海水侵蚀环境与冻融交替作用下引气混凝土性能劣化试验.pdf

2 0 1 1年 第 1 2期 (总 第 2 6 6 期 ) N u mb e r l 2 i n2 0 1 1 ( T o t a l No 2 6 6 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 THEORETI CAL RES EARCH d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 1 1 2 0 0 6 海水侵蚀环境与冻融交替作用下 引气混凝土性能劣化试验 周煜 1 l 2 ，叶英华 1 l ，袭杰 1 ，张健 ( 1 北京航空航天大学 土木工程系， 北京 1 0 0 1 9 1 ；2 华南理工大学 亚热带建筑科学国家重点实验室，广东 广州 5 1 0 6 4 0 ) 摘 要： 以质量分数为3 氯化钠 + 0 3 4 硫酸镁配制的海水作为侵蚀液体， 对引气混凝土试件进行海水浸泡与冻融循环交替作用试验， 并分别测定经历 1 0 2 次、 2 0 1 次和 3 0 0 次冻融循环后试件的质量损失、 相对动弹性模量和抗压强度等数据。 结果表明： 随着冻融循环次数 增多， 质量损失率和相对动弹性模量无明显变化， 而抗压强度大幅降低。 当冻融循环为3 0 0 次时， 质量损失率达0 2 8 ， 相对动弹性模量为 1 0 0 2 l ， 抗 压强度下 降了 1 1 1 6 。 关键词： 引气混凝土； 冻融循环； 昆 合侵蚀；性能劣化 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 1 ) 1 2 0 0 1 8 - 0 3 Ex per i me nt o f pr ope r t i e s de t e r i or a t i on o f ai r - en t r ai ne d c onc r e t e i n s e a w a t e r - a ggr e s s i ve an d f r e ez e - t h aw e nvi r onme nt Z HOU Yu YEYi n g- h u a1 ,2 X J e 1 , 2 Z HANG J i a n ( 1 D e p a r t me n t o f Ci v i l E n g i n e e r i n g， Be i h a n g Un i v e r s i t y ， Be i j i n g1 0 0 1 9 1 ， C h i n a ； 2 S t a t e Ke y L a b o r a t o r y o f S u b t r o p i c a l A R c h i t e c t u r e S c i e n c e ， S o u th C h i n a U n i v e r s it y o f T e c h n o l o g y， G u a n g z h o u 5 1 0 6 4 0 ， C h i n a ) Abs t r a c t ： W i t h the ma s s f r a c t i o n o f 3 s o d i um c hl o r i d e +0 3 4 ma g n e s i u m s u l f a t e a s a g g r e s s i ve me d i um fre e z e tha w t e s t s o f fre e z e tha w c y c l e s o fb e i n g 1 0 2， 2 01 ， 3 0 0 we r e c a r r i e d o u t o n a i r - e n t r a i n e d c o n c r e t e s p e c i me n s ， t h e n t h e ma s s l o s s ， c o mp r e s s i v e s tre n g t h， r e l ati v e d y n a mi c mo d ul u s we r e t e s t e dTh e r e s ult s s ho w tha t wi th the i n c r e a s e o f ti me s o f fre e z e - tha w c y c l e s ， s pe c i me ns o f ma s s l o s s r a t e a n d r e l a ti v e d y n a mi c mo d u l u s we re n o t o b v i o us c h a n g e i n a r t i