桥梁用C50高强混凝土抗酸雨侵蚀性能研究.pdf

桥梁用 C 5 0高强混凝土抗酸雨侵蚀性 能研 究 李益进 ， 孙 鑫鹏 ， 尹健 ， 龚胜辉 4 9 桥梁用 C 5 0高强混凝土抗酸雨侵蚀性能研究 李 益进 ， 孙 鑫鹏 ， 尹健 。 龚胜 辉 ( 中南大 学土 木建 筑 学院 ， 湖 南 长 沙 4 1 0 0 7 5 ) 摘 要 ： 根据广东佛 山地 区降雨 的酸度和离子组成 ， 为加速腐蚀 ， 扩大离子浓度 ， 配置 p H 值为 4 3的酸液 ， 考 虑矿 物掺 合料 品种和掺量的影响 ， 采用 喷淋法研 究在酸雨侵蚀条件下桥梁用 C 5 0高强混凝 土性能 的劣 化规律 。研 究结果表 明 ： 粉煤灰与矿渣双掺效果优 于粉煤 灰单掺 和矿渣 单掺 ， 粉煤 灰与矿 渣双掺 较佳配 比为 1： 4 、 总掺量 为 35 。 关键词 ：高强混凝土 ； 抗酸雨侵蚀 ； 喷淋 法 ； 掺合料 中图分类号 ： TU5 2 8 3 1 ； TU 5 0 2 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 6 7 1 7 7 6 7 ( 2 0 1 O ) 0 1 0 0 4 9 0 4 1 引 言 目前 ， 由于 酸雨 腐 蚀 作 用造 成 钢 筋 混凝 土 结 构 的过早 破坏 已经 成为 世界 各 国普遍 关注 的 问题 。 国 内外对 于酸 雨 的成 因 、 分 布 特 点 以及 其 对 环 境 的 影 响做 了较多 的试验 研 究 和理 论分 析 _ 】 。佛 山市 一 环 城际快 速 主干 线桥 梁 工 程 较 多 ， 同 时又 处 于 较 重 酸 雨或严 重 酸雨 环境 中 ， 为 了探 明较 重 酸 雨 或严 重 酸 雨 环 境 条 件 下 桥 梁 用 C 5 0高 强 混 凝 土 ( C 5 0 HS C ) 的抗 酸 雨 侵蚀 性 能 ， 本 文 在 查 阅 大 量 文 献 并 采 取实 测手 段掌 握 了佛 山 地 区典 型 酸 雨 的 p H 值 、 离 子类 型及 时空 分 布 的基 础 上 ， 根 据 昆凝 土 抗 酸 雨 侵 蚀性 能 的试 验研 究结 果 ， 探讨 矿物 掺合 料 品种 、 掺 量 及其不 同掺合 料 复掺 等 因素 对 C5 0 HS C抗 酸 雨 侵 蚀性 能 的影响规 律 ， 为掌 握桥 梁用 C 5 0 HS C在 酸 雨 侵蚀 条 件 下 的 应 用 技 术 提 供 理 论 依 据 和 技 术 支 持 。 2原材 料 、 试 验方 法及 配合 比 2 1 原材 料 水泥 ( C ) 采 用华 润水 泥 ( 平 南 ) 有 限公 司生产 的 P 4 2 5 R硅 酸盐 水 泥 ； 粉 煤 灰 ( F A) 采 用 金 丰 热 能有 限公 司 出厂 的 级 粉 煤 灰 ， 主 要 物 理 性 能见 表 1 ； 矿渣 ( S G) 采 用联 达牌 $ 9 5级 ， 由江 西 萍 乡市联 达 冶金 有 限公 司高新 建 材 厂 生 产 ， 主 要 物 理性 能见 表 1 ； 碎 石 ( G) 采 用 惠州 产 5 2 5 mm 碎 石 ， 级 配合 格 ； 砂( s ) 采用西江产河砂 ， 细度模数 2 4 ， 属 区中砂 ； 减水剂( S P) 由佛山禅城区瑞 龙混凝土外加剂厂生 产 ， 减 水率 2 O 。 表 1 粉煤灰与矿渣物理性能 2 2 试 验方 法及 配合 比 本 文 采用 喷淋 法研 究 混 凝 土抗 酸 雨侵 蚀 性 能 。 根 据广 东佛 山地 区 降雨 的酸 度 和 离 子组 成 ， 为 了加 速 腐蚀 ， 扩大 离子 浓度 ， 配制 p H值 为 4 3且 主要 含 有 S ( ) ： 一， Mg 计 ， C a 抖 ， NH4+、 H 的模 拟酸液 。 根 据酸 雨侵蚀 条 件下粉 煤 灰与矿 渣双 掺时对 水 泥 胶砂性 能 的影 响规 律 优 选 结 果 ， 粉 煤 灰 与矿 渣 双 掺 以 1： 4为 宜 。C 5 0 HS C配 制 过 程 中 ， 胶 凝 材 料 5 0 0 k g m。 、 水 胶 比 0 3 4 、 外 加 剂 掺 量 0 8 和 砂 率 3 8 ( 砂 7 0 0 k g m。 ， 石 1 1 4 0 k g m。 ) 不 变 。C 5 0 HS C配 合 比见表 2 。 表 2 C 5 0 HS C配合 比 k g m。 l 2 5 l 7 5 2 2 5 1 O O 1 4 0 1 8 O 根据 表 2成型 1 0 0 mm1 0 0 mm1 0 0 mm 的 混凝 土试 件 ， 标 准 养 护 2 8 d将试 件 取 出 ， 然后 进行 喷淋试 验 。