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科研进展

武汉岩土所高浓度二氧化碳诱发混凝土快速碳化研究取得进展

发表日期:2023-02-15来源:武汉岩土力学研究所放大 缩小

  世界各地存在有大量天然CO2储层,由于天然的泄漏通道,天然储层中的CO2可由地层深度泄漏并富集于浅层地下空间中。当在储层地区进行隧道开挖或桩基建设时,工程建设诱发的人为扰动可能造成高浓度CO2由浅层CO2富集空间向外泄漏,并对地下钢筋混凝土构筑物产生长期高浓度CO2碳化影响。而CO2浓度的提高会增强CO2渗透能力,使混凝土碳化过程成倍加速的同时降低混凝土对钢筋的保护能力,产生与常规混凝土自然碳化截然不同的结果。因此,探究不同碳化条件高浓度CO2对混凝土化学组成、孔隙结构与力学强度的影响,并阐明碳化诱发混凝土性能变化的内在机理,是保障储层地区地下钢筋混凝土结构稳定性的基础,具有重要的工程价值与研究意义。

  本研究利用高压CO2对混凝土进行不同碳化环境研究,利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)与微米CT(μ-CT)进行分析表征,获得了混凝土碳化前后的物相组成与孔隙结构的变化,并在此基础上对混凝土碳化前后的抗压强度进行研究。由微米CT表征结果可知,不论是何种碳化环境,由于碳化产物在孔隙中堆积,碳化后混凝土的孔隙度有较为显著的降低,且孔隙越密集区域孔隙的减小量越大。而物相分析与SEM结果发现碳化环境对碳化产物结晶过程产生影响,水的存在增强了混凝土碳化,促使碳化产物除方解石外还有大量文石产生。低浓度CO2碳化增强混凝土强度,而在水的作用下高浓度CO2诱发混凝土过度碳化,造成混凝土内部微裂缝的产生与扩展,其强度随碳化时间先增大后减小,并于碳化28天后强度低于未碳化混凝土。

  本研究成果已发表于水泥和混凝土材料研究顶级期刊Construction and Building Materials(一区TOP,最新影响因子7.693),第一作者为薛泉博士,通讯作者为张力为研究员。研究成果主要由国家重点研发计划(2019YFE0100100)、国家自然科学基金(42172315)、内蒙古自治区科技重大专项(2021ZD0034)资助。

  论文题目:Evolution of structural and mechanical properties of concrete exposed to high concentration CO2

  论文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0950061822017421  

 

图1 100kPa干燥CO2环境中混凝土碳化28天微观结构图  

 

 

图2 100kPa纯水CO2环境中混凝土碳化28天微观结构图   

 

 

图3 干燥环境(A1)和纯水环境(B1)100kPaCO2碳化前后混凝土孔隙及沿样品高度方向孔隙体积分数变化图 

 

 

图4 高浓度CO2作用下混凝土碳化机理图

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