fic i a l s e a wa t e r ， h o we v e r ma s s l o s s r a t e d e c r e a s e d by 0 2 8 ， r e l a t i v e d yn a mi c mo d ul u s i n c r e a s e t O 1 0 0 2 1 ， c o mp r e s s i v e s t r e n gt h d e c r e a s e d b y 1 1 1 6 a ft e r 3 0 0 fr e e z e tha w c y c l e s Ke y wor ds ： a i r - e n tra i n e d c o n c r e t e； fre e z e - tha w c y c l e； mul t i - a g g r e s s i v e e n v i r o n me n t ； p r o p e r t i e s d e t e rio r a t i o n 0 引言 沿海寒冷地区的混凝土结构会受到盐侵、 冻融等天然因素 的作用 ， 导致混凝土材料性能劣化加剧， 直接影响混凝土结构 的耐久性， 也成为学术界关注的热点。 因此， 开展海水侵蚀与冻 融循环对混凝土力学性能影响的研究显得尤为迫切。 慕儒1 等从混凝土材料学角度， 试验比较 了氯化钠溶液和 硫酸钠溶液中混凝土抗冻性的差异。 覃丽坤 等试验研究了盐 湖与海水环境中 昆 凝土的抗冻性。 王军强 3 1 等研究了不同水灰 比的混凝土在冻融循环和氯离子作用下的性能。 关宇N Il t, 研究 了硫酸铵对高强混凝土劣化的影响。 美国耐久性规范根据实际 工程调查， 认为干湿交替与冻融对材料性能劣化影响最为显著5 。 我国混凝土材料耐久性试验规程中的快冻法主要是水冻水融， 慢冻法是气冻水融，但未见气冻气融循环与海水干湿交替作用的 试验研究。 本文针对混凝土结构可能遇到的工程环境， 即海水侵 蚀与冻融循环交替作用， 试验研究引气混凝土性能劣化的规律。 1 混凝 土材料 与试验方 法 1 1 混凝土材料配合比 混凝土试件采用 P C 3 2 5 R级水泥； 粗骨料为碎石 ， 最大 粒径 1 0mm； 细骨料采用细度模数 2 6的中砂， I I 区级配合格， 含 水率 4 ； 粉煤灰采用 F 类 I 级粉煤灰 ； 采用缓凝高效减水剂和 T K 3 1 引气剂。 混凝土材料配合比见表 1 。 表 1 混凝土配合比 1 2 试件 设计及 试验 方案 本次试验所有试件的混凝土配合比、 水胶比和含气量都相同， 共制作 4组引气混凝土试件 ， 每组包括 3个尺寸为 1 0 0 I I 1T I X 1 0 0 mmx l 0 0 mm的立方体试件和 1 个 1 0 0 mmx l 0 0 mmx 3 0 0 mm 的棱柱体试件。 其中3 组试件分别进行 1 0 2次、 2 0 1 次及 3 0 0次 冻融循环与海水浸泡交替作用， 1 组作为对比试件， 混凝土含气 量为 6 1 ， 试件分组见表 2 。 冻融循环试验方法参考 A S T M 6 6 6 ( 混凝土快速冻融试验方 法 和 G B T 5 0 0 8 2 -2 0 0 9 普通混凝土长期性能和耐久性能试 验标准 嘲 中抗冻性能试验的冻融方法进行。 试件浇筑 2 4 h 后拆 模 ， 再采用标准养护方法养护 2 3 d ， 将 2 、 3 、 4 组试件放入温度为 ( 2 0 + 2 )的人工海水( 3 氯化钠 + 0 3 4 的硫酸镁混合) 溶液 收稿日期：2 0 1 1 6 _ J o 6 基金项目：国家自 然科学基金( 5 1 0 7 8 0 1 5 ) ； j E 京市 自 然科学基金( 8 O 9 2 0 2 O ) ； 亚热带建筑科学国家重点实验室重点开放课( 2 0 0 9 K A 0 3 ) 18 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 孔隙之中， 不能产生足以破坏混凝土结构的结晶压 ， 混凝土内 部损伤不严重。 N 1 0 0时， 试件的孔隙中， 充满了硫酸盐结晶体 使之更加密实， 即便如此 ， 随着冻融次数的增加 ， 微裂缝发展 、 冻融损伤累积， 使得内部孔隙中的硫酸钠因过饱和不断结晶析 出Na 2 S O 1 0 H O， 以及 Na 2 S O 与 C a ( O H) 2 反应生成膨胀性产 物钙矾石， 使混凝土膨胀破坏 。 2 4抗压 强度 引气混凝土立方体抗压强度试验平均值与冻融循环次数 的关系， 如图4所示。 55 5 0 詈 4 5 4 0 O l O O 2 0 0 冻融循环次数 图 4 混凝 土立方体抗压强度与冻融循环次数关 系曲线 由图 4可得 ， 随着冻融循环和溶液浸泡次数的增加， 混凝 土试件的抗压强度持续降低。 试件在冻融循环 1 0 2 、 2 0 1 、 3 0 0次， 抗压强度分别为标准强度的 9 8 2 5 、 9 3 2 8 、 8 8 8 4 ， 分别下降 了 1 7 5 、 6 ： 7 2 、 l 1 1 6 。 虽然混凝土中掺加引气剂后， 在内部 产生分布均匀的封闭型微孔， 增强了混凝土的抗冻性、 抗渗性和 抗腐蚀性 ， 但随着冻融循环的增加， 引气混凝土内部微裂缝逐 渐向深层发展， 最后导致抗压强度降低。 可见， 海水侵蚀环境和 冻融循环作用下， 加剧了引气混凝土的劣化。 上接 第 1 7页 - l A1 I B l I 口Cl I 口D 1 - - - 一 。 Cd Cr Cu Ni P b 不同重金 属元素 种类 图 1 废弃混凝土中不同重金属元素浸出性 子在水泥水化过程中形成的重金属离子水化不同或者是在混 凝土结构中存在的化学形态和存在状态不同， 比如 C r 、 C u 、 Z n在 水泥水化中， 重金属离子协同钙离子形成双重氢氧化物 ， 比如 C a 2 C r ( O H) 7 3 H 2 0， C a 2 ( O H) 4 4 C u ( OH) 2 2 H 2 0和 C a Z n 2 ( OH) 6 2 H O， 而重金属在水化产物中会以物理吸附、 化学吸附、 沉淀、 离 子交换、 钝化、 络合、 固溶等机制稳定， 在不同形态下的重金属离子 的浸 性不同 。 王涛在研究了城市垃圾焚烧灰中重金属存在的 化学形态， 认为垃圾焚烧灰中重金属离子以可交换离子态、 碳酸盐 结合态、 铁锰氧化物结合态、 硫化物及有机结合态、 残渣态存在， 而 重金属离子在不同化学态的时候其浸出性是不同的8 1 。 3结 论 ( 1 ) 在p H值等于3时， 废弃混凝土粒径在 1 n l n l 以上时重金 属随着粒径增加， 浸出性减小； 当粒径减小到0 1 5 i ra以下时， 重 金属的浸出不随粒径的减小而增加， 粒径对浸出性无明显影响。 ( 2 ) 在不同p H值时 ， 废弃混凝土随着浸出液 p H值的减 小， 废弃混凝土中重金属离子的浸出量不同程度的增加 ， 粒径 大于 1 mi l l 时这种效果更明显。 2 0 3结论 ( 1 ) 在侵蚀和冻融循环交替作用下 ， 随着冻融循环次数增 加， 试件侵蚀程度加大， 边、 角少量细骨料外露， 表观变化不明显。 ( 2 ) 冻融循环次数达到3 0 0 次时， 试件的质量损失率为 0 2 8 。 ( 3 ) 当冻融循环次数达到 3 0 0次时， 海水冻融循环试件的 相对动弹模量基本保持不变。 ( 4 ) 随着冻融循环和海水浸泡次数的增加， 引气混凝土试件的 抗压强度持续降低， 在3 0 0 次时， 试件的抗压强度下降了1 1 1 6 。 参考文献： 1 慕儒， 缪昌文， 刘加平， 等 氯化钠、 硫酸钠溶液对混凝土抗冻性的影 响及其机理 硅酸盐学报， 2 0 0 1 ， 2 9 ( 6 ) ： 5 2 3 5 2 9 2 J2 覃丽坤， 宋玉普， 等冻融循环对海水中混凝土抗压性能的影响【 J J 混 凝土 ， 2 o o 4 ( 1 ) ： 1 6 1 8 【 3 王军强， 等混凝土中冻融循环和氯离子侵蚀的耦合效应试验研究叨 混凝土， 2 0 0 8 ( 1 1 ) 【 4 】 关宇刚， 孙伟 高强混凝土在冻融循环与硫酸铵侵蚀双因素作用下 的交互分析 J 工业建筑， 2 0 0 2 ， 3 1 ( 2 ) 5 】AS T M C 6 6 6 C 6 6 6 M- - -0 3 ， S t a n d a r d t e s t m e t h o d f o r r e s i s t a n c e o f c o n c r e t e t o r a p i d f r e e z i n g a n d t h a w i n g S A n n u a 1 B o o k o f A S T M S t a n d a r d s Vo i 0 40 2， AS TM ， P h i l a d e l P h i 6 1 G B F 5 0 0 8 2 -2 0 0 9 ， 普逦昆 )； ；暮 土长期性能和耐 1生 能试验方法标准【 s J 7 】 郑晓亍， 刁波， 等 混合侵蚀与冻融循环作用下混凝土力学性能劣化 机理研究 J 1 _建筑结构学报， 2 0 1 0 ， 3 1 ( 2 ) ： 1 1 1 - 1 1 6 作者简介 联系地址 联系电话 周煜( 1 9 8 6 一 ) ， 男， 硕士研究生。 