喷 淋法采 用 1 2 h ( 喷 淋) +1 2 h ( 光 照 ) 的 循 环 侵蚀 制度 ， 整个 侵 蚀 过程 持 续 5 0 d ， 即 5 0个 循 收稿 日期 ： 2 0 0 9 0 8 1 0 作者简介： 李益进 ( 1 9 7 6 一) ， 男 ， 副教授 ， 1 9 9 9年毕业于中南大学工程管理 专业， 工学学 士， 2 0 0 5年毕业于中南大学道路与铁 道工程专业 ， 工学 博 士 ( E ma i l ： c s u h p c 1 6 3 c o m) 。 一 0 5 5 5 5 5 5 c一 即 号一 0 宿一 C F F F S S S F F F 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 桥梁用 C 5 o高强混凝土抗酸雨侵蚀性能研究 李益进 ， 孙鑫鹏 ， 尹健 ， 龚胜辉 5 1 3 2 2 矿 物掺 合料 掺量 的影 响 分析 实验 数据得 出 ， 在酸 雨侵 蚀前 期 ， 混凝 土抗 压强 度均有 一个 增 长 的过 程 ， 到 中 ( 后 ) 期 酸 雨 侵 蚀 到一定 程度 ， 混凝 土 的力 学性 能开始 劣 化 ， 直 至不 能 满足使用要求 。酸雨侵蚀后 ， HS C抗压强度降低的 时 间随矿物 掺合 料 掺 量 增加 而提 前 或 一 致 ， 但 均 较 基 准混 凝 土 晚 或 一 致 ； 酸 雨 侵 蚀 开 始 前 ( 2 8 d龄 期 ) ， F 3 5 、 F 4 5 、 $ 4 5 、 F S 4 5混凝 土 抗 压 强度 低 于 基 准 混凝 土 ， 5个酸 雨 侵蚀循 环 后 ， 掺矿 物 掺 合料 混 凝 土 的抗压 强度 均 已高 于 同 期 酸雨 侵 蚀 基 准 混凝 土 ； 从 酸雨侵 蚀 开 始 至结 束 ， 除 F S 2 5和 F S 3 5几 个 点 外 ， 混凝土 同期抗 压 强度 随矿物 掺 合 料 掺量 增 加 而 降低 。 矿 物 掺 合料 的掺入 ， 延缓 了酸 雨 侵蚀 混 凝 土抗 压 强度 开始 降低 的 时 问 ， 并 降低 了混 凝 土 抗 压 强度 的劣化程 度 ， 改 善 了混 凝 土 抗 酸 雨 侵蚀 的能 力 。在 混 凝土 中掺 人粉 煤 灰 与矿 渣 ， 一 方 面减 少 了 由水 泥 带 入 的 C 。 A 含 量 和 水 泥 水 化 生 成 的 与 酸 雨溶 液 中 侵 蚀 介 质 反应 的 C a ( OH) 。量 ； 另一 方 面粉 煤 灰 的 火 山灰 反应 生成 的水化 硅酸 钙填 充 了水 泥石 中的 毛 细孔隙， 增强了混凝土的密实度 ， 也降低了硫酸盐侵 蚀 介质 的侵 入与腐 蚀 速度 。 3 3 酸 雨侵 蚀混 凝土 的 中性 化 深度 酸 雨 侵蚀 过 程 中 ， 由 于溶 蚀 和 酸雨 侵 蚀 的 不 均 匀 性 ， 混 凝 土真实 的 中性化 深度 值不便 于测量 ， 可 以 考 虑测 量混凝 土上 表层 的中性化 深度 值来 研究 酸雨 侵 蚀混凝 土 的 中性 化深 度 。 3 3 1 矿 物掺合 料 品种 的影 响 图 5 ( a ) 、 ( b ) 、 ( C ) 分 别 为 矿 物 掺 合 料 掺 量 为 2 5 、 3 5 、 4 5 时 ， 粉 煤 灰 单 掺 、 矿 渣 单 掺 、 粉 煤 灰 与矿渣双掺对酸雨侵蚀混凝土中性化深度 的影响。 由图 5可知 ， 混凝土 中性化深度值随酸雨侵蚀 循环次数增加而增大 ； 矿物掺合料掺量相等， 酸雨侵 蚀 混凝 土 同期 中性化 深 度值 大 小顺 序 为 ： 粉 煤 灰 与 酸雨侵蚀循环次数 次 ( a )矿物掺合料掺量为2 5 矿渣双掺混凝土矿渣单掺混凝土粉煤灰单掺混 凝 土 ， 即掺 矿物 掺合 料 混 凝 土抗 中性 化 能 力 大小 顺 序为 ： 粉煤灰单掺混凝土矿渣单掺混凝土粉煤 灰 与矿 渣双 掺混凝 土 。 3 3 2 矿物掺合料掺量的影响 分 析 试 验数 据 得 出 ， 酸 雨侵 蚀 混凝 土 中性 化 深 度值与矿物掺合料 品种和掺量有关， 粉煤灰单掺时， 同期混凝土中性化深度值 C o F 2 5 F 3 5 F 4 5 ， 这 说 明粉 煤灰 单掺 降低 了混 凝 土 抗 中性 化 能 力 ， 而 且 随 着粉煤 灰 掺量增 加 ， 混 凝 土抗 中性 化 能力 逐 渐 降 低 ； 酸雨 侵蚀 5 O 个 循 环 后 ， F 2 5 、 F 3 5 、 F 4 5混 凝 土 中 性 化 深 度 值 较 基 准 混 凝 土 分 别 增 大 了 1 1 8 、 2 3 5 、 3 5 5 ； 矿 渣 单 掺 时 ， 同期 混 凝 土 中性 化 深 度 值 $ 2 5 C O $ 3 5 $ 4 5 ； 粉 煤 灰 与 矿 渣 双 掺 时 ， 同期 混 凝 土 中 性 化 深 度 值 F S 2 5 F S 3 5 C o F S 4 5 ， 这说 明 矿渣单 掺 、 粉 煤灰 与 矿 渣双 掺 ， 且 掺量 合适 能 提高混 凝土 抗 中性化 能力 。 