海工混凝土在化学与力学耦合作用下抗氯离子渗透性能研究.pdf

2 0 1 3 年 第1 1期 (总 第 2 8 9 期 ) Nu mb e r l l i n 2 O1 3 ( T o t a 1 No 2 8 9) 混 凝 土 Co nc r e t e 理论研究 THE0RETI CAL RES EARCH d o i ： 1 0 3 9 6 9 d i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 3 1 1 0 1 1 海工混凝土在化学与力学耦合作用下 抗氯离子渗透性能研究 李云峰 ，李瀛涛 ，高新丽 ( 山东科技大学 山东省土木工程防灾减灾重点实验室，山东 青岛 2 6 6 5 9 0 ) 摘要： 氯离子侵蚀是海洋环境下钢筋锈蚀的首要 因素， 混凝土抗氯离子渗透性能与钢筋混凝土结构耐久性有着密切关系。 采 用加速试验方法 ， 设计了力学与化学耦合作用试验 ， 利用 AS T M C 1 2 0 2 法测量混凝土试件在耦合作用下 6 h的电通量 ， 进行耦合 作用下混凝土抗氯离子渗透性能研究。 结果表明 ： 力学和化学耦合作用下 ， 随时间增长 、 荷载增大以及腐蚀溶液浓度增加等 ， 混凝 土中氯离子的渗透性显著增大 ， 耐久性能降低。 关键词： 耦合作用 ；混凝土；渗透 ；氯离子侵蚀 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 3 ) 1 1 - 0 0 4 3 0 3 Res ear c h on t he chl or i de i on per m ea bi l i t y o f m a r i ne engi ne er i ng c oncr e t e i n t he mec hani cal and c hem i c al coupl i ng e nvi r onm e nt LfYu nf e n g， LIYi n gt a o， GAO Xi n l i ( S h a n d o n gP r o v i n c i a l Ke yL a b o r a t o r yo f Ci v i l E n g i n e e r i n gDi s a s t e r P r e v e n t i o n a n dMi t i g a t i o n， S h a n d o n gUn i v e r s i t yo f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y， Qi n g d a o 2 6 6 5 9 0 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： T h e c h l o r i d e i o n p e n e t r a t i o n i s t h e p r i ma r y f a c t o r o f r e i n f o r c e me n t c o r r o s i o n i n ma r i n e e n v i r o n me n t T h e s p e e d o f r e i n f o r c i n g b a r d e t e r i o r a t i o n h a s a c l o s e r e l a t i o ns h i p wi t h t he a nt i c h l o r i d e i on p e n e t r a t i o n o f c o nc r e t e Us i n g a c c e l e r a t e d t e s t ， t he me c h a ni c a l a n d c he mi c a l c o u pl i n g t e s t wa s de s i g n e d， t he e l e c t r i c f l u x o f s i x ho u r s t h r o u g h t h e c o nc r e t e s p e c i me n wa s me a s ur e d by ASTM C1 2 0 2 me t h od， a n d t h e r e s i s t a n c e o f c o n c r e t e t o c h l o r i d e i o n p e n e mi o n u n d e r t h e mu l t i f a c t o r c o u p l i n g e f f e c t wa s s t u d i e d Ac c o r d i n g t o t h e r e s u l t s o f e x - p e r i me n t ， wi t h t he me c h a ni c a l a n d c h e mi c a l c o up l i n g e f f e c t ， whi l e l o a d d u r i o n t i me wa