盐渍土地区混凝土硫酸盐腐蚀加速试验制度评价.pdf

2 0 1 2年 第 1 0期 ( 总 第 2 7 6期 ) Nu mb e r 1 0 i n 2 0 1 2 ( T o t a l No 。 2 7 6 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 理论研究 THEORETI CAL RES EARCH d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 2 1 0 0 0 1 盐渍土地区混凝土硫酸盐腐蚀加速试验制度评价 乔宏霞 ，陈丁山 ，何忠茂 ，冯琼 ，何海杰 ， ( 1 兰州理工大学 土木工程学院，甘肃 兰州 7 3 0 0 5 0 ；2 甘肃土木工程科学研究院，甘肃 兰州 7 3 0 0 2 0 ) 摘要： 采用同一强度等级、 同一尺寸的混凝土试件进行不同干湿循环制度的加速硫酸盐腐蚀试验， 寻求适合于试验室进行的快速硫酸盐 腐蚀干湿循环制度。 结果表明： 混凝土在循环制度二下试件分别在 3 种不同的浸泡液 A 、 B 、 c中浸泡 4 h ， 然后在烘箱中 1 0 0 - 1 0 5 烘干4 h ， 每 8 h 作为一个循环， 1 d 可进行三个循环。 甜 。 能反映混凝土性能劣化或失效的过程， co ： 也能反映混凝土性能劣化的状态， 。 和 对混凝土性 能劣化状态的评定结果一致性较好， 在试验室进行混凝土耐硫酸盐检测时， 建议采用制度二的干湿循环能够有效缩短试验时间。 关键词： 混凝土；硫酸盐腐蚀；加速； 试验制度 中图分类号 ： T U 5 2 8 0 1 文献标志码 ： A 文章编 号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 2) 1 0 0 0 0 1 0 3 As s e s s men t o f t he a c c el er a t e d t es t i ng s y s t em of s ul f at e e r os i on f or c on c r e t e of s a l i ne s oi l a r e a Q oHo n g - x i a ， C HE NDi n g - s h a n ， HEZ h o n g - ma o 2 , F E NGQi o n gi , HEH a i - fie ( 1 C o l l e g e o f C i v i l E n g i n e e r i n g ， L a n z h o uUn i v e r s i tyo f T e c h n o l o g y ， L a n z h o u7 3 0 0 5 0 ， C h i n a ； 2 G a n s u S c i e n c e R e s e a r c h n s t i t u t e o f C i v i l E n g i n e e r i n g ， L a n z h o u 7 3 0 0 2 0 ， C h i n a ) Abs t r ac t ： Us i n g t h e s a me i n t e n s i t y l e v e l ， t h e s a n l e s i z e o f the c o n c r e t e s a mp l e s f o r d i ffe r e n t d r y we t c y c l e o f c o r r o s i o n t e s t s y s t e m a c c e l e r a t e d s ul f a t e， t o g e t the mo s t r e a s o n a bl e c o n c r e m d r y we t c y c l e， wh i c h a pp l y t o the a n t i s ul f a t e e r o s i o n d a m a g e f a s t t e s t Th e t e s t r e s u l t s s h o w th a t ： c o n - c r e t e i n s y s t e m t wo， c a