硫酸盐腐蚀对混凝土强度的影响研究.pdf

2 0 1 5年第 4期 ( 第4 3卷) 黑龙江水利科技 H e i l o n g j i a n g S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y o f Wa t e r C o n s e r v anc y N o 4 2 O1 5 ( T o t a l N o 4 3 ) 文章编号 ： 1 0 0 77 5 9 6 ( 2 0 1 5 ) 0 4 0 0 2 50 2 硫酸盐腐蚀对 混凝土强度 的影 响研究 杨冬鹏 ( 1 东北大学， 沈 阳 1 1 0 0 0 4 ； 2 辽宁省水利水 电勘测设计研 究院， 沈 阳 1 1 0 0 0 6 ) 摘要： 为了研究不同浓度硫酸盐以及腐蚀时间对混凝土力学性能的影响， 在不同浓度硫酸盐 溶液中对混凝土进行腐蚀 ， 对不同腐蚀时间的混凝土进行单轴抗压试验 ， 研究了硫酸盐腐蚀过 程中， 混凝土抗压强度的变化 ， 结果表 明： 在同一浓度硫酸盐溶液腐蚀过程 中， 随腐蚀时间增 加， 混凝土单轴抗压强度先增加后减少； 在腐蚀前期 ， 硫酸盐浓度越高， 混凝土强度越高； 在腐 蚀后期 ， 硫酸盐浓度越低， 强度越高。 关键词 ： 混凝土强度； 硫酸盐； 腐蚀方法 ； 腐蚀时间； 单轴抗压试验 中图分类号： T U 5 2 8 文献标识码： B 我国正在进行大规模 的混凝 土工程建设 中， 对 混凝土的安全性能和使用性能提出更高的要求。然 而随着混凝土结构使用环境的 日益恶化， 环境因素 中温度、 湿度、 水位变化和酸碱盐等腐蚀介质的侵 蚀 ， 导致混凝土工程过早地 出现老化危 害问题 ， 已逐 渐引起土木工程界的普遍关注。硫酸盐通过地下 水和空气扩散 到混凝 土中 ， 导致混凝 土材料发生损 伤 、 开裂 。混凝 土损伤后 ， 抗 压强度会降低 ， 严重影 响混凝土的耐久性。因此如何 预防和减轻硫酸盐对 混凝土的腐蚀破 坏、 提高混凝土 的使 用寿命将具有 十分重要的意义。本文在试验的基础研究了腐蚀液 的浓度、 养护时间对混凝土抗压强度影响。 1 试样的制备 参照 S L 3 5 2 -2 0 0 6 水工混凝土试验规程 ， 共 制作试样 4 0组 ， 尺寸为1 5 0 m m1 5 0 mm1 5 0 m m， 其 中混凝土材料用量见表 1 。 表 1 混凝土试件材料用量表 2 腐蚀方法 采用实验室加速腐 蚀 的试验方法 ， 配制质量浓 度分别为 0 ， 5 ， 1 0 ， 1 5 的 A、 B、 C、 D共 4组硫 酸钠溶液 ， 将制备好 的试样在标准养护条件下养 护 7 d 后 ， 浸泡在配制好 的溶 液 中， 不 同浓度硫酸钠溶 液中浸泡 1 0 组试样， 之后放置在标准养护室中进行 养护 。 3 试验方法 加载试验在辽宁省水利水电勘测设计研究院的 电液伺服压力机上进行的， 加载速率为0 5 M P a s 。 4 实验结果 分别将在 4 种不同浓度的硫酸钠溶液中养护的 试样， 在腐 蚀0 d 、 3 0 d 、 6 0 d 、 9 0 d 、 1 2 0 d 、 1 5 0 d 、 1 8 0 d 、 2 4 0 d 、 2 7 0 d 后 进 行 单 轴 抗 压试 验 ， 结 果 如 表 2 。 表 2 不同浓度的硫酸钠溶液腐蚀的 试样在不 同腐蚀时间的抗压强度 硫酸钠浓度 O 5 l 0 l 5 5 结果分 析 5 1 混凝土单轴抗压强度 与养护时间 以及硫酸盐 收稿 日期 2 0 1 5 0 1 0 7 作者简介 杨冬鹏( 1 9 8 1 一) ， 男， 辽宁阜新人， 工程师。 