s l o n g e r ， t he va l ue o f l oa d wa s b i gg e r ， an d C O rrO s i o n s ol u t i o n c o n c e n t r a t i o n wa s i n c r e a s e d， the p e r me a b i l i t y o f c h l o r i d e i o n i n c o n c r e t e i n c r e a s e s s i g ni fic a n t l y， an d t h e d u r a bi l i t y o fc o n c r e t e wi l l r e d u c e Ke y wo r d s ： c o u p l i n g e f f e c t ； c o n c r e t e ； p e r me a b i l i ty； c h l o r i d e i o n p e n e tr i o n 0 引 言 随着经济和科技的发展 ， 丁程建设逐渐 向超低温 、 海洋 环境 、 腐蚀严 重等其他使用环境 恶劣的地 区发展 ， 经过多 年的实践发现 ， 即使混凝土强度再高， 但若耐久性差、 寿命 短， 则仍满足不了丁程的需求_ l 1 。 对于沿海的钢筋混凝土结 构， 混凝土结构发生的破坏主要有两种 ： 第一种破坏是由于 海水 中含有 的氯离子对混凝土 的侵蚀扩散造成 的膨胀性 破坏圆 ； 第二种破坏是溶 出性腐蚀破坏 ， 使胶凝 材料就会失 去原有 的性质 ，发生溶 出性腐蚀 。 处于海洋环境下 的港 口 码 头 、 道 路桥梁等海T混凝土结构 ， 由于氯盐的侵蚀造成 钢筋腐蚀被公认 为结构破坏 的最 主要原 因3 ， 对于服役结 构以及未建结构的耐久性 堵 将产生极大 的影响 ， 不足 以 使混凝土的耐用年限达到 3 0 5 0 年的期望值 ，造成的损失 无法估量 。 考虑荷载 与氯盐侵蚀 的耦合作用 ，进行海洋工 收稿 日期 ：2 0 1 3 0 5 2 4 基金项目：山东省“ 泰山学者” 建设工程专项经费资助 程混凝土结构耐久性研究 ， 能够更加真实模拟T程实际情 况 ， 获得有价值 的研究成果。 本研究采用加速试验方法 ， 设计了力学与化学耦合作 用试验 ， 利用电通量法测量混凝土试件在耦合作用下 6 h的 电通量 ， 进行耦合作用下t 昆 凝土抗氯离子渗透性能研究 。 通 过分析在力学和化学耦合作用下 ， 混凝 土电通量随表面氯 离子浓度 和时间的变化规律来研究混凝 土渗透性能， 保证 结构的正常使用寿命 ， 提高混凝土耐久性 。 1 试验原材料及试件制作 1 1 试验原材料 水泥 ： 山东青岛山水水泥集 团有限公 司生产的山水东 岳牌 P O 3 2 5 级水泥。 粗集料 ： 石灰石碎石 ， 5 2 5 mm连续级配 ， 颗粒级配 良 好 ， 压碎值为 1 0 5 。 43 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 加载应 力 比 图 6 腐蚀溶液浓度为 4 的盐酸溶液时混凝土电通量 加载应 力 比 图7腐蚀溶液浓度为 8 的盐酸溶液时混凝土电通量 通量增长但 幅度较小 ， 而对于在 8 的盐 酸溶液腐蚀下 ， 随 着腐蚀时间的增加 ， 混凝土电通量不断增长且幅度较大。 3 2 应 力水平对混凝土 电通量的影响 在弯曲应力下 ， 混凝土 的电通量随应力 比的增大而增 大 ， 且当应力 比较大时， 增长速率显著加快 ， 另外 ， 腐蚀时间 对于有应力作用下 的混凝土电通量影 响非常大 。 由图 4 7 可以看 出随着加载应力 比的增大 ， 混凝土的电通量呈总体 上升的趋势 ， 对于腐蚀时 间较短时 ， 且 当加载应力 比小 于 0 5 时 ， 电通量增长幅度较小 ， 当加载应力比为 0 7 时 ， 混凝土 电通量迅速增加 。 当腐蚀时间是 2 8 d ， 腐蚀溶液的浓度为 8 时 ， 混凝土电通量最大达到 3 5 0 0 C左右 ， 弯曲拉应力下的混 凝土试件在高浓度腐蚀溶液作用下， 其抗渗透性能急剧降低。 由试验结果可看 出， 当荷载较小 、 加载应力 比小于 0 - 3 时 ， 在混凝土 内部 ， 由于初始缺 陷造成 的微裂缝在较 小的 荷载作用下会变小 ， 增加了混凝土的密实性 ， 从而降低了 混凝土渗透性 ， 使得混凝 土电通量 降低 ， 混凝 土的氯离子 渗透性均处于“ 非常低” 范 围； 而当加载应力 比超过 0 3 时 ， 由于荷载作用 ， 混凝 土结构 内部发 生变化 ， 结 构混凝土 内 部产生 了裂缝和孑 L 结构 的变化 ， 在弯曲应力 作用下 ， 裂纹 均处 于扩展状态 ， 随着 应力的增大 ， 裂纹进一步扩张从而 影响了其渗透性 。 混凝土的氯离子渗透性均达到“ 中” 等级 p ， 0 p 0 水 平。 4结 论 本研究采用 电通量法通过力学与化学耦 合作用试验 研究 昆 凝土抗氯离子渗透性能 ， 根据试验数据获得加载应 力比 、 腐蚀时间和腐蚀溶液的浓度对混凝土试件 的电通量 的影响规律。 