裂缝宽度对混凝土碳化的影响.pdf

1 5 6 铁道 建筑 Ra i l wa y En g i n e e r i ng 文章 编号 ： 1 0 0 3 1 9 9 5 ( 2 0 1 4 ) 0 6 0 1 5 6 0 3 裂缝宽度对 混凝土碳 化 的影 响 雷 涛 ( 中 国铁 路 总 公 司 工 程 管 理 中心 ， 北 京 1 0 0 8 4 4) 摘 要 ： 混凝 土开 裂后 ， 碳 化 沿 裂缝 向 内部 发展 ， 加速 了混 凝 土的 劣化 进 程 。采 用 三 点加 荷 诱 导 混凝 土开 裂的 方式预 制 不 同宽度 的裂缝 ， 通过 研 究不 同 宽度 裂 缝 混凝 土试 件 在 干燥 环 境 下碳 化 后 裂 缝 处 的碳 化 深度及 p i t值变化 ， 探讨 了裂缝宽度对混凝土碳化性能的影响 。结果表明， 碳化会沿着开裂混凝土的裂 缝界面向内部发展 ， 碳化深度直达裂缝前端 ， 且碳化深度与裂缝宽度关系不大； 干燥碳化环境下， 当裂缝 宽度超 过 0 2 5 1T i m 时 ， 保 护层 位 置处 混凝 土 的 p H值 才会显 著 降低 ； 建议 干燥碳 化 环境 下混 凝 土裂缝 宽 度 限值 放 宽至 0 2 5 I l l n l 。 关键词 ： 裂缝 宽度 碳 化 干燥 环境 中 图分 类 号 ： T U 5 2 8文 献标识 码 ： A D O I ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 3 1 9 9 5 2 0 1 4 0 6 4 5 混凝 土结 构在 建设 和服 役期 间会 不可 避免 地 出现 裂缝 ， 成 为有 害 介 质 ( C O ， ， C 1 一 ， S O 一和 水 ) 侵入 混 凝 土内部的通道 ， 加速保护层混凝土的失效进程 ， 进而降 低 混 凝土 耐久 性 。为 了保证 混凝 土结 构使 用寿命 达 到 设计要求 ， 各国都对混凝土裂缝宽度进行了限制 。 碳化 是 影 响 混 凝 土 耐 久 性 的 重 要 因素 。研 究 表 明 ， 环境湿 度对 混凝 土碳 化 速率 的影 响 系数 呈 “ 钟形 ” 分 布 ， 因此 ， 对 于 环 境 湿 度 低 ( 2 0 左 右 ) 的 干 旱 环 境 ， 混凝 土碳 化进 程放 缓 ， 在该类 地 区开展 铁路 混凝 土 工程 建设 ， 如 果 仍 按 标 准 规 定 的裂 缝 宽 度 0 2 n l m 限 值进 行 验收 ， 可 能会 对工 程建 设 造 成 不 必 要 的 资源 浪 费 。虽 然 对 于 完 好 混 凝 土 碳 化 的 研 究 已 经 较 为 成 熟 ， 开裂 混凝 土 碳 化方 面 也有 少 量研 究 。 ， 但对 于 干 燥环 境下 开裂 混凝 土碳 化规 律 的研究 较 少 。本 文 通 过 三点 加荷 诱 导混 凝 土开 裂 ， 研 究 不 同宽 度 裂 缝 混 凝 土 试件 在模 拟环 境下 的碳 化 进 程 ， 为干 燥 碳 化 环 境 下 混 凝土 结构 裂缝 控制 提供 依据 。 1 试 验 1 1 原 材 料 水泥 为金 隅 P 0 4 2 5， 比表 面 积 3 4 2 m k g ， 化 学 成 分 见 表 1 。细 骨 料 为河 北 遵 化 河 砂 ， 细度 模数 2 8 ， 含泥 量 1 9 ， 表 观密 度2 6 1 0 k g m ； 粗 骨料 为天 津蓟 县 51 0 mm， 1 0 2 0 m m 两 级 配碎 石 ， 压 碎 值 5 4 ， 含泥 量 0 3 ， 表 观 密 度 2 7 8 0 k g m ， 紧 密空 隙率 4 0 ； 减水 剂 为河 北金 舵 聚羧酸 高性 能减 水剂 。 表 1 水 泥 的化 学 成 分 1 2 配合 比 为了加速试验进程 ， 采用高水灰比混凝土 ， 其配合 比见 表 2 。 表 2混 凝 土 配 合 比 k g m 收稿 日期 ： 2 0 1 4 0 3 0 1 ； 修回 日期 ： 2 0 1 4 0 4 1 5 基金项 目： 铁道科 学技术研 究发展中心项 目( J 2 0 1 3 G 0 0 4) 作者简介 ： 雷涛( 1 9 7 3 一) ， 男 ， 陕西富平人 ， 高级工程 师， 硕 士。 