盐渍土地区混凝土耐久性试验用试件尺寸的评价.pdf

2 0 1 2年 第 4期 (总 第 2 7 0 期 ) N u mb e r 4 i n 2 0 1 2 ( T o ml No ． 2 7 0 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 THE0I ETI CAL RES EARCH d o i ： 1 0 ． 3 9 6 9 0 ． i s s n ． 1 0 0 2 — 3 5 5 0 ． 2 0 1 2 ． 0 4 ． 0 0 2 盐渍土地区混凝土耐久性试验用试件尺寸的评价 乔宏霞 ， 。何海杰 ’ ，何忠茂 z ，曹辉 ’ ，冯琼 ’ ( 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 2 种不同尺寸的混凝土试件进行室内混凝土耐久性快速破坏试验， 寻求适用于室内混凝土耐久性快速破坏试验的最合理 的混凝土试件尺寸。 结果表明： 采用尺寸为 1 0 0 mm x l 0 0 n ~ m x 4 0 0 n r L r fl 的混凝土试件比采用尺寸为 4 0 m mx 4 0 m mx l 6 0 to n i 的混凝土试件 进行耐久性快速破坏试验的试验结果具有较好的准确性。 关键词： 混凝土；耐久性；试件尺寸；评价 中图分类号： T U 5 2 8 ． 0 I 文献标志码： A 文章编号： 1 0 0 2 — 3 5 5 0 ( 2 0 1 2 ) 0 4 — 0 0 0 5 — 0 2 As s e ss me nt of t he s pe c i m e n s i z e o f t he dur a bi l i t y o f c onc r e t e i n s a l t y s oi l r egi on Q 0Ho n g - x i a ， HEHa i -j i e ， HEZ h o n g - ma o ， C AOHu i ， F E NGQi o n g ( 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， t a l l z h o u Un i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， L a n z h o u 7 3 0 0 5 0 ， C h i n a ； 2 ． G a n s u S c i e n c e Re s e a r c hI n s ti t u t e o f C 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 ) Ab s t r ac t ： S tud y t a k i n g t h e r a p i d d e s t r u c t i o n d u r a b i l i t y i nd o o r t e s t o n the c o n c r e t e wi th d i ffe r e n t s i z e s p e c i me n wa s ， t o g e l t he mo s t r e a s o n a bl e c o n c r e t e s a mpl e s s i z e ， whi c h a p p l y t o the d u r a b i l i t y d a ma 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 tha t ： t h e 1 0 0 mmxl O0 mmx 4 0 0 mm s i z e s p e c i me n o f the c o n c r e t e h a s g o o d a c c u r a c y tha n the 4 0 minx 4 0 