北京市北京航空航天大学工程训练中心东配楼土木系 4 1 9 室( 1 0 0 1 9 1 ) 1 5 21 0 9 8 7 7 2 0 ( 3 ) 在同一 p H值和粒径时， 不同重金属元素浸出性不同， P b和 z n易浸出， c r 和 Ni 不易浸出， 总体表现为 Z n P b C u Cd Cr Ni 。 参考文献： 1 】1 L OP E Z - G A Y AR R E F ， S E R N A P I n f l u e n c e o f r e c y c l e d a g g r e g a t e q u a l i t y a n d p r o p o r t i o n i n g c r i t e ri a o n r e c y c l e d c o n c r e t e p r o p e r t i e s J Wa s t e M a n a g e m e n t ， 2 0 0 9 ( 2 9 ) ： 3 0 2 2 3 0 2 8 2 】C HE N Q Y， T Y R E R M， HI L L S C D， e t a 1 I mm o b i l i s a t i o n o f h e a v y m e t a l i n c e m e n t - b ase d s o l i d i fi c mi o s t a b i l i s a t i o n ： A r e v i e w J Wast e Ma n a g e m e n t ， 2 0 0 9 ( 2 9 ) ： 3 9 0 - 4 0 3 【 3 水中和， 曹蓓蓓， 等废弃混凝土再生利用技术及其发展前景【 J l _ 中国 建材科技， 2 0 0 6 ， 1 5 ( 3 ) ： 8 - 1 l _ 4 】 李橙， 刘建国， 等 的动态漫出行为研究叫 环境科学， 2 o o 8 ( 3 ) ： 8 3 1 8 3 7 5 】E N G E I S E N C J ， V A N D E R S L OO T H A， B E T O E G， e t a 1 R e l e a s e o f ma j o r e l e me n t s f r o m r e c y e l e d c o n c r e t e a g g r e gat a n d g e o c h e mi c a l m o d e l i n g J C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h 。 2 0 0 9 ( 3 9 ) ： 4 4 每 5 9 6 】MUR A T M， S O R R E N T I N O LE ff e e t o f l arg e a d d i t i o n s o f C d ， P b ， C r ， Z n ， t o c e me n t r a w me a l o n t h e c o mp o s i t i o n a n d t h e p r o p e r t i e s o f t h e c l i n k e r a n d t h e c e m e n l J C e me n t a n d C o n c r e t e Re s e a r c h ， 1 9 9 6 ， 2 6 ( 3 ) ： 3 7 7 - 3 8 5 7 】L I X D， P O O N C S ， S U N H， e t a 1 He a v y me t a l s p e c i a t i o n a n d l e a c h i n g b e h a v i o r s i n c e m e n t b a s e d s o l i d i fi e d s t a b i l i z e d wa s t e m a t e ri a l s J J o u r h al o f H a z ard o u s Ma t e ri als 。 2 0 0 1 ( 8 2 ) ： 2 1 5 2 3 0 8 】 王涛， 刘廷凤， 等 城市垃圾焚烧飞灰中重金属的形态及酸浸出性研 究 J 环境化学， 2 0 0 7 ， 2 6 ( 5 ) ： 6 5 8 6 7 2 作者简介： 崔素萍( 1 9 6 4 一 ) ， 女， 教授， 博士生导师， 主要研究方向： 高 性能水泥、 生态建材、 固体废弃物处理。 联系地址： 北京市朝阳区平乐园 l oo 号 北京工业大学材料科学与工 程学院 3 1 5 办公室( 1 0 0 1 2 4 ) 联 系电话 ： 1 5 2 1 0 9 3 7 5 9 7 8 6 4 2 O 8 6 4 2 0 一 旦 捌 善 哩 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m