n r e fle c t t h e c o n c r e t e p e r f o r ma n c e d e g r a d a tio n o r f a i l u r e p r oc e s s ， a l s o C an r e fl e c t the s t a t e o f c o nc r e t e p e rfo r man c e d e g r a d a - t i o n， a nd o f c o nc r e t e p e r f o r manc e d e g r a d a t i o n of s t a t e e v a l u a t i o n r e s u l t s h a v e g o o d c o ns i s t e nc y W h e n t e s t i n g c o n c r e t e s u l f a t e r e s i s t a n c e i n the l a b， i t c o ul d s h o r t e n the t i me o f t he t e s t wi 血 the s y s t e m o fthe s e c o n d d r y we t f o l l o we d Kmwor ds ： c o n c r e t e ； ant i s ul f a t e e r o s i o n ； a c c e l e r a t e d； t e s t s y s t e m 0 引 言 我国西部六省地区大部分为硫酸盐渍土， 在这些地区建设 的水泥混凝土道路 、 桥梁、 铁路、 工业民用建筑等基础建设 ， 必 然不同程度的受到硫酸盐腐蚀 ， 研究混凝土硫酸盐腐蚀问题成 为该地区混凝土结构耐久性研究的热点问题。 对于混凝土硫酸盐腐蚀性试验评价参数和试件尺寸 ， 工 业建筑) 2 0 1 0 年第 4 0 卷第 6 期 盐渍土地区混凝土耐久性评价 参数的设计和选取 【1 和 混凝土) 2 0 1 2 年第 7 期的 盐渍土地区 混凝土耐久陛试验用试件尺寸的评价 田 两篇文章中做了详细的 设计和研究 ， 选择了无破损检测混凝土抗硫酸盐腐蚀性的评价 参数， 动弹性模量评价参数和质量评价参数， 评价参数评定规 则相同， 均为 ： 评价参数小于零时混凝土失效， 评价参数小于 1 时混凝土性能劣化， 评价参数大于 1 时混凝土性能加强【 l - 6 。 参 考文献 2 】 中同时对比了两种不同尺寸的混凝土试件 ， 通过试验 结果显示， 尺寸为 1 0 0 mmx l O 0 minx 4 0 0 ml T l 的混凝土试件能够 更准确更直观的揭示混凝土的劣化过程。 在试验室进行混凝土硫酸盐腐蚀加速试验时， 按照 G B T 5 0 0 8 2 -2 0 0 9 ( 普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法 ， 一个 干湿循环周期需要 2 4 h ， 对混凝土性能劣化结果评定较好的尺 寸为 1 0 0 mmx l O 0 mmx 4 0 0 r n n -i 的混凝土试件通常需要 1 0 0次 以上的循环才能性能劣化达到混凝土失效状态， 也就是说一次 试验需要进行 3 5 个月左右， 如果再加上试验的准备工作和混凝 土养护龄期 2 8 d ( 粉煤灰混凝土需要 5 6 d 或者更长的养护龄期 ) ， 每次试验需要大约半年左右的时间。 为了缩短试验时间， 便于 试验室进行快速试验， 本项目是参考文献 1 2 的后续， 按照前 期试验结果中选定的尺寸为 1 0 0 m mx l O 0 mmx 4 0 0 m l r l 的混凝 土试件采用两种不同的干湿交替循环制度进行对比， 检验哪种 制度能加快混凝土的性能劣化速度， 缩短试验时间， 并能较好 的表征混凝土的性能劣化过程。 1 试验原材料及试验 方案 1 1 试验原材料及其性能 本次试验采用尺寸为 1 0 0 m mx l O 0 minx 4 0 0 ml 1 的试块， 编 号为 B P 4 0的混凝土试件在循环制度一中进行； 编号为 C 4 0 17 试 件在循环制度二中进行， 试块用碎石由隆鑫混凝+h司提供， 石子 粒径为 5 3 1 5 I n to， 为连续级配， 其各项指标见表 1 ； B P 4 0和C 4 0 I I 试件的其余原材料见参考文献 1 ， 混凝土强度等级设计为 C 4 0 ， 混 凝土配合比及强度见表 2 。 