新型人工鱼礁混凝土的力学性能及耐久性研究.docx

新型人工鱼礁混凝土的力学性能及耐久性研究新型人工鱼礁混凝土的力学性能及耐久性研究中文摘要普通混凝土人工鱼礁经历了一个大规模的建设时期，推动了海洋经济的发展，带来良好的经济效益、社会效益和生态效益。然而，普通人工鱼礁混凝土在海洋环境中受到海水的长期侵蚀后性能严重劣化，影响人工鱼礁的综合效益。采用硫铝酸盐水泥、海砂、海水等材料制备的新型人工鱼礁混凝土具有取材方便等优点。采用氯离子渗透性试验和吸水率试验研究各个参数（包括水泥、砂、拌合用水和养护条件）对新型人工鱼礁混凝土渗透性的影响，利用钢筋极化电位和失重率等试验方法研究阻锈剂的护筋作用以及不同水泥对钢筋锈蚀的影响；结合ESEM,孔结构和XRD等试验方法对混凝土微观结构和腐蚀产物进行测试和分析,研究各个参数对混凝土性能的影响。研究结果表明：1、在标准养护下，采用硫铝酸盐水泥时海水海砂混凝土的骨料与水泥石界面得到明显改善，裂缝减少，孔结构优化；与普通混凝土相比，其抗压强度和劈拉强度分别增加了15.0%和11.9%,抗渗性也得到提高；而采用混合水泥（硫铝酸盐水泥和硅酸盐水泥按1:1混合）会导致海水海砂混凝土内部的裂缝明显增多，骨料与水泥石界面变差，孔结构明显劣化，导致抗压强度、劈拉强度和抗渗性降低。2、与普通混凝土相比，新型人工鱼礁混凝土表面PH值降低了约20%；在浸泡海水30d后该混凝土表面PH值约为8.5o3、养护条件对新型人工鱼礁混凝土性能的影响较小。与标准养护的混凝土相比，淡水养护和海水养护的混凝土抗压强度分别下降了5.1%和4.4%,其抗渗性也都略有降低。4、在总氯离子含量相同的情况下，采用硫铝酸盐水泥、硅酸盐水泥以及混合水泥的海水海砂混凝土中氯离子固化率均随养护龄期的增加而提高。在养护龄期为28d时，海水海砂混凝土采用三种水泥时的氯离子固化率分别为64.6%、45.1%和30.2%o5、阻锈剂能够显著降低新型人工鱼礁混凝土中的钢筋失重率。与未掺阻锈剂的普通混凝土钢筋失重率相比，新型人工鱼礁混凝土在未掺阻锈剂时的钢筋失重率是它的50倍，在阻锈剂掺量为2%3%时的钢筋失重率降低至它的2倍左右。关键词：人工鱼礁混凝土，硫铝酸盐水泥，海水，海砂，力学性能，抗渗性，钢筋锈蚀，阻锈剂ResearchonmechanicalpropertyanddurabilityofnewartificialreefconcreteAbstractWiththelarge-scaleconstructing,ordinaryconcreteartificialreefshavepromotedthedevelopmentofmarineeconomyandboughtgoodeconomic,socialandecologicalbenefits.However,afterlong-termerosioninthemarineenvironment,theperformancedeteriorationofordinaryartificialreefconcretehasseriouslydecreasedthecomprehensivebenefitsofartificialreefs.Sulphoalummatecement,seasand,seawaterandothermaterialswereproposedtoprepareanewartificialreefconcrete(NARC),becauseofsomeadvantages,forexample,theprimarymaterialscanbeobtainedeasily.Chlorideionpermeabilitytestandwaterabsorptiontestwereusedtostudytheinfluenceofvariousparameters(includingcement,sand,mixingwaterandcuringcondition)onthepermeabilityofNARC.Masslossofsteelbarandlinearpolarizationmeasurementtestswereusedtostudythesteelbarnursingfunctionofrustinhibitorandeffectsofdifferentcementtypesonsteelbarcorrosion.BycombinationofmeasurementssuchasESEM,XRDandporestructure,themicrostructureandcorrosionproductsofconcreteweretestedtostudytheimpactofeachparameterontheperformanceofconcrete.Theresultsshowthat:1. Understandardcuringcondition,whenseawater-seasandconcrete(SSC)usessulphoaluminatecement,itsinterfacialtransitionzone(ITZ)betweenaggregateandhardenedcementpastesignificantlyimproves(lesscrack),anditsporestructureofhardenedcementpasteisoptimized.Comparedwithordinaryconcrete,thecompressivestrengthandsplittingtensilestrengthofSSCwithSulphoaluminatecementincreaseby15.0%and11.9%,respectively;itsimpermeabilityisalsoimproved.Whenmixedcement(sulphoaluminatecementandPortlandcementwasmixed1:1byweight)areusedinSSC,thenumberofinternalcracksincreasessignificantly,anditsITZandporestructuredeterioratesobviously,whichresultinthelowercompressivestrength,splittingtensilestrengthandpoorerimpermeability.2. Comparedwithordinaryconcrete,NARCcansignificantlydecreasepHvalueofitssurfacebyabout20%.Afterimmersedinseawaterfor30d,thepHvalueofNARCsurfaceisabout8.5.3. CuringconditionshasalittleaffectontheperformanceofNARC.Comparedwithstandardcuring,freshwatercuringandseawatercuringdecreasethecompressivestrengthofNARCby5.1%and4.4%,respectively.Anditsimpermeabilityalsodecreasesslightly.4. Keepingthetotalcontentofchlorideionconstant,withtheincreaseofcuringage,thechloridebindingrateofSSCwithsulphoaluminatecement,Portlandcementormixedcementincreases.Atcuringageof28d,thechloridebindingratesofSSCusingthethreetypesofcementare64.6%,45.1%and30.2%,respectively.5. RustinhibitorcansignificantlyreducesteelbarweightlossofNARC.ThesteelbarweightlossofNARCwithoutrustinhibitorisfiftytimesthatofordinaryconcretewithoutrustinhibitor.ThesteelbarweightlossofNARCmixedwiht2%3%rustinhibitorisabouttwotimesthatofordinaryconcretewithoutrustinhibitor.Keyword:artificialreefconcrete,sulphoaluminatecement,seasand,seawater,mechanicalproperty,impermeability,steelbarcorrosion,rustinhibitor目录中文摘要IABSTRACTII目录IV第一章绪论11.1 引言11.2 人工鱼礁材料的发展应用与研究现状21.3 混凝土人工鱼礁在海洋环境中的腐蚀机制51.4 硫铝酸盐水泥混凝土的性能研究61.4.1 硫铝酸盐水泥混凝土的力学性能及耐久性61.4.2 硫铝酸盐水泥与海洋生物的相容性81.5 海砂、海水对混凝土耐久性的影响81.6 本文研究的意义及创新点91.7 本文研究的主要内容及技术路线10第二章试验材料基本性能及人工鱼礁混凝土配合比132.1 引言132.2 试验材料基本性能132.2.1 水泥132.2.2 拌合用水132.2.3 粗骨料142.2.4 细骨料152.2.5 外加剂162.3 人工鱼礁混凝土试验配合比17第三章人工鱼礁混凝土的力学性能及表面PH值变化规律研究183.1 引言183.2 人工鱼礁混凝土工作性183.2.1 试验方法183.2.2 试验结果193.2.3 试验结果分析203.2.4 硫铝酸盐水泥专用缓凝剂的缓凝机理213.3 人工鱼礁混凝土力学性能试验213.3.1 试验方法213.3.2 试验结果213.3.3 人工鱼礁混凝土力学性能的因素分析233.4 人工鱼礁混凝土表面PH值变化规律研究273.4.1 试验方法273.4.2 试验结果及分析283.5 本章小结29第四章人工鱼礁混凝土渗透性能试验研究304.1 引言304.2 混凝土渗透性试验方案设计304.2.1 混凝土氯离子渗透性试验方法304.2.2 混凝土表面吸水率试验方法与吸水动力学基本原理314.3 混凝土氯离子渗透性的试验分析324.3.1 试验结果324.3.2 各因素对电通量的影响334.4 混凝土表面吸水率的试验分析354.4.1 试验结果354.4.2 各因素对表面吸水率的影响374.5 本章小结39第五章人工鱼礁混凝土钢筋锈蚀试验研究405.1 引言405.2 混凝土试验方案415.2.1 氯离子测试方法415.2.2 钢筋极化电位和锈蚀试验方法425.3 试验结果与分析445.3.1 内掺型氯离子的固化率随养护龄期的发展规律445.3.2 阻锈剂对钢筋极化电位的影响455.3.3 阻锈剂对钢筋失重率的影响485.4 钢筋锈蚀与阻锈剂的阻锈机理505.5 本章小结50第六章人工鱼礁混凝土微观试验52