冻融循环作用下混凝土的硫酸盐应力腐蚀特性.pdf

第 3 2卷 第 6期 2 0 1 0年 1 2月 土 木 建 筑 与 环 境 工 程 J o u r n a l o f C i v i l 。Ar c h i t e c t u r a l& En v i r o n me n t a l En g i n e e r i n g VoL 3 2 NO 6 De c 2 01 0 冻融循环作用下混凝土的硫酸盐应力腐蚀特性 张云清 ， 余 红发 ， 孙 伟 ， 张建业。 ( 1 南京航空航天大学 土木工程 系， 南京 2 1 0 0 1 6 ； 2 东南大学 材料科 学与工程 学院，南京 2 1 1 1 8 9； 3 中国土木工程集 团有限公 司， 北京 1 0 0 0 3 8 ) 摘 要 ： 在质量分数为 5 0 的 Mg S O 溶液条件 下， 采用快 冻法和常温腐蚀方法研 究了高强混凝 土 ( Hi g h S t r e n g t h C o n c r e t e ， HS C ) 、 大掺 量矿 物掺 合 料 混凝 土 ( Hi g h - Vo l u me Mi n e r a l Ad mi x t u r e C o n c r e t e ， HVMAC ) 和 综 合 运 用 引 气 剂 、 高效 减 水 剂 、 混 杂 纤 维和 膨 胀 剂 技 术 的 高耐 久性 混 凝 土 ( Hi g h Du r a b l e C o n c r e t e ， HD C) 的应 力腐蚀 行 为 。结 果表 明 ： 无 论是 常 温 条件 还是 冻融循 环 条 件 ， 混 凝土在 应 力腐 蚀 作 用下 的相 对 动弹性 模 量要 经 历 强化 和劣 化 2个发展 阶段 ， 强化 和 劣化 阶段 的 时间长度 与 实验 温度 条件 密切 相 关 。冻 融循 环 作 用 显 著加 速 了混 凝 土 的 硫 酸 盐应 力腐 蚀 破 坏 进 程 ， HS C在 冻 融循环 作用 下应 力腐蚀 的 强化段 和劣化 段 的 时 间长度 比 常温 条件 的 相应 时间 长度 分 别压 缩 了 9 6 和 8 8 以上 ， HVMAC的 劣化段 时 间长度 则 压 缩 了 9 8 ， 而 HDC压 缩 了 7 1 。在 冻融循 环作 用 下 ， HDC发 生应 力腐 蚀破 坏的 冻融循 环 次数 分 别 比 HS C和 HVMAC延 长 了 1 。 5倍 和 1 3 倍 ， 因此 ， 在 中国寒冷地 区， HDC表现 出更强 的抗硫 酸盐应 力腐 蚀 能力 。 关键词 ： 混凝 土 ； 化 学腐 蚀 ； 应 力腐蚀 ； 冻融循 环 ； 相 对动 弹性模 量 中图分 类号 ： TU5 2 8 文 献标志 码 ： A 文 章编 号 ： 1 6 7 4 - 4 7 6 4 ( 2 0 1 0 ) 0 6 0 1 4 7 0 6 S t r e s s Co r r o s i o n o f Co nc r e t e Ex p o s e d t o t h e Ac t i o n o f Fr e e z i ng - t h a wi n g Cy c l e s ZHANG Y u n qi n g ， Y U Ho n g f a ，SUN W ei ，ZHANG J i a n y e。 ( 1 De p a r t me n t o f Ci v i l En g i n e e r i n g，Na n j i n g Un i v e r s i t y o f Ae r o n a u t i c s a n d As t r o n a u t i c s ，Na n j i n g 2 1 0 0 1 6， P R Ch i n a ； 2 S c h o o l o f Ma t e r i a l s S c i e n c e a n d En g i n e e r i n g，S o u t h e a s t Un i v e r s i t y，Na n j i n g 2 l 1 1 8 9， P R Ch i n a ； 3 Ch i n a C i v i l En g i n e e r i n g Co n s t r u c t i o n Co r p o r a t i o n，Be i j i n g 1 0 0 0 3 8 ， P R Ch i n a ) Ab s t r a c t ：Thr ou g h t he me t h od o f a c c e l e r a t e d f r e e z i ng t h a wi n g a nd r o o m t e mp e r a t u r e c o r r o s i o n，t he s t r e s s c o r r o s i o n o f t h r e e k i n d s o f c o n c r e t e s S U b i e c t e d t o 5 0 Mg S O4( i n ma s s )s o l u t