水工碳化混凝土微观试验研究.pdf

1 9 4 四川建筑科学研究 S i c h u a n B u i l d i n g S c i e n c e 第 3 8卷第 4期 2 0 1 2年 8月 水工碳化混凝土微观试验研究 管巧艳 ， 张先忠 ， 张明恩 ， 李 杉 ( 1 郑州航空工业管理学院， 河南 郑州4 5 0 0 5 2； 2 河南省水利勘测设计研究有限公司， 河南 郑州4 5 0 0 1 6 ； 3 武汉大学 ， 湖北 武汉4 3 0 0 7 2) 摘要： 采用压汞法研究近5 O年龄期的水工混凝土的微观结构。试验表明， 混凝土碳化层较未碳化层孔径增大， 总孔隙率变大， 最可几孔径变大， 使得混凝土碳化层强度低于未碳化层强度。 关键词： 水工混凝土； 碳化； 压汞法 中图分类号： T U 5 2 8 3 6 文献标识码： A 文章编号： 1 0 0 81 9 3 3 ( 2 0 1 2 ) 0 41 9 4 0 3 M i c r o s t r u c t u r e r e s e a r c h o n h y d r a u l i c c a r b o n a t e d c o nc r e t e G U A N Q i a o y a n ， Z H A N G X i a n z h o n g ， Z H A N G M i n g e n ， L I S h a n ( 1 Z h e n g z h o u I n s ti t u t e o f A e r o n a u t i c a l I n d u s t r y Ma n a g e m e n t ， Z h e n g z h o u 4 5 0 0 5 2 ， C h i n a ； 2 He n a n S u r v e y i n g a n d De s i g n I n s t i t u t e o f W a t e r R e s o u r c e s C o ， L t d ， Zh e n g z h o u 4 5 0 0 1 6， C h i n a； 3 Sch o o l o f C i v i l E n g i n e e r i n g ， Wu h a n U n i v e r s i t y ， Wu h a n 4 3 0 0 7 2 ， C h i n a ) A b s t r a c t ： Mi c r o s t r u c t are of a p p r o x i ma t e f if t y y e a r s h y d r a u l i c c o n c r e t e i s s t u d i e d b y m e r c u r y i n t r u s i o n p o r e s m e t h o d ( MI P ) T h e res ult s i n d i c a t e t h a t t h e p o re d i a me t e r ， t o t a l po r e v o l u me and mo s t p r o b a b l e por e s i z e o f c a r b o n a t e d z o n e o f t h e c o n c r e t e e n l arg e b e t t e r tha n u n c arbo n a t e d z o n e， c a u s e d t h a t c arbo n a t ed zon e s t ren g t h i s l o w e r t h an u n c arb o n a t ed z o n e s t r e n g t h Ke y wo r d s ： h y dra u l i c c o n c r e t e ； c a r b o n i z a t i o n ； me r c u r y i n t r u s i o n pores m e t h o d ( MI P) 0 前言 材料的微观结构决定了宏观的力学性能。混凝 土具有多孔体系、 复杂物相的特征【 l引。尤其对于碳 化混凝土， 碳化后混凝土会产生许多新的物相， 内部 孔结构亦不同程度的随之变化。