mmx 1 6 0 mm s i z e s p e c i me n o f the c o n c r e t e i n the d u r a b i l i ty d a ma g e f a s t t e s t K e y wo r d s ： c o n c r e t e ； d ura b i l ity ； s p e c i me n s i z e ； a s s e s s me n t 0 引 言 我国西部盐渍区域以内蒙古、 陕西、 宁夏、 甘肃、 青海、 新 疆等六省最为突出。 这些地区的盐渍土大部分为硫酸盐渍土， 所以在该地区建设的水泥混凝土道路桥梁基础建设 ， 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【 -卅面I 临的最大问题。 对于混凝土抗硫酸盐 腐蚀试验评价参数， 笔者在《 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》 中做了详细 的分析和比较， 最终选定的无破损检测混凝土耐久性的评价参 数， 动弹性模量评价参数 t O 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J陛能劣化， 评价参数大于 1 时混凝土性能加强嘲 。 而对 于混凝土硫酸盐腐蚀试验的选用最佳试件尺寸问题通常认为： 试件的形状( 特别是表面积与体积之比) 对侵蚀的速度有着很 大的影响。 在体积相同的情况下 ， 表面积越大的试件受侵蚀面 越大， 侵蚀的速度越快。 若试件的断面为正方形， 边长为 。 ， 则试 件的表面积与体积之比约为 4 ／ a ， 即边长 n越小， 该比值越大， 受 侵蚀的相对面积越大。 因此， 为了加快试验的速度， 宜选择尽量小 的试件尺寸， 这也是很多研究者进行试验时选择的试件尺寸 。 但是 ， 如果试件尺寸过小， 成型和破坏时的试验条件和环境 条件的微小变化都对试验结果产生显著的影响， 使试验结果的离 散性很大， 从而影响试验结果分析。 为了获得合适的试件尺寸， 本试验选用两种不同尺寸的试件进行了硫酸盐腐蚀环境中的耐 久性研究， 选取进行混凝土耐久性试验研究的最佳试件尺寸。 1 试验原材料及试验方案 1 ． 1 试验原材料及其性能 试验采用两种不同尺寸混凝土试件 ， 其中编号前为 x的混 凝土试件采用中砂和细石配制 ， 试件尺寸为 4 0 mmx 4 0 r r lmx 1 6 0 l l k l l l ， 编号前为 B的混凝土试件采用粗砂和碎石配制 ， 试件 尺寸为 1 0 0 mmx l O 0 mmx 4 0 0 mm， 编号后的数字代表混凝土强 度等级 ； 其中XP 5 0试件的原材料见参考文献[ 5 】 ； 其中 B P 5 0试 件用碎石由隆鑫混凝土公司提供， 石子粒径为 5 — 3 1 ． 5 I ／ l n l ， 为连 续级配， 其各项指标见表 1 ， 其余原材料见参考文献[ 5 ] ， 混凝土 配合比见表 2 。 表 1 碎石性能指标 B d 度 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 收稿 日期 ：2 0 1 1 - 1 0 - 1 5 基金项目：国家自然科学基金项 目( 5 1 1 6 8 0 3 1 ) ： 兰州理工大学优秀青年教师培养计~ tJ ( Q 2 0 0 9 0 8 ) 5 浸泡液， 3种浸泡液中离子浓度为：s o ~ - = 5 0 0 0 mg ／ L( B) ， S O42 - = 5 0 0 0 0 mg ／ L ( C) ， 选取饮用水( A) 作为对比， 共三组浸泡液， 两 种干湿循环制度。 X P 5 0混凝土试件采用循环制度一： 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 6 5 ~ 7 6℃烘干 1 2 h ， 每2 4 h 作为- - - +~， 一天可进行—个循环。 