i o n wa s s t u d i e d Th e c on s i de r e d c o nc r e t e s i nc l ud e H i g h S t r e n gt h Co nc r e t e( H SC)， Hi g h Vol u m e M i ne r a l Ad mi xt u r e Co nc r e t e ( H VM AC) a n d Hi gh Du r a b l e Co nc r e t e ( H DC)a dd e d wi t h hi gh v o l u m e mi ne r a l a d m i xt u r e，a i r e nt r a i n i ng a ge nt ，s u pe r p l a s t i c i z e r ，f i be r s a nd e x pa n s i on a ge nt The r e s u l t s s ho we d t h a t t he r e l a t i v e d y na mi c e l a s t i c mo d u l u s o f c o n c r e t e we n t t h r o u g h s t r e n g t h e n a n d d e t e r i o r a t i o n s t a g e s S U b j e c t e d t o s t r e s s c o r r o s i o n， whe t he r t he r o o m t e m p e r a t u r e o r f r e e z i ng a nd t h a wi n g c o nd i t i on s The l e n gt h o f t i m e o f t he s e t WO s t a ge s a r e c l o s e l y r e l a t e d wi t h t he e xp e r i me n t a l t e m p e r a t u r e Fr e e z i ng a nd t ha wi ng a c t i o n s i gn i f i c a n t l y a c c e l e r a t e d t he p r o c e s s o f s u l p ha t e s t r e s s c o r r o s i o n da ma g e Und e r t he a c t i o n o f f r e e z i ng a n d t ha wi n g，s t r e s s c o r r os i o n 收稿 日期 ： 2 0 1 0 0 4 2 0 基金项 目： 国家重点基础研 究发 展计 划 9 7 3计 划 ( 2 0 0 9 C B 6 2 3 2 0 3 ) ； 江苏 省 自然科 学基 金前 期预 研项 目( B K 2 0 0 5 2 1 6 ) ； 2 0 0 8年江苏省“ 六大人才高峰” 高层次人才项 目和南京航空航天大学博士生创新基金( B C X J 0 7 0 4 ) 作者 简介： 张云清( 1 9 7 7 一 ) ， 女 ， 博士生 ， 主要从事 混凝 土结构耐久性设计研究 ， ( E - ma i l ) z h a n g y u n q i n g n u a a e d u c n 。 余 红发 ( 联系人) ， 男 ， 教授 ， 博 士 ， 博 士生 导师 ， 主 要从 事 混凝 土结 构 耐久性 设计 研究 ， ( E ma i l ) y u h o n g f a nua a e du c n 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 4 8 土 木 建 筑 与 环 境 工 程 第 3 2 卷 s t r e ng t he ni ng t he pe r i o d l e ng t h o f H S C s ho r t e r 96 ，d e t e r i o r at i o n s e c t i o n o f t he l e n gt h of t i me s ho r t e r 8 8 ，c o mp a r e d wi t h t h e l e n gt h o f t i m e a t t he c o r r e s p on di n g r oo m t e m p e r a t u r e De t e r i o r a t i o n s e c t i on o f t h e l e ng t h o f t i me o f H VM AC i s r e du c e d h y 9 8 ，whi l e t he H DC r e d uc e d hy 7 1 The e f f e c t o f f r e e z i ng a n d t ha wi n g，HDC f r e e z i n g t ha wi ng c