矿 物掺 合 料 的掺 入 ， 对 酸 雨侵 蚀 混凝 土 抗 中性 化 能力有 2方 面 的影 响 ： 矿 物 掺 合料 取 代 部 分水 泥 ， 使 得 混 凝 土 中 C a ( OH) 。 数 量减 少 ， 同 时矿 物 掺 合料二 次水化 反应 进 一步 降低 C a ( ( ) H) 的含量 ， 使 混凝土抗 中性化 能 力下 降 ， 这 是不 利 的一 面 ； 矿 物 掺 合料 的微 集料 效 应 能使 混 凝 土孔 隙细 化 ， 结 构 致 密 ， 使侵 蚀介质 的渗 入速 度下 降 ， 能 在 一定 程度 上 缓 解酸雨侵 蚀混 凝土 的中性 化 速度_ 6 j 。从试 验结 果 来 看 ， 粉煤灰 的掺人对酸雨 侵蚀混凝 土抗 中性 化是不 利 的 ， 掺入矿 渣或矿 渣 与粉煤 灰 双掺 ， 且 掺量 合适 能 在 一 定程 度 上提 高酸雨 侵蚀混 凝 土 的抗 中性 化能 力 。 4 结 论 ( 1 )酸雨 侵 蚀 条 件 下 ， 矿 物 掺 合 料 的 掺 入 能延 缓 混凝 土表 面发生 溶蚀 的时 问 。 ( 2 )等矿物掺合料掺量并受酸雨侵蚀 时， 粉煤 灰 与矿渣 双掺 以及 单掺 矿渣 配制 的高强 混凝 土 比单 l 0 2 0 3 0 4 0 5 0 酸雨侵蚀循环次数 次 酸雨侵蚀循环次数 次 ( b )矿物掺合料掺量为3 5 ( c )矿物掺合料掺量为4 5 图 5不 同掺 合 料 时 酸 雨 侵 蚀 条 件 下 C 5 0 HS C 中性 化 深 度 4 O 6 2 8 4 0 2 2 1 1 O 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 2 世 界 桥 梁 2 0 1 0年第 1 期 掺粉煤灰配制的高强混凝土抗酸雨侵蚀强。 ( 3 )混凝 土中性化 深度值 随酸 雨侵蚀 循 环次 数 的增加而增 大 ； 在矿 物掺合 料掺量相 同时 ， 酸雨侵蚀 混凝土同期 中性化深度值大小顺序为 ： 粉煤 灰 与矿 渣 双掺混凝土矿渣单掺混凝土粉煤灰单掺混凝土 。 ( 4 )从 C 5 0 HS C抗酸雨侵蚀能力综合来看 ， 建 议矿物 掺合料 掺 量 为 ： 粉 煤 灰单 掺 2 5 ， 矿 渣 单 掺 2 5 ， 粉煤 灰与矿渣 双掺配 比为 1： 4 、 掺量 为 3 5 。 参 考 文 献 ： 1 2王文兴中国酸雨成 因研究 E J J 中国环境科学 ， 1 9 9 4 ， 1 4 ( 5 ) ： 3 2 3 3 2 9 2 陈烽模拟酸雨环境 下胶砂 、 混凝土抗侵蚀性 能的试 验研究( 硕士学位论文 ) D 。长沙 ： 中南大学 ， 2 0 0 6 ， 3 黄金国， 关共凑 ， 李凡佛 山市区大气降水 p H值 的时 空分布及酸雨成因研究 J 佛山科学技术学院学报 ( 自 然科 学 版 ) ， 2 0 0 3， ( 3 ) ： 5 4 5 7 4 覃立香 ， 胡 曙光 ， 马保 国粉煤灰对混凝土抗硫酸盐性 能 的影响 J 混凝土与水泥制品 ， 1 9 9 7 ， ( 5 ) ： 1 5 2 O E s T a r u n R Na i k ， S h i w S S i n g h ，Mo h a mm a d M Ho s s a i n P r o p e r t i e s o f Hi g h P e r f o r ma n c e Co n c r e t e S y s t e ms I n c o r - p o r a t i n g L a r g e A mo u n t s o f Hi g h L i me F l y As h J 3 Con s t r u c t i o n an d Bu i l d i n g M a t e r i a l s，1 9 95，9( 4 )：1 95 2 0 4 6 3 Ha o d o n g X i e ，L i Qi ，D i n g Z h o u I n v e s t i g a t i o n o f t h e Ef f e c t s o f Ac