混凝土碳化后孔结 构 的变化决定了碳化层 、 碳化层与未碳化层 交接面 和未碳化层 3个分区混凝土宏观力学强度。掌握这 种内部结构的变化规律， 不仅可 以用孔结构的参数 来判断碳化分区， 同时亦可对碳化后混凝土所表现 的宏观力学性能进行分析判 断。水工混凝土结构长 期处于野外 ， 受到风吹、 雨淋、 日照、 干湿循环等有害 作用的频率与强度都比其它混凝土结构的强烈， 因 此水工混凝土更易出现碳化。特别是水工混凝土会 受到水流的作用， 碳化混凝土的某些物质会发生流 失， 因此 自 然环境下碳化混凝土的物质含量及空隙 结构与室内碳化混凝土有很大差别， 其强度特性也 会发生变化。本文获取近 5 0年龄期的水利工程混 收稿 日期 ： 2 0 1 2 - 0 2 - 0 8 作者简介 ： 管巧艳 ( 1 9 7 9一) ， 女 ， 河南兰考人 ， 讲 师 ， 主要从事新型材 料及结构研究 。 E m a i l ： 1 7 5 4 1 8 5 4 0 O q q c o m 凝土芯样 ， 利用压汞法测定 了混凝土孔结构 的特征 参数 ， 以探明 自然状况下长龄期水工混凝土强度 由 表及里的孔结构变化规律， 为科学评定长龄期水工 结构的可靠性提供技术支持。 1 试验概述 河南省某泄洪闸扩建完成于 1 9 5 61 9 5 7年， 泄 洪闸所用混凝土的设计强度为 1 4 0 。泄洪闸拆除 时对闸底板的混凝土进行了钻芯取样， 所采集芯样 的形状为圆柱形， 直径为 1 0 0 ln ln ， 长度在 3 0 0 n ln l 左右， 并用芯样来研究混凝土的微观结构。 本次对混凝土芯样微观结构研究采用的是压汞 法 ， 即用压汞法来测定混凝 土芯样微观结构 的孔隙 特征。具体做法描述如下： 压汞法测试所用试件取 自3 个不同的混凝土芯样。首先采用酚酞试剂测定 出每个芯样的混凝土碳化层 与未碳化层 的范 围， 并 确定出碳化层与未碳化层 的交接面 ； 在验证碳化层、 碳化层与未碳化层 的交接面和未碳 化层 3个分 区 后， 对 3 个不同的混凝土芯样进行取样。具体如下： 混凝土碳化层上取 2个试件 ， 碳化层 与未碳化层交 接面上取 1 个试件 ， 未碳化层上取 2个试件 ， 然后进 行压汞试验。 2 0 1 2 N o 4 管巧艳， 等 ： 水工碳化混凝土微观试验研究 1 9 5 2试验结果分析 实际中， 混凝土强度的控制主要取决于孔隙率 和孔径分布， 而混凝土 内部的最可几孔径尺寸的大 小又基本代表了混凝土孔隙率和孔径分布的主要特 点 ， 所以， 最可几孔径在一定程度上亦可用于表征混 凝土的强度。采用压汞法测定的孔结构的分析结果 见表 1 。 表 1 孔结构分析结果 Ta b l e l Th e a n a l y t i c r e s u l t o f p o r e s t r u c t u r e 从表 1 中可以看出， 混凝土碳化层的孔隙率、 平 均孔径都高于未碳化混凝土； 碳化交接面没有明显 的分界 ， 且碳化交接面的特征趋 向于碳化层 的特征 ， 说明了交接面是一个渐变的、 有一定厚度 的单独层 区， 其特征类似碳化层。总压人体积和中值孔径也 有类似的特征， 总孔面积特征不明显。以表 1 的数 据表明， 未碳化层混凝土强度高于碳化层混凝土强 度， 交接面居中。宏观力学性能试验结果也证实了 这一点 引。 试验所得各组混凝土芯样的孔径分布微分曲线 如图 1 3所示。微分 曲线与横轴包纳的面积表示 总孔隙率体积 ， 在一定孔径的范围内， 峰值越高说 明 该 区内孔隙体积越大 ， 曲线 峰值对应 的孔径即为最 可几孔 径 。 图 1 芯样 Y一 2各个层 区子 L 径 分布微分 曲线 F i g 1 Th e d i ffe r e n tia l c u r v e o f p o r e s a mp l e Y 一2 o f e a c h z o n e po r e s i z e d i s t r i b u ti o n 最可几孔径表示在混凝 土中小于该孔径则不能 图2 芯样 1 Y一1 各个层区孔径分布微分曲线 Fi g 2田 d i ffe re n t i a l c u r v e o f po r e s a mp l e 1 Y 一1 o f e a c h z o n e pr o e s i z e d i s t r i b u ti o n 图3 芯样 D一6各个层区孔径分布微分曲线 Fi g 3 Th e d iff e re n ti a l c u r v e o f po r e s a mp l e D 一6 o fea c h z o n e p o r e s i z e d i s t r i b u ti o n 形成连通的孔道， 也即出现几率最大的孔径。