yc l e s whe n t h e s t r e s s c o r r o s i o n d a ma g e o c c ur r e d we r e l on ge r 1 5 t i me s a n d 1 3 t i m e s t ha n t he HSC a nd HVM ACThu s i n t h e c o l d r e gi on sH DC s ho we d mo r e r e s i s t a n c e t o s u l f a t e s t r e s s c o r r o s i o n Ke y wo r d s：c o nc r e t e，c h e mi c a l c o r r o s i o n，s t r e s s c or r o s i on，f r e e z i ng t h a wi ng c y c l e s，r e l a t i v e d y na mi c e l as t i c mod 1 】 1 I 1 S 混凝 土的 耐久 性 问题 一直 是 人 们 关 注 的热 点 ， 但是 研究 多集 中 于单 一 耐久 性 因素 的 作用 ， 实 际混 凝土 结构往 往处 于 2 个 或者 2个 以上 因素 的耦 合作 用 ， 其 中至少 包含 外部荷 载 的应力作 用 ， 目前 大 量 的 无应 力状态 下 的耐 久性 成果并 不能 合理 反 映结构 所 处 的状态 。1 9 6 0年 前 苏 联 有 文 献 1 报 道 了混 凝 土 的压应 力腐蚀 和拉 应力 腐蚀 。张 志兴等 口 通 过实 验 发现 ， 外部应 力 对 混 凝 土 在 5 0 硫 酸铵 溶 液 中 的 化学腐 蚀具有 加速作 用 。林 毓 梅等 一 研 究混 凝土 的 硫酸盐应力腐蚀 ， 指出应力促进 了混凝土的腐蚀膨 胀 ， 混凝土结 构 同 时存 在 内部 腐 蚀 损 伤 和 外部 应 力 的负 面效 应 。慕儒 等 则 关 注 了高 强 混凝 土 的硫 酸盐 应力腐 蚀 问题 ， 发 现 应 力越 大 ， 腐蚀 作 用 越 强 。 陈拴 发等 研 究 了粉 煤灰 混凝 土 的硫酸 盐应 力腐 蚀 特性 ， 发现掺 加 粉煤 灰 可 有效 地 提 高 混 凝 土 的抗 应 力腐蚀能力。这些基于常温条件下的应力腐蚀研究 成果 ， 虽然极 大地 丰富 了混凝 土 的化 学腐 蚀 理 论 体 系， 但是在我 国存在冻融循环破坏作用的华北滨海 盐渍 土和西 北硫 酸 盐盐 渍土 环 境 中 ， 仍 然难 以得 到 实际 应用 。余 红 发 等 。 。 纠进 行 的调 查 研 究 表 明 ， 西 部盐 渍土地 区 的混 凝 土结 构 因受 到外 部 荷 载 、 冻 融 循 环 和 化学 腐 蚀 作 用 ， 服 役 3 5年 就 遭 受 严 重 破 坏 。因 此 ， 选 取 冻 融 循 环 、 3 5 外 部 弯 曲 应 力 和 5 0 Mg S O 溶液 化学 腐 蚀 为耐 久 性 因 素 ， 进 行 常 温和 冻融循 环作 用 下 的 腐蚀 试 验 ， 研 究 高强 混 凝 土 ( Hi g h S t r e n g t h C o n c r e t e ， HS C) 、 大掺 量 矿 物 掺 合 料 混凝土(Hi g h v o l u me mi n e r a l a d mi x t u r e c o n c r e t e ， HVMAc ) 和综 合运用 引气剂 、 高效 减水 剂、 混杂 纤 维 和 膨 胀 剂 技 术 的高 耐 久 性 混 凝 土 ( Hi g h Du r a b l e C o n c r e t e ， HD C) 的应力腐蚀规律及 其 与冻融循 环条 件之 间的规律 性 。 1 实验 1 1 原 材料 采用 江 苏嘉 新 京 阳 水 泥 厂 生 产 的 P 1 I 5 2 5 R 硅 酸盐水 泥 ， 化学成 分见 表 1 。镇 江产风 选 1 级 粉煤 灰 ( F l y a s h ，F A) ， 细度 6 8 ， 含 水率 0 0 4 ， 需 水 量 比 9 3 。江 苏 江 南 粉 磨公 司 的 $ 9 5级 磨 细 矿 渣 ( S l a g ， S G) ， 比表 面积 4 6 1 m k g 。埃 肯 国 际 贸 易 ( 上 海 ) 有 限公 司提供 的埃 肯牌 微硅 粉 ( S i l i c a F u me ， S F ) ， 平 均粒径 为 0 2 , m。安 徽 巢 湖速 凝 剂 总 厂生 产 的 铝 酸 盐 混 凝 土 膨 胀 剂 ( Al u mi n a t e E x p a n s i v e Ag e n t ， AE A) ， F A、 S G、 S F和 AE A 的化 学成分 见表 1 。南京 产黄砂 ， 表 观密度 2 5 0 0 k g m。 ， 堆 积 密度 1 6 1 5 k g m。 ， 含 泥量 1 0 ， 细度模 数 2 7 2 ， 属于 区 级 配 ， 中砂 。