1 3试 验方 法 1 ) 裂缝 的模 拟 成 型 1 0 0 m m 1 0 0 mlT I 4 0 0 m m 的棱 柱 体试 件 ， 在 需 预制裂 缝试 件 内放 置 2根 西 8钢 筋 ， 标 养 2 8 d后 ， 采用三点弯曲的方法在预制裂缝试件内预埋钢筋侧制 造 裂 缝 ， 利 用 加 力 架 装 置 控 制 裂 缝 宽 度 为 0 1 0 2 mm， 0 20 3 mm， 0 3 mm 和 0 1 m m 4种 ， 并 保持 裂缝 的稳 定性 。利用 电子 设备 对预 制裂 缝试 件 的裂缝 进 行扫 描拓 片 ， 精 确 计 算 各试 件 裂缝 的平 均 宽 度 ， 并 对裂 缝 深度进 行 测量 。 1 5 8 铁道 建筑 表 3 平 均 碳 化 深 度 测 量 结 果 mm 范 围 内的混 凝土 裂缝 区域 、 开裂 面 对 侧 相 应 区域 以及 裂 缝处 的平 均碳 化 深 度 无 明 显差 异 。可 见 ， 采用 显 色 及碳化 深 度虽 直观 ， 但 不 能精 确 反 映 不 同 宽 度裂 缝 混 凝 土 的碳 化规 律 。 2 2 p H 值 对不同宽度裂缝混凝土不同深度处 的 p H值作图 分析 ， 见 图 3 。从 图 3可以看 出， 未开裂混凝土 p H值 的演变存 在 3个 区域 ， 即 完全 碳化 区 ( 深 度 为 0 2 0 c m， p H值较低) 、 半碳化区( p H值线性增加段 ) 和 未碳 化 区 ( p H值 高 且稳 定 段 ) ， p H 曲线 呈 近似 对 称 形 态 ( 以距 离 开裂 面 5 c m等 位 线 为 中轴 ) 。当 裂缝 宽 度 0 2 5 m m 时 ， 裂 缝 对 混凝 土 碳 化 影 响 程 度 急 剧 增 加 ， 具 有 明显 的碳化 趋势 。 ：一一一一一一_ - J j - _ _ _ 0 0 0 5 0 l 0 0 l 5 O 2 0 0 2 5 O 3 0 0 3 5 0 4 0 0 4 5 0 5 0 裂缝 宽度 ram 图 4混凝土裂缝深度 3 5 m m处 p H值 随裂缝 宽度变化 曲线 3 结 论 1 ) 开裂 混凝 土 沿 着裂 缝 界 面产 生碳 化 ， 碳 化 深 度 会 直 达裂缝 前端 ， 碳化 深 度与 裂缝 宽度 关 系不 大 。 2 ) 干燥碳化环境下裂缝宽度 0 2 5 mm时 ， 保护 层位置处混凝土 p H值才会显著降低 ， 建议 干燥 碳化 环 境 下混凝 土裂 缝 宽度 限值放 宽 至 0 2 5 m m。 参 考 文 献 1 屈文俊 ， 车惠民 裂缝对混凝土桥梁耐久性影 响的评估 J 铁道学报 ， 1 9 9 7 ， 1 9 ( 4 ) ： 9 0 9 7 2 刘志勇 ， 孙 伟 多 因素 作用 下混 凝 土碳化 模 型及 寿命 预测 J 混 凝土 ， 2 0 0 3 ( 1 2 ) ： 3 7 3 牛荻涛 混凝土 结构 耐久性 与寿命 预测 M 北 京 ： 科 学 出 版社 ， 2 0 0 3 4 金祖权 ， 侯 宝荣 ， 赵铁 军 收缩裂 缝对混 凝土 氯离子 渗透 及 碳化的影响 J 土木建筑与环境工程 ， 2 0 1 l ， 3 3 ( 1 ) ： 7 一 l 1 5 成立 ， 余 其俊 ， 殷 素红 ， 等 混 凝 土碳 化及 氯离 子 渗透 试验 J 铁 道建 筑 ， 2 0 0 7 ( 6 ) ： 1 0 4 1 0 6 6 朱元 祥 ， 候 应武 ， 屈 文俊 混凝 土 结构 裂 缝 处 的碳 化 分 析 J 西 E 建 筑工程学院学报 ， 1 9 9 8 ， 1 2 ( 4 ) ： 3 4 3 8 7 秦明强 ， 刘松 ， 占文 ， 等 基于碳化环境下地铁 车站 昆凝土性 能评估与寿命预测 J 铁道建筑 ， 2 0 1 3 ( 2 ) ： 1 0 6 1 0 8 ( 责任 审编 葛全红) 2 O 8 6 4 2 ，i 1 A O 6 2 8 2 l l 0