1 2 试 验 方 法 试验采用无水硫酸钠配制硫酸盐溶液作为干湿循环中的 浸泡液 ， 3种浸泡液中离子浓度为 ： s o , - = 5 0 0 0mg L ( B) ， S O = 收稿 日期 ：2 0 1 2 - 0 4 1 3 基金项目：国家自 然科学基金项目( 5 1 1 6 8 0 3 1 ) ； 中国博士后科学基金特别资助项目( 2 0 1 0 0 3 6 2 7 ) ； 兰州理工大学优秀青年教师培养计划( Q 2 0 0 9 0 8 ) 1 表 1 碎石性能指标 5 0 0 0 0 mg L( C) ， 选取饮用水( A) 作为对比， 共 3组浸泡液 ， 两 种干湿循环制度。 将尺寸为 1 0 0 mmx l 0 0 mmx 4 0 0 mm的混凝土试件标准养 护 2 8 d后 ， 放在饮用水中浸泡 4 d后， 测定试件浸水饱和后的 基准质量和动弹性模量， 然后在 A， B， C 3 种溶液中进行不同干 湿循环制度的硫酸盐腐蚀加速试验。 B P 4 0采用循环制度一： 试件分别在 3种不同的浸泡液 A、 B、 C中分别浸泡 1 2 h ， 然后在烘箱中 1 0 0 1 0 5烘干 1 2 h ， 每 2 4 h作为一个循环， l d 可进行一个循环。 在 2 0 、 4 O次循环后每 隔 1 0 次检测试件的质量和动弹性模量 ， 计算混凝土试件的相对 质量和相对动弹性模量， 在 3 种浸泡液中干湿循环时有一个评 定参数达到破坏即停止试验； C 4 0 I I 采用循环制度二： 试件分别在 3 种不同的浸泡液 A、 B、 c中分别浸泡 4 h ， 然后在烘箱中 1 0 0 1 0 5烘干4 h ， 每 8 h 作为一个循环， 1 d可进行三个循环。 在 3 O 、 5 0 、 8 O次循环后每 隔 2 0次检测试件的动弹性模量和试件的质量， 计算混凝土试 件的相对质量和相对动弹性模量， 在 3 种浸泡液中干湿循环时 有一个评定参数达到破坏即停止试验。 2 试验 结果和数据分析 2 1 混凝土在 A溶液 中循环后的数据分析 经历不同循环制度的 C 4 0混凝土在水中进行干湿循环之 后和变化如图 1 、 2所示。 循 环时间 ， h 图 1 水 中循环后评价参数 循环天数 ， d 循环 时间 ， h 图 2水中循环后评价参数 图 1 可见， C 4 0混凝土在水中进行不同的干湿循环制度之 2 后 n ， 均为降低趋势 ： 进行制度一的混凝土 B P 4 0的m 在循环过 程 中为降低趋势， 2 5 2 0 h ( 1 0 5次 ， 1 0 5 d ) 的循环之后， 混凝土 B P 4 0的， 降到 0以下， 也就是说在 1 0 5 d的试验过程中， 评 定混凝土 B P 4 0的性能一直劣化， 达到失效状态； 进行制度二 的混凝土 C 4 0 I I 的 t O 在循环过程中下降速度很快 ， 在 1 1 2 0 h ( 1 4 0次， 4 6 d ) 循环时就下降到 0 ， 说明仅在 4 6 d的试验过程中 混凝土 C 4 0 I I 的性能就严重劣化 ， 进入失效状态。 B P 4 0混凝土在制度一下需要 1 0 5 d的试验时间才能使混 凝土达到失效， 采用制度二只需 4 6 d就使混凝土 C 4 0 I I 的性能 劣化到失效状态， 试验结束时间提前了 5 9 d ， 若在试验室进行混 凝土耐久性检测试验， 制度二可以大大的缩短试验所需的时间。 图 2可见， C 4 0 混凝土在不同的干湿循环制度下进行试验 时 t O ： 的变化趋势不尽相同： 进行制度一的混凝土B P 4 0的 ： 在 2 5 2 0 h ( 1 0 5次， 1 0 5 d ) 的循环过程中没有明显下降趋势， 在 1 0 5 d 的试验结束后 ： 仍然保持在 1 左右， 不能评定混凝土 B P 4 0 性能劣化， 和混凝土 B P 4 0的t O 评定结果不一致 ； 进行制度二 的混凝土 C 4 0 I I 的 ： 在 1 1 2 0 h ( 1 4 0次， 4 6d ) 的循环过程中明 显下降， 在 4 6 d的试验结束之后混凝土 C 4 0 I I 的最低点下降接 近 0 4 ， 可以评定混凝土性能较严重的劣化 ， 这和混凝土 C 4 0 I I 的 评定结果较一致。 