为了使试验结果具有对 比性， 使 B P 5 0 混凝土试件达到与 X P 5 0混凝土试件相同的烘干效果， 采用循环制度二： 试件分别 在三种不同的浸泡液 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 ， 一天可进行一个 循环。 混凝土试件均为标准养护 2 8 d ， 测定试件浸水饱和后的基 准质量和动弹性模量， 在每 2 0 次循环后检测试件的质量和动弹 性模量， 计算混凝土试件的动弹性模量评价参数 。 和质量评价 参数 ∞ ： ， 具体计算见参考文献[ 5 】 ， 在三种浸泡液中干湿循环时 有一个评价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 不同尺寸的混凝土试件在 A溶液中经历干湿循环后评价 参数 。 和 ( E ， ： 变化如图 1 、 2所示。 8 糕 瞧i 1． 15 1． 1 0 1 ． 0 5 1 ．0 0 循环次数 图 1 A溶液中循环后评价参数 0 2 0 4 0 6 0 8 O 1 0 0 1 2 0 循环次数 图 2 A溶液 中循环后评价参数 图 1 可见： XP 5 0和 B P 5 0的 变化趋势基本相同， 均为下 降趋势， 评定混凝土在循环过程中一直处于l生能劣化状态： X P 5 0 在 8 O次循环时 ∞ 。 达到 0值 ， 标志混凝土已经失效 ， 但在循环 1 0 0次的时候 ∞ 又上升到 0以上， 按照评价参数的评定标准， 应 为混凝土处于劣化状态 ， 但未失效， 此时 。 上升的原因可能是 试件受到试件内部的后期水化产物影响和试件尺寸太小对外 部环境因素太敏感而引起的； B P 5 0的 。 在循环过程中从 1 下 降到 0 ． 3 左右 ， 评定混凝土一直处于劣化状态， 在循环过程中， ．没有反复， 能真实的反映混凝土的劣化过程。 就∞ 而言， 小尺 寸试件 X P 5 0劣化速度较快 ， 有利于加速试验进程； 大尺寸试件 B P 5 0变化规律较好， 有利于科学的揭示混凝土的劣化过程。 图2可见： XP 5 0和 B P 5 0仅就参数 ： 而言， 均为上升趋势， 评定混凝土此时处于强化状态 ， 与评价参数 ． 的评定结论不 一 致。 因为在水中干湿循环的过程中， 未水化完全的水泥颗粒 6 继续水化过程中可能导致混凝土试件的质量增加 ， 但是如果循 环继续的话， 最终混凝土破坏严重时评价参数 应该降低。 2 ． 2 混凝土在 B溶液中循环后的数据分析 不同尺寸的混凝土试件在 B溶液中经历干湿循环后评价 参数 和 ∞ 变化如图3 、 4所示。 8 惫 咖 皑 循 环次数 图 3 B溶液 中循环后评价参数 劬 循环 次数 图4 B溶液中循环后评价参数 ‘ 0 2 图3可见： B P 5 0 的 。 在循环过程中一直处于下降趋势， 在 循环到 l 1 1 次时 ， 下降到 0以下， 评定混凝土在循环过程中 一 直处于劣化过程， 最终混凝土失效 ； XP 5 0的 山 。 在循环过程 中也是从 1 下降到 0 ， 但是在 6 0次时 ． 有一次回升， 在循环到 8 0 次时 ∞ 。 下降到 0 以下， 但是在循环 1 0 0 次时 ( cJ 。 回升到 0 ． 4 左右； 按照 进行评定 ， 混凝土 X P 5 0在 B溶液中进行干湿循 环的过程中， 混凝土性能处于劣化一 愈合一 失效一 愈合的过程， 显 然不能真实的揭示混凝土性能的真正变化过程， 因为这种短暂 的愈合其实是硫酸盐环境 中进入混凝土内部的膨胀产物等对 小尺寸试件的影响， 这种影响对大尺寸试件几乎表现不出来 ， 所以对于∞ 来说， 虽然小尺寸试件破坏速度较快 ， 但是大尺寸 试件更能科学的揭示混凝土性能的劣化过程。 