了广泛的应用。本文以直流电模拟地铁环境的杂散电流,研究了不同矿渣粉掺量、不同杂散电流强度及不同水胶比对水泥基复合材料在杂散电流作用下抗溶蚀性能的影响,利用XRD、TG/DTG等微观测试手段分析了其作用机理,并通过COMSOL Multiphysics有限元分析软件对水泥基材料在杂散电流作用下的软水溶蚀过程进行了模拟计算。主要研究内容及结论如下:(1)研究了矿渣粉掺量、杂散电流强度和水胶比对矿渣粉水泥基复合材料经杂散电流与软水溶蚀耦合作用后力学性能、孔溶液碱度及孔溶液Ca浓度的影响。结果表明,当杂散电流电压为40V,溶蚀90d时矿渣粉掺量为40%和50%的水泥基复合材料抗压强度最高,分别上升了40.71%和58.10%;孔溶液p H值和Ca浓度则逐渐降低。随着电流的增强,矿渣粉水泥基复合材料的抗压强度先下降后上升。在通电溶蚀前期孔溶液p H值下降速度较慢,而后期孔溶液p H值则明显大于不施加电流的组别。随着水胶比的增大,矿渣粉水泥基复合材料的抗压强度逐渐下降,孔溶液p H值和Ca浓度逐渐降低。(2)研究了矿渣粉掺量、杂散电流强度和水胶比对矿渣粉水泥基复合材料经杂散电流与软水溶蚀耦合作用后微观结构及组成的变化。测试结果显示,矿渣粉掺量越大,水泥基复合材料内部Ca(OH)含量越少,并生成Ca/Si更低的凝胶相,材料的孔隙率变小,结构更为均匀致密。随着电流的增强,矿渣粉水泥基复合材料内部的Ca(OH)变少,物相边界变得模糊不清,但材料水化产物略有增多,孔隙率略有下降。随着水胶比的增大,材料内部的Ca(OH)含量变少、被溶蚀掉的物相增多、微观结构变得松散、孔径结构整体变大,孔隙率变大。(3)利用COMSOL软件对水泥基材料在杂散电流下的溶蚀特性进行了模拟计算。模拟结果显示,矿渣粉水泥基复合材料的固相钙及Ca全部溶出的时间随矿渣粉掺量的增大而减小。在相同溶蚀龄期时,固相钙的溶解区域和速度随矿渣粉掺量的增大而减小。在不同电压条件下,矿渣粉水泥基复合材料的固相钙及Ca全部溶出的时间随电场的增强而减小,在相同溶蚀龄期时,固相钙的溶解区域和速度要随电场的增强而增大。

关键词：杂散电流软水溶蚀矿渣粉水泥基复合材料数值模拟

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磷石膏—矿渣体系水化产物稳定性的研究

磷石膏—矿渣体系水化产物稳定性的研究

作者：杨荣辉武汉理工大学

学位级别：硕士

磷石膏-矿渣水泥是以磷石膏、矿渣为主要原料,通过与少量硅酸盐水泥复合,制备出的一种具有水硬特性的胶凝材料。磷石膏-矿渣水泥中由于磷石膏掺量过大,远远超出化学平衡所需的反应物需要量,在硬化浆体中仍存在大量的未反应磷石膏。尽管... 详细信息