当加载应力 比小于 0 - 3 时， 荷载作用对混凝 土 渗透性的影响较小 ， 加载应力 比超过 0 3 以后 ， 混凝土的电 通量数据增大， 混凝土的抗渗透l 生 能降低 。 腐蚀溶液的浓度 、 腐蚀时间对混凝土试件抗 氯离子渗透性能有较 大影响。 化 学腐蚀和较大的荷载作用都能够明显 增大混凝 土的渗透 性 ， 两种作用的耦合更是加剧 了混凝土耐久性的劣化 ， 因此 在实际工程 中应综合考虑耦合作用的影响 ， 采取相应的防 护措施 。 参考文献 ： 【 1 】杜晓方， 付慧j 昆 凝土耐久性影响因素分析l J 1 河南科技 ， 2 0 1 2 ， 3 7 ( 9 ) ： 8 8 8 9 2 】李一勇海港工程高，l生 能混凝土的试验研究与应用【 D 】 天津： 天 津大学 ， 2 0 0 4 1 3 】董桂洪 ， 范志宏 ， 王迎飞 海港工程混凝土结构耐久性寿命预测 与健康诊断系统的设计与开发【 J 】 水运工程， 2 0 1 0 ， 3 8 ( 1 0 ) ： 8 1 1 【 4 j J I N We i l i a n g ， Z HA NG Y i ， Z HAO Yu x i S t a t e -() f _ t h e a r t ： Re s e a r c h e s o n d u r a b i l i t y o f c o n c r e t e s t r u c t ur e i n c h l o r i d e i o n i n g r e s s e n v i r o n me n t i n Ch i n a C C o n c r e t e P l a t f o r m 2 0 0 7 E n g l a n d ： Q u e e n S U n i v e r s i t y Be l f a s t ， 2 00 7： 1 33 1 48 5 J牛荻涛 混凝土结构耐久性与寿命预测【 M 京 ： 科学出版社 ， 2 0 03： 3 4 3 6 【 6 】 张庆章 ， 黄庆华 ， 张伟平 ， 等 海水潮汐区混凝土氯盐侵蚀加速 试验方法研究 J 1 建筑工程师 ， 2 0 1 0 ， 2 6 ( 3 ) ： 1 4 5 1 5 3 1 7 l 钟丽娟 ， 黄厌华 ， 顾祥林 ， 等 盐雾环境下混凝土中氯离子侵蚀 加速试验的综述【 J J 建筑工程师， 2 0 0 9 ， 2 5 ( 3 ) ： 1 4 4 1 4 9 8 】S HI C a i j u n E f f e c t o f mi x i n g p r o p o rt i o n s o f c o n c r e t e o n i t s e l e c t r i c a l c o n d u c t i v i t y a n d t h e r a p i d c h l o r i d e p e r m e a b i l i t y t e s t( A S T M C 1 2 0 2 o r A S S H T O r 2 7 7 ) r e s u h s J C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e m c h ， 2 0 0 4 3 4 ( 3 ) ： 5 3 7 5 4 5 作者简介 联系地址 联 系电话 李云峰( 1 9 7 1 一 ) ， 男 ， 博士 ， 教授。 山东省青岛经济技术开发区前湾港路 5 7 9 号 山乐科 技大学土木建筑学院( 2 6 6 5 9 0 ) 0 5 3 2 8 0 68 1 38 7 重 量 曩 蜀 圜 三 一集团 荣 膺“ 最 佳建 筑设备 企 业奖， 1 1 月 1 9日， 环球金融 杂志在北京金融街威斯汀酒店举行了 T h e S t a r s O f C h i n a 2 0 1 3 ( 2 0 1 3中国之星 ) 颁奖会 。三一 集团荣膺 2 0 1 3 年度中国之星“ 最佳建筑设备企业奖” ， 这也是唯一一家获此殊荣的工程机械企业。 这也与 环球金融 杂志评选本次中国之星的标准非常契合。 环球金融 杂志的出版人及总裁 J o s e p h D G i a r r a p u t o 就指出， “ 过去的一年 ， 中国经济增长有所放缓 ， 2 0 1 3 中国之星就是那些抓住现有机会并在不断变化的环境中引领行业发展的企业。” 据了解 ， 环球金融 杂志成立 于 1 9 8 7 年 ， 在 1 6 3 个 国家发行 ， 主要读者包 括董事长 、 总裁 、 首席执行官 、 首席财务官 ， 财务主管和其他在跨国公司和金融机构负责作出投资和战略决策高级金融官员。本次获得 2 0 1 3中国之星最佳企业奖的 企业还包括 中国石化 、 中国移动 、 腾讯 、 美的 、 万达等 。 45 0 0 O 0 0 0 0 O 0 O 们 如 加 ) =吾曙 0 0 O 0 O O 0 0 0 0 O 0 O O O O 0 0 0 O 6 3 0 7 4 8 5 2 9 3 3 3 2 2 2 =吾固 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m