图 4可见． XP 5 0的∞ 在 1 0 0次循环过程中一直处于上升 状态， 始终大于 1 ， 评定混凝土处于强化阶段， 这是因为对于 ∞ ： 而言， 循环次数不足的原因； B P 5 0的∞ ： 在循环过程中先升高 后下降， 在循环 1 0 0次时的异常上升后伴随着大幅度的下降， 符 合参考文献[ 5 ] 中第三条关于质量评价参数 ∞ 的结论。 ∞ ： 的这 种先升高的变化， 是由于在硫酸盐环境中进入混凝土内部的盐 分和硫酸盐与混凝土产生化学反应的膨胀产物导致的， 这种影 响对于小尺寸混凝土试件的影响明显要大于对大尺寸混凝土 试件， 显然就 ∞ 而言， 大尺寸混凝土试件更能反映混凝土性能 的劣化过程。 2 ． 3 混凝土在 c溶液 中循环后的数据分析 不同尺寸的混凝土试件在 C溶液中经历干湿循环后评价 参数 和∞ 变化如图 5 、 6所示。 图5可见： B P 5 0的t O 。 在循环过程中从 1 下降到 0以下， 评 定混凝土在 C溶液中性能一直处于劣化过程， 最终混凝土失效； 下转第 2 6页 结果和识别结果同时列入表 1 ， 由表 1 可以看出， 该方法评估结 果与期望结果相吻合， 说明该模型评估正确率高 ， 能较好的评 估混凝土的综合施工质量。 3结 论 在大量查阅前人已有的研究基础上 ， 在考虑满足工程技术 需要、 更加接近现场实用及充分利用历史数据资料指导工程实 际的思想指导下 ， 混凝土施工质量主要考虑较大的四个方面的 内容： 混凝土制备质量、 混凝土运输质量、 混凝土浇筑质量及混 凝土养护质量。 基于可拓理论， 通过工程实例样本进行学习， 建 立了混凝土施工质量识别的多元识别模型。 该模型考虑了各指 标对钢筋混凝土施工质量优选影响程度的差异 ， 符合工程实际。 研究表明， 最后得出数字化的评估结果 ， 能准确、 直观地反映施 工质量的优劣， 表明多元识别模型在工程施工质量评价中的适 用性 和可推广性 。 参考文献 ： [ 1 ] 郑少瑛， 周东明， 许婷华， 等．人工神经网络在混凝土施工质量评价 上 接第 6页 8 盎 删 趟 觳 需 8 皿 删 瞧 循环 次数 图 5 C溶液中循 环后评价 参数 讪 循环 次数 图 6 C溶液中循环后评价参数 c I )2 X P 5 0 的 在 4 0 次循环时下降到 0 ．4 左右， 但是在 6 O 次循环时 又上升到 0 ． 7左右 ， 然后又开始下降直到 1 0 0次循环时下降No 以下； 按照∞ 进行评定， 混凝土 X P 5 0在 C溶液中进行干湿循 环的过程中， 混凝土性能处于劣化一 愈合～ 失效的过程， 但实际 上在该环境条件下， 混凝土不会有真正的愈合 ， 图中参数的回 升只是因为进入混凝土 内部的各种产物对小尺寸试件影响太 大而引起的， 所以选用小尺寸试件进行试验时， 必须认真分析 评价参数的变化和混凝土实际状态的关系， 由于受到试件尺寸 的影响， 有些情况下评价参数的变化并不能一一对应于混凝土 的实际状态。 图 6 可见： B P 5 0和 X P 5 0的 ∞ 都是先升高后降低， 符合参 考文献[ 5 】 中第三条结论。 X P 5 0的 在 1 0 0 次循环结束时降到 0 ． 5左右， 评定了混凝土的劣化过程； B P 5 0在循环结束时 ∞ ： 降 到接近 0 ， 评定混凝土很快会到达失效状态。 可见在 C溶液中， 26 中的应用研究【 J j ． 混凝土 ， 2 0 1 0 ( 4 ) ： 1 2 0 — 1 2 4 ． [ 2 ] 郑少瑛， 陈静茹． 基于神经网络在钢筋混凝土施工质量评价中的应 用研究 ． 四川建筑科学研究， 2 0 0 9 ， 3 5 ( 6 ) ： 3 0 1 — 3 0 3 ． 【 3 】 莫轻兵． 钢筋混凝土施工质量评价的智能方法[ J ] ． 混凝土， 2 0 1 0 ( 8 ) ： 3 5 - 3 7 ． [ 4 】 梅长林 ， 周家良．实用统计方法【 M 】 ． ] E 京： 科学出版社， 2 0 0 2 ： 8 5 — 1 1 0 ． 【 5 ]蔡文， 杨春燕 ， 林伟初．可拓工程方法[ M 】 ． 