一 2 5 一 删 删 剐 删 玳 删 引 删 蚍 刚 i 5 7 她姓拽记 叫 引 2 0 1 5年第4期 ( 第4 3卷) 黑龙江水利科技 H e i l o n g j i a n g S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y o f Wa t e r C o n s e r v a n c y No 4 2 0l 5 ( T o t a l N o 4 3 ) 浓度 的关系 不同浓度硫酸钠溶液腐蚀 的混凝土强度与龄期 的关 系如图 1 ， 在硫酸钠浓度为 0的溶液 中养护 的混 凝土强度随时问的推移 ， 强度逐渐增加 ， 在 0 5 0 d 内强度迅速增长 ， 5 01 5 0 d 内， 混凝 土强度 增长缓 慢 ， 1 5 0 d 以后混凝土强度又开始快速增长 O S O l 舶 1 5 O 2加 2 5o 5 囊憧时弼， d 图 1 在 4组不同浓度硫酸盐溶液中腐蚀的 混凝土强度与腐蚀时间的关系图 从 图 1中可 以发现 ， 混凝土试样 的抗 压强度随 时间的变化趋 势分为 3个 阶段 ， 在硫 酸钠浓度 为 0 的溶液中腐蚀 的试样 ， 随着养护时间的增加 ， 抗压强 度呈增加趋势 ， 在第一阶段 内 ， 混凝土试样的抗压强 度随时间增加而快速增长； 在第二 阶段 内， 混凝土试 样 的抗 压强度随时间增加而缓慢增 长； 在第三 阶段 内， 混凝土试样 的抗 压强度随时间增加而基本保持 不变 。在浓度 为 5 、 1 0 、 1 5 硫酸钠溶液中腐蚀 的混凝土试样 的抗压强度 与时间的关系为 ： 在第一 阶段 内， 混凝 土试 样的抗压强度随时 间增加 而快速 增长； 在第二阶段内， 混凝土试样 的抗压强度随时间 增加而缓慢增长； 在第三阶段 内， 混凝土试样 的抗压 强度随时间增加而逐渐减低 。 在第一阶段内， 4组溶液中腐蚀的混凝土试样强 度均随时间增 加而快 速增长 ， 这是 因为水 泥发生水 化发生反应 ， 强度增加 ， 还可以发现混凝土试样强度 与硫酸钠溶液浓度成正 比， 这是 因为 硫酸盐腐蚀产 物石膏和钙矾石会填充混凝土的缝 隙使得混凝土更 加密实， 强度增加。硫酸盐浓度越高 ， 腐蚀混凝土的 缝隙中充填的产物越多 ， 强度越高。 在第二阶段 内， 混凝土试样 的抗 压强度随时 间 增加而缓慢增长 ， 一方面水泥水化反应继续进行 ， 增 加混凝土 的强度 ， 这是强度增加 的有利因素 ； 另一方 面随着腐蚀的不断进行 ， 混凝 土中生成 的腐蚀产物 体积开始膨胀 ， 造成 的晶体压力超过混凝土 的抗拉 强度使之开裂 ， 这会降低混凝 土的强度 ， 这是强度增 一 2 6 一 加的不利因素。在这个 阶段 中， 强度增加 的有利 因 素要强于不利因素 ， 因此强度随时问缓慢增加 ， 但是 有利因素逐 渐减 弱 ， 不利 因素逐 渐增 强。硫酸盐 的 浓度越低 ， 第二阶段维持 的时 间越长 ， 相反， 硫酸盐 的浓度越高， 混凝土的最大强度越大。 在第三阶段 内， 混凝土强度增加 的不利 因素要 强于有利 因素 ， 混凝土 的强度 随时 间增 加 而降低。 硫酸盐浓度越高， 产生的腐蚀产物越多， 由膨胀而产 生的开裂也就越多， 因此强度降低的也就越多。 5 2强度与应变关系 图 2给出了混凝土在硫酸盐浓度为 1 5 溶液腐 蚀的不同时期的应力 一应变曲线 ， 3条曲线分别腐蚀 0 、 9 0 、 2 7 0 d ， 分别代表腐蚀前期、 中期、 后期的典型应 力 一 应变关系。可以发现， 随着腐蚀时间的增加， 混 凝土的弹性模量先增加后减小 ， 峰值应变先减小后 增加 ， 这与强度变化关系一致 ， 所以说适 当浓度 的硫 酸盐腐蚀 ， 可以增加混凝土的前期腐蚀。 W I 1 应变 图 2 混凝土在不 同腐蚀时间的应 力 应变曲线 6 结论 综上所述， 得到以下结论： 在硫酸盐对混凝土 的腐蚀前期， 由于腐蚀产物， 会增加混凝土的强度， 硫酸盐浓度越高增加效果越 明显 ； 在硫 酸盐对混 凝土的腐蚀 中期 ， 混 凝土强度随时间增 加而缓慢增 加 ， 硫酸盐浓度越低 ， 增加时 间越长 ， 但 混凝土的最 高强度越低 ； 在硫酸盐对混凝 土的腐蚀 后期 ， 混凝 土强度随时间增加而迅速降低 ， 硫酸盐浓度越高 ， 混 凝土强度越低越明显； 适 当浓度 的硫酸盐环境 ， 有 利于提高混凝土的力学性能 。 参考文献 ： 1 马孝轩 我国主要土壤对混凝土材料腐蚀性分类 J 混 凝土与水泥制品， 2 0 0 3 ， 6 ( 1 2 ) ： 67 2 卢木 混凝土耐久性研究现状和研究方向 J 工业建 筑 ， 1 9 9 7 ， 2 7 ( 0 5 ) ： 1 6 的 蚰 帕 骑 m o 龟 乏囊精出 嚣料刊瓣聪