基于工业CT技术的混凝土细观结构与抗盐冻性能的关系

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  水泥混凝土的细观结构对抗冻性能有显著影响,而通过引气可以提高混凝土的抗冻性能,各国规范通过规定新拌混凝土的含气量(6%左右)和硬化混凝土的气泡间隔系数(小于200~250μm)来满足抗冻性设计要求。而大量研究人员的试验结果表明,部分不满足规范要求的混凝土仍具有较好的抗冻性,且提出了利用气泡总表面积、气泡分形维数等作为新的评价参数。可见,水泥混凝土细观结构与宏观抗盐冻性能之间的关系还有待更系统和明确的对比分析。
  首先,通过对混凝土不同测试面(切割面、成型侧面、成型表面)单面浸入3%醋酸钾溶液的冻融循环试验表明,非引气混凝土在30次冻融循环后成型表面的剥落量是成型侧面的1.2倍,是切割面的1.8倍。利用工业CT技术扫描得到混凝土表层气泡结构的分布信息,提出气泡距系数来准确表征混凝土内部气泡的分布间距。混凝土表面剥落量与表面气泡距系数之间呈线性相关,且相关系数大于混凝土整体的气泡距系数。因此,混凝土盐冻循环试验应直接采用成型表面作为测试面以模拟现场情况,且混凝土细观气泡结构分析同样应采用相应的成型表面区域。
  然后,通过工业CT测试获取16组混凝土成型表面的5种气泡结构参数(含气量、气泡表面积率、气泡距系数、气泡体积盒维数、气泡表面积盒维数),结合盐冻循环试验结果,分别利用相关性分析和灰色关联分析来建立混凝土气泡结构参数与抗盐冻性能之间的映射关系。结果表明,不同混凝土气泡结构参数与抗盐冻性能的关联程度由大到小为:气泡距系数>气泡体积盒维数>气泡表面积盒维数>含气量>气泡表面积率。
  最后,利用工业CT无损检测的特点,对经历不同盐冻循环次数后的同一混凝土试块进行重复扫描,分析细观结构的变化过程。非引气混凝土在盐冻循环作用早期存在一个细观气泡结构优化的过程,气泡表面积率、气泡分布盒维数增大,气泡距系数减小,而盐冻循环作用后期气泡结构劣化速率逐渐加快;引气混凝土的细观气泡结构在盐冻循环作用过程中持续劣化,但是衰减速率显著小于非引气混凝土。盐冻作用对引气混凝土的影响深度为2mm,而对非引气混凝土的影响深度为3mm,可见引气作用可以更好地保护混凝土内部结构。混凝土气泡分布盒维数在盐冻作用前后显著减小,且变化百分比与盐冻破坏剥落量之间呈线性相关,可定义损伤度评价指标来评价混凝土在盐冻循环作用下的变化过程。
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