北京： 科学出版社 ， 1 9 9 7 ． 【 6 ]蔡文．物元模型及其应用[ M 】 ． ] E 京： 科学技术文献出版社， 1 9 9 4 ． [ 7 】王锦国， 周志芳， 袁永生． 可拓评价方法在环境质量综合评价中的应 用f J ] ．河海大学学报， 2 0 0 2 ， 3 0 ( 1 ) ： 1 5 ~ 1 8 ． [ 8 】 连建发， 慎乃齐， 张杰坤．基于可拓方法的地下工程围岩评价研究【 J I ． 岩石力学与工程学报， 2 0 0 4 ， 2 3 ( 9 ) ： 1 4 5 0 — 1 4 5 3 ． 【 9 ] 舒美英， 蔡建国， 陈森彭． 建设工程项目招投标规范化可拓综合评 价【 J j ． 重庆建筑大学学报 ， 2 0 0 7 ， 2 9 ( 4 ) ： 1 3 3 — 1 3 5 ． 作者简介 ： 联 系地址 ： 联 系电话 ： 龙玉杰( 1 9 7 9 一 ) ， 男， 讲师， 硕士， 研究方向： 建筑结构、 民族 建筑。 贵州省贵阳市花溪区贵州民族学院建筑工程学院( 5 5 0 0 2 5 ) 1 3 7 6 5 l 3 7 6 4 4 混凝土受到严重腐蚀 ， 也能在最终评定混凝土性能变化过程 ， 由于 相对不敏感性的影响， c c ， ： 评定混凝土状态的时间晚于 o 9 。 3结论 ( 1 ) 在混凝土的硫酸盐加速腐蚀试验中， ∞ 和 c c ， 对混凝土 性能损伤的评定速度不同， ∞ 能较早的预报混凝土性能的劣 化状态； 0 9 的异常增加是混凝土性能劣化的征兆。 ( 2 ) 在硫酸盐腐蚀加速试验中， 小尺寸混凝土试件的破坏速 度较陕， 但小尺寸试件的∞ 。 和∞ ： 由于试件尺寸较小受外部环境 各种因素影响较大， 有时不能很好的反映混凝土性能的损伤状态。 ( 3 ) 大尺寸混凝土试件的评价参数 。 和甜 比小尺寸混凝 土试件的评价参数 和 更科学的揭示了混凝土性能劣化的 过程 ， 所以推荐实验室进行硫酸盐腐蚀加速试验时使用尺寸 为 1 0 0 m mx l 0 0 r n mx 4 0 0 mm的混凝土试件。 ( 4 ) 设计的评价参数经过进一步设计亦可评价混凝土的耐 久性损伤程度， 因本文篇幅限制 ， 进一步的耐久性损伤程度评 价将在后续文章中进行。 参考文献 ： [ 1 】 蒋政， 何付成． 机场道面水泥混凝土耐久性设计试验研究 混凝土， 2 0 1 1 ( 6 ) ： 1 4 0 — 1 4 2 ． [ 2 ] 陈正发， 刘桂凤， 马建． 机制砂混凝土在冻融循环下的强度和耐久性 研究[ J 1 ． 混凝土， 2 0 1 1 ( 7 ) ： 7 9 — 8 4 ． [ 3 】 苏昊林， 王立久．混凝土冻融耐久性量化分析【J J ．混凝土， 2 O L O ( 5 ) ： 1 - 6 ． [ 4 ] 魏应乐． 再生混凝土的耐久性及控制措施研究『 J ] ． 混凝土 ， 2 O L O ( 1 ) ： 8 1 — 8 5 ． 【 5 ] 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f J 1 ． 工业建筑， 2 0 1 0 ， 4 0 ( 6 ) ， 2 7 — 3 0 ． [ 6 】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 1 ． 中 国建材科技， 2 o 0 8 ( 2 ) ： 1 6 — 1 9 ． [ 7 】 刘数华， 阎培渝 ， 冯建文． 超高强混凝土 R P C强度的尺寸效应『 J 1 ． 公 路 ， 2 0 1 1 ( 3 ) ： 1 2 4 — 1 2 7 ． 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： 甘肃省兰州市七里河区兰工坪路 2 8 7 号 兰州理工大学土 木工程学院( 7 3 0 0 5 0 ) 联 系电话 ： 1 3 5 1 9 6 9 4 2 6 5