从图 l 3中可以看出， 碳化层的峰值 比未碳化层 的峰值 后出现 ， 即碳化层最可几孔径 比未碳化层最可几孔 径要大； 碳化层所包纳 的面积总体上大于未碳化层 包纳的面积， 也即碳化层总孔隙体积大于未碳化层。 1 9 6 四川建筑科学研究 第 3 8卷 交接面上峰值出现在碳化层与未碳化层 中间 ， 趋 向 于碳化层。 昆 凝土碳化层孔结构变化较大 ， 表现在 孔径增大 ， 总孑 L 隙率变大 ， 最可几孔径变大 ， 使得碳 化层强度低于未碳化层 ， 这是导致宏 观试验碳化层 强度低于未碳化层强度最根本的原 因。 综合以上的内容分析， 导致长龄期水工混凝土 强度降低的主要原因有： 一是芯样混凝土经过 5 O多 年的风吹雨淋， 由于表面没有采取任何防止措施， 混 凝土中氢氧化钙被水溶解带 出， 增大 了碳化层混凝 土的孔隙率， 降低了其密实度和强度， 从而使混凝土 水化产物稳定存在 的平衡条件遭到破坏 ， 造成混凝 土松散 ， 降低混凝土表层强度 ； 二是由于混凝土在浇 筑时， 最上一段密实度最低， 其次是中间段， 而最低 一 段密实度最高 ， 因此， 碳化后混凝土的强度变化规 律与已有 的结论不 同也就很正常 了， 这也是该类老 化水工结构碳化混凝土强度变化的一个特点。 3 结 语 大气环境下混凝土碳化层与未碳化层孔结构相 比， 碳化层 的孔结构发生 了很大 的变化 ， 孔隙率降 低 ， 孔径分布较差。微观分析表明， 此类碳化混凝土 的强度 比未碳化混凝土的强度低。 参 考 文 献 ： 1 朱蓓蓉， 杨全兵 不同品质粉煤灰对混凝土性能的影响及其作 用的评价 J 粉煤灰综合利用， 2 0 0 4 ( 4 ) ： 1 0 1 2 2 吴中伟， 廉慧珍 高性能混凝土 M 北京 ： 中国铁道出版社， 1 9 9 9： 2 2 - 61 3 D h i r ， R a v i n d r a K H e w l e t t ， P e t e r C ， D y e r ， T h o m a s D I n fl u e n c e o f mi c r o s t r u c t u r e o n t h e p h y s i c a l p r o p e r t i e s o f s e l f - c u ri n g c o n c r e t e J A C I M a t e ri a l s J o u rna l ， 1 9 9 6 ， 9 3 ( 5 ) ： 4 6 5 -4 7 1 4 李杉 老化水工混凝土材料性能的试验研究 D 郑州： 郑 州大学 。 2 0 0 5 ： 2 5 - 3 3 ( 上接第 1 5 2页) 图 5 电梯井道混凝土浇筑完成后效果 桩或出现三、 四类桩的问题 。 2 ) 土方开挖无需放坡 ， 减少挖土方近 1 4 0 0 m 。 3 ) 如果按照大放坡方式进行开挖， 周边的承台 要等到电梯坑中承台及电梯坑施工完成后才能进 行 ， 施工工期将会延长。采用沉井施工 ， 沉井与周边 施工互不影响， 电梯坑施工完成的同时， 周边承台、 地梁砖模及垫层、 防水等均已完成施工， 即可进行承 台、 地梁及底板的钢筋绑扎施工 ， 缩短了施工工期近 2 0天 。 5 结 语 参 考 文 献： 结合本工程的实际情况， 在淤泥质土层中采用 沉井作为电梯井基坑支护， 解决了常规施工中的技 术难题 ， 同时带来了较为显著的经济效果。 1 ) 解决 了淤泥质土局部 开挖较 深易 出现淤泥 涌动造成基坑安全隐患的问题， 同时避免了导致断 1 G B 5 0 3 0 0 -2 0 0 1 建筑工程施工质量验收统一标准 s 2 G B 5 o 2 O 2 2 o 0 2建筑地基基础工程施工质量验收规范 s 3 胡海军， 邱克峰， 周军 浅谈中小型沉井的设计与施工技术 J 江苏水利 ， 2 0 1 1 ( 4 ) 4 韦宏杰 浅谈软土地基中沉井施工技术的应用 J 城市建设 理论研究 ， 2 0 1 2 ( 8 )