磷石膏-矿渣水泥是以磷石膏、矿渣为主要原料,通过与少量硅酸盐水泥复合,制备出的一种具有水硬特性的胶凝材料。磷石膏-矿渣水泥中由于磷石膏掺量过大,远远超出化学平衡所需的反应物需要量,在硬化浆体中仍存在大量的未反应磷石膏。尽管由于磷石膏颗粒被C-S-H凝胶等水化产物包裹使得材料整体上有了水硬性,但大量可溶石膏的存在使得磷石膏-矿渣水泥在应用中是否能够保持稳定留下了不确定性。本文主要研究了磷石膏-矿渣水泥的水化过程中矿渣和石膏反应程度发展规律,分析和统计了水化后硬化浆体中各物质组成的量。在此基础上,通过实验评价磷石膏-矿渣水泥在软水浸泡作用下的稳定性,测定硫酸根离子的溶出行为,为磷石膏基水泥的实际应用,提供理论指导。以Pb(NO)、Cr(NO)作为重金属离子Pb、Cr的来源,研究了磷石膏-矿渣水泥对重金属离子的固化效果。得到的主要结论如下:1.磷石膏-矿渣水泥水化的最佳养护制度为:试块脱模后由塑料薄膜包覆好置于标准养护箱中养护。经配合比设计和试验,确定材料组成为:磷石膏的掺量为45%,硅酸盐水泥的最佳掺量为2%,磷渣的最佳掺量为10%。2.该复合胶凝体系水化至28d时矿粉的反应程度仅达到25%0%,且矿粉掺量越低其反应程度越高;石膏的反应程度随水化龄期延长而略微增大,说明可反应的石膏在水化早期即已接近全部反应,水化28d后反应的石膏量占体系的25%左右。3.胶凝材料硬化体在软水中浸泡时,SO的释放受磷石膏的掺量和细度影响,浸取前期SO的释放机理为扩散控制,中后期发生了损耗作用,即实验后期的累计释放率远低于前期。试样经碳化或荷载破坏后,浸取前期SO的浸出发生了溶解作用,中后期SO的释放机制为扩散控制。实验中由扩散控制的浸出阶段,SO的扩散系数比混凝土中重金属的扩散系数大50个数量级,比硫酸盐侵蚀混凝土中SO的扩散系数大2个数量级,与磷石膏的掺量即试样中SO的总量呈正相关,细度呈负相关。4.试样经周期性的干湿循环后,其强度和质量都有大幅下降。磷石膏的掺量和细度会影响干湿循环后试样的质量和强度损失率,随磷石膏掺量的增大,干湿循环后试样的质量和强度损失率增大,增加磷石膏的细度可以减小试样的强度和质量损失。5.软水浸泡后试样被侵蚀部分的表面形貌变得疏松,钙矾石分解,C-S-H凝胶脱钙化导致锡箔状的C-S-H减少,孔隙增多,说明软水侵蚀会导致磷石膏-矿渣基水泥硬化浆体微观结构的劣化,宏观上表现为强度的下降。SO浸出深度与时间的关系符合Fick第二定律即d=k(?),说明SO的浸出由扩散所控制。6.磷石膏-矿渣水泥对Pb、Cr离子有较好的固化效果,浸出浓检测结果显示Pb、Cr离子掺量达到1%时,磷石膏-矿渣水泥对其固化率可达到92%以上,强度测试表明Pb、Cr离子理想固化掺量应在0.5%以内。

关键词：磷石膏反应程度软水溶蚀固化

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杂散电流强度对水泥基材料抗溶蚀性影响

低温建筑技术 2023年第12期45卷 33-36,40页

作者：韩瑜王宝民赵翊彤宋亚琳大连理工大学土木工程学院辽宁大连116024 辽宁省建设科学研究院有限责任公司沈阳110005 中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司成都610072

文中旨在探明不同杂散电流强度与软水溶蚀耦合作用对水泥基材料力学性能、孔溶液碱度及孔溶液Ca2+浓度的影响。通过测试不同电压强度的杂散电流与软水耦合作用下不同材料的抗压强度随溶蚀龄期变化得出研究结论,结果表明随着直流电源电... 详细信息

文中旨在探明不同杂散电流强度与软水溶蚀耦合作用对水泥基材料力学性能、孔溶液碱度及孔溶液Ca2+浓度的影响。通过测试不同电压强度的杂散电流与软水耦合作用下不同材料的抗压强度随溶蚀龄期变化得出研究结论,结果表明随着直流电源电压的增大,水泥基复合材料的抗压强度先下降后上升,且电压越大,强度上升的拐点出现越晚;在溶蚀前期施加电流时孔溶液pH值下降速度较慢,而后期孔溶液pH值则明显大于不施加电流的组别。

关键词：电压强度杂散电流软水溶蚀水泥基复合材料