可以看出， 进行制度二的混凝土 C 4 0 I I 的 和 6 0 对试验 结果的评定具有较好的一致性； 进行制度二的混凝土 C 4 0 I I 性 能劣化速度明显快于进行制度一的混凝土 B P 4 0的性能劣化速 度； 进行制度二的混凝土 C 4 0 I I 的 和 ： 的下降幅度也明显 大于进行制度一的混凝土B P 4 0 ， 说明在试验室进行加速试验时， 制度二对混凝土性能损伤要明显严重于制度一。 2 2 混凝土在 B溶液中 循环后的数据分析 经历不同循环制度的C 4 0混凝土在 B溶液中进行干湿循 环之后评价参数 。 和 变化如图3 、 4所示。 循环 天数 ， d o 霎 o ， 蓑 o 帽 0 0 0 4 8 0 9 6 0 1 4 4 0 1 9 2 0 24 0 0 2 8 8 0 循环 时间 ， h 图 3 B溶液 中循环后评价参数 循环天数， d 0 4 8 0 9 6 0 1 4 4 0 1 9 2 0 24 0 0 2 8 8 0 循 环时 间 ， h 图 4 B溶液 中循环后评价参数 图 3可见， 经历不同干湿循环制度的 C 4 0 混凝土的， 在试 验过程中变化趋势一致， 均为一直保持降低趋势 ： 进行制度一的 混凝土 B P 4 0的甜 在循环过程中一直在降低， 在 2 5 2 0 ( 1 0 5次， 1 1 1 l O 0 0 咖 恻 1 0 5 d ) 的循环时 0 3 。 降低到 0 2左右， 反映了混凝土 B P 4 0的性 能劣化过程； 进行制度二的混凝土 C 4 0 I I 的 在 9 6 0 h ( 1 2 0 次， 4 0 d) 之前有波动 ， 在 9 6 0 h ( 1 2 0次 ) 以后开始一直下 降， 在 1 2 0 0 h ( 1 4 0 次 ， 4 6 d ) 1 下降到 0 ， 此时， 混凝土 C 4 0 I I 进行试 验的时间是 4 6 d ， 混凝土 C 4 0 I I 达到失效状态。 在试验室进行混凝土加速破坏试验时， 制度二的加速试验 效果较好。 图 4可见， C 4 0 混凝土在不同的干湿循环制度下进行试验 时 的变化趋势不一致： 进行制度一的混凝土 B P 4 0的t O 在 2 5 2 0h ( 1 0 5 次， 1 0 5 d ) 的循环过程一直大于 1 ， 在 1 0 5 d的试验 结束后， 混凝土 B P 4 0的 略高于 1 2 ， 不能评定混凝土性能劣 化， 与混凝土 B P 4 0的 的评定结果不一致； 进行制度二的混 凝土 C 4 0 一 I I 的 在 1 1 2 0 h ( 1 4 0次， 4 6 d ) 的循环过程中一直处 于下降趋势， 在 4 6 d的试验结束后， 混凝土 C 4 0 。 I I 的6 0 的最低 值接近 0 4 ， 能评定混凝土性能一直在劣化， 与混凝土 C 4 0 I I 相 应的 的评定结果一致。 总的来说 ， 制度二对混凝土性能的损伤速度要快于制度一； 进行制度二的混凝土的 。 和 ： 对混凝土性能的评定结果一致 性较好。 2 3 混凝土在 c溶液中循环后的数据分析 经历不同循环制度的 C 4 0混凝土在 C溶液中进行干湿循 环之后评价参数和变化如图 5 、 6所示。 循环 天数 ， d 8 辍 咖 觳 需 8 籁 咖 删 循环时间， h 图 5 C溶液中循环后评价参数 循环天 数 ， d 循环时 I司， h 图6 C溶液中循环后评价参数 图 5可见， 经历不同干湿循环制度的 C 4 0混凝土的 在 试验过程中变化趋势一致， 混凝土均未达到失效状态： 进行制度一 的混凝土 B P 4 0的 从 1 开始下降， 在经历了2 5 2 0 h ( 1 0 5 次， 1 0 5 d ) 的干湿循环后， 下降到 0 2左右， 显示混凝土 B P 4 0的性 能在严重劣化 ， 在 1 0 5 d的试验结束后， 混凝土 B P 4 0 性能劣化 程度接近失效状态； 进行制度二的混凝土 C 4 0 I I 的 一直保持 降低趋势， 在 1 1 2 0h ( 1 4 0次， 4 6 d ) 的循环后 。 下降接近 0 2 ， 说 明在 4 6 d的试验结束时， 混凝土 C 4 0 I I 的性能劣化程度较严重。 