i d Ra i n o n t h e De t e r i o r a t i o n o f C e me n t C o n c r e t e Us i n g Ac e e l e r a t e d Te s t s E s t a b l i s h e d i n L a b o r a t o r y J 2 At mo s p h e r i c E n v i r o n m e n t ，2 0 0 4 ，3 8 ( 2 7 ) ： 4 4 57 4 46 6 S t u d y o f Ac i d Ra i n Er o s i o n Re s i s t a nc e Pe r f o r ma n c e o f C5 0 Hi g h - S t r e n g t h Co n c r e t e Us e d f o r Br i d g e s Ll Y j i n，S U N Xi n p e n g， YI N J i a n，GONG S h e n g h u i ( S c h o o l o f Ci v i l En g i n e e r i n g a n d Ar c h i t e c t u r e ，Ce n t r a l S o u t h Un i v e r s i t y ，Ch a n g s h a 4 1 0 0 7 5 ，Ch i n a ) Ab s t r a c t ：I n a c c or d a n c e wi t h t h e a c i d i t y a nd i o n c omp os i t i o n o f r a i n i n Fo s h a n di s t r i c t ， Gu an g d on g a n d i n o r de r t o a c c e l e r a t e t he e r o s i on r a t e a n d r e i nf o r c e t he i o n C O nc e n t r a t i o n。t he a c i d l i q u i d o f p H v a l u e 4 3 i s mi x e d I n c o n s i d e r a t i o n o f t h e i n f l u e n c e o f t h e v a r j e t j e s a n d a d d i n g a mo un t of mi ne r a l a d mi x t u r e a nd b y u s i ng t he s pr a y i n g me t ho d，t he d e gr a d a t i o n l a w o f t he pe r f o r ma nc e of t he C5 0 hi g h s t r e n gt h c o n c r e t e us e d f o r br i dg e s u n de r t he a c i d r a i n c o nd i t i o n i s s t ud l e d Th e r e s u l t s o f t h e s t u d y s h o w t h a t t h e e f f e c t o f a d d i n g b o t h t h e f l y a s h a n d mi n e r a 1 s 1 a g i s b e t t e r t h a n t h a t o f a d di ng f l y a s h o r mi n e r a l s l a g o nl y The r a t h e r go o d r a t i o of t he mi x pr o p o r - t i o n i ng o f bo t h t h e f l y a s h a nd mi n e r a l s l a g i s 1：4 a nd t he t o t a l a dd i ng a mou nt i s 35 Ke y wo r ds ：hi g h s t r e ng t h c o nc r e t e；a c i d r a i n e r o s i on r e s i s t a n c e；s p r a yi ng me t h o d；a dmi x t u r e 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m