图6可见， 在 C溶液中进行不同干湿循环制度的混凝土C 4 0 的 ： 的变化趋势基本一致： 进行制度一的混凝土B P 4 0的 ： 在 循环过程中一直保持降低趋势， 在 2 5 2 0 h ( 1 0 5次， l o 5 d ) 的循 环之后下降到 0 2以下， 在 1 0 5 d的试验结束之后混凝土 B P 4 0 的 ： 评定了混凝土的性能严重劣化， 与混凝土 B P 4 0的 J0 的 评定结果一致 ； 进行制度二的混凝土 C 4 0 I I 的 ： 在循环过程 中一直保持降低趋势， 在 4 6 d试验结束后混凝土 C 4 0 I I 的 下降接近 0 2 ， 评定了混凝土性能的劣化， 与混凝土 C 4 0 I I 的 的评定结果一致。 在 C溶液中进行干湿循环时混凝土 C 4 0的 ， 和叫 均评 定混凝土性能劣化， 说明在硫酸盐浓度加大的腐蚀环境中， 相对 不太敏感的 t O ： 也受到腐蚀因素影响， 预报了混凝土的性能劣化； 混凝土 C 4 0 I I 的评定混凝 土性能劣化 的时间远远早 于混凝 土 B P 4 0 ， 说明制度二对混凝士l生能的损伤速度要远远快于制度一。 3结 论 ( 1 ) 混凝土在制度二下或制度一下， 在循环时间结束时， 大 部分混凝土能达到劣化状态或失效状态， 说明在混凝土的硫酸 盐腐蚀试验中增加干湿循环的损伤因素能够加快试验进程 ， 实 现混凝土加速破坏的试验 目的。 ( 2 ) 在试验室进行混凝土硫酸盐腐蚀破坏加速试验时 ， 选 取制度二能加快混凝土的性能损伤， 缩短试验时间， 达到试验 室加速破坏的目的。 ( 3 ) 制度二对混凝土性能的损伤速度快于制度一 ， 对混凝 土性能损伤的程度也 比制度一损伤程度更加严重， 在试验室进 行混凝土耐硫酸盐检测时， 建议采用制度二的干湿循环能够有 效缩短试验时间。 ( 4 ) 对不同混凝土的破坏程度作比较时， 仅用 和 来比 较， 存在一定的局限性； 应该设计一个包含了t O 。 和 c c， 的综合评 价指标来评定混凝土的损伤程度 ， 这个综合指标能对不同混凝 土的破坏程度进行比较 ， 也能对混凝土耐久性寿命进行预测研 究， 关于这个指标的研究将在后续文章中进一步阐述。 参考文献 ： 乔宏霞， 周茗如， 朱彦鹏 ， 等 盐渍土地区混凝土耐久性评价参数的 设计和选取 J 1 工业建筑， 2 0 1 0 ， 4 0 ( 6 ) ： 2 7 3 0 2 1 乔宏霞， 何海杰 ， 何忠茂 盐渍土地区混凝土耐久性试验用试件尺寸 的评价I J 】 混凝土， 2 0 1 2 ( 7 ) 3 】 乔宏霞， 周茗如， 朱彦鹏 ， 等 混凝土抗硫酸盐腐蚀性的参数评价 J 粉煤灰综合利用， 2 0 0 8 ， 5 ( 5 ) ： 3 - 6 【 4 乔宏霞， 何忠茂 ， 刘翠兰 粉煤灰混凝土在硫酸盐环境中的动弹性模 量研究f J 1 粉燥灰综合利用， 2 0 0 6 ， 9 5 ( 1 ) ： 6 - 8 5 】 乔宏霞， 朱彦鹏 ， 周茗如， 等 参数评价粉煤灰混凝土抗硫酸盐腐蚀 性 J 建筑科学， 2 0 0 9 ， 2 5 ( 5 ) ： 4 1 4 8 6 】6 乔宏霞， 周茗如， 朱彦鹏， 等 G H P C抗硫酸盐腐蚀性的评价参数的设 计 J -兰州理工大学学报 ， 2 0 0 9 ， 3 5 ( 4 ) ： 1 2 9 1 3 2 7 】 乔宏霞， 何忠茂， 刘翠兰 无破损方法检测混凝土耐硫酸盐侵蚀性 J 低温建筑技术， 2 0 0 6 ， 1 0 9 ( 1 ) ： 3 - 5 【 8 乔宏霞， 何忠茂 ， 刘翠兰 粉煤灰混凝土在硫酸盐环境中的动弹性模 量研究f J 1 粉煤灰综合利用， 2 0 0 6 ， 9 5 ( 1 ) ： 6 - 8 9 冷发光， 丁威 ， 张仁瑜， 等 尺寸效应对混凝土耐久性影响研究 J 】 中 国建材科技 ， 2 0 0 8 ( 2 ) ： 1 6 1 9 作者简介： 乔宏霞( 1 9 7 7 一 ) ， 女， 博士后， 副教授， 主要从事盐渍土地区 混凝土耐久性工作。 联系地址： 甘肃省兰州市兰工坪路 2 8 7 号 兰州理工大学校本部土木 工程学院( 7 3 0 0 5 0 ) 联系电话 ： 1 3 8 9 3 4 3 1 3 9 3 3