南 京 六 合 产 玄 武 岩 碎 石 ， 最 大 粒 径 1 0 mm， 表观密度 2 8 2 0 k g m。 ， 堆积密度 1 4 3 5 k g m。 ， 含 泥量 0 3 0A ， 针 片 状 颗 粒 含 量 1 1 4 ， 压 碎 指 标 6 ， 基本 属于 5 1 0 mm 连续 级 配 。常 州市 天怡 工 程 纤维有 限公 司 生产 的束 状 单 丝 聚丙 烯 纤 维 ， 密 度 0 9 1 g m。 ， 长度 1 9 mm， 直径 0 0 4 8 mm， 弹性 模 量 3 5 G P a 。北京 海 达工 顺 科 技有 限公 司 生产 的工 顺牌 GS 一 2 0 0 5 3哑铃 型钢纤 维 ， 长度 2 O mn l ， 等 效直 径 0 4 5 mm， 长径 比 4 4 4 ， 弹性 模量 2 0 0 GP a 。上海 华登 外加 剂 厂 生 产 的 HP 4 0 0 R 型 聚 羧 酸缓 凝 高 效 减 水剂 ， 减 水率 3 O 以上 ， 无 氯 离子 ， 碱 含 量小 于减 水 剂干 重 的 1 。江 苏 省 建 筑 科 学 研 究 院 生 产 的 J M B型 萘 系 高 效 减 水 剂 ， 减 水 率 达 2 O 以 上 ， Na S O 含 量小 于 2 ， 氯 离子含 量小 于 0 0 1 。江 苏省建筑科学研究院生产的液体 J M一 2 0 0 0 c 高效引 气剂， 推荐掺量为万分之 0 5 1 0 。 表 1 原材料化学成分 ( Wt t ) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 6 期 张 云清 ， 等 ： 冻 融循 环 作 用下混凝 土 的硫 酸 盐应 力腐蚀特 性 1 4 9 注 ：Fl y a s h F A；S l a g S G；SF S| l i c a f u me；AEA -Al u mi n a t e e x p a n s i o n a g e n t 1 2混 凝土 配合 比 实验 制 备 了 HS C、 HVMAC 和 HD C， 其 中 ， HS C掺 加 了 2 O F A， 水 胶 比为 0 4 3 ； HVMAC掺 加 了 4 O F A、 l 0 S G 和 5 S F， 水 胶 比为 0 2 3 ； HD C 是 在 HVMAC 基 础 上 引 气 、 并 掺 加 1 0 AE A， 同 时 运 用 混 杂 纤 维 ( 0 1 聚 丙 烯 纤 维 + 0 7 钢纤 维) 增 强技 术 ， 水胶 比为 0 2 4 。表 2是不 同混凝 土 的配合 比和 基本 性 能 ， 矿 物 掺 合料 和外 加 剂 的计量 采用 总 胶 体 材料 的质 量 比， 纤 维 的计 量 采 用 混凝 土混凝 土 的体 积 比， 2 8 d抗 压强 度 的 立方 体 试件边长为 1 0 0 mm， 耐久 性试件为标准养护 2 8 d 的 4 0 mm4 0 mm1 6 0 mm棱柱体。 表 2混凝土的配合 比和性能 注 ：( 1 ) J M B t y p e S u p e r p 1 a s t l c i z e r ； ( 2 ) HP 4 0 0 R t y p e S u p e r p l a s t i c i z e r ； HS C Hi g h s t r e n g t h c o n c r e t e ； HVMAC 一 Hig h v o l u me mi n e r a l a d mi x t u r e c o n c r e t e ； HDC Hi g h d ur a b l e c o nc r e t e，wi t h o 1 p o l y p r o p y l e n e fib e r ，0 7 s t e e l f i b e r a n d 0 0 0 8 J M 2 0 0 0 c t y p e h i g h r a n g e a i r e n t r a i n i n g a g e n t 1 3实验 方法 常温腐蚀实验在 实验室 内的塑料 腐蚀池 中进 行 ， 室 内温 度 范 围控 制 在 2 0 5 。冻 融 循 环 实 验执行 GB J 8 2 8 5 普 通混 凝 土 长期 性 能和 耐 久性 能实验 方法 中的 “ 快 冻 法 ” ， 冻 融 设 备 采 用 C DR 一 2 型混 凝 土快速冻 融试 验机 。试件 中 心温 度分 别控 制 在 一1 7 2 v C和 8 。 C2 。在 腐 蚀 实 验 周 期 内， 每天进行 6次冻融循环次数 。腐蚀介质为质量浓度 5 0 的 Mg S O 溶液。应力腐蚀 的加载装置采用慕 儒等 设计 的双 弹簧加 载架 ( 图 1 ) ， 每组 加载 3个 试 件 ， 施 加 的弯 拉应力 比、 即弯 曲应力 与破 坏 应力 的 比 值为 0 3 5 。测试 参 数是 试 件 的相 对 动 弹性 模 量 ， 采 用 NM一 4 B型非 金属 超 声波 检 测 分 析仪 测 定 混 凝 土 试 件 的动弹性 模量 ， 混凝 土 的相 对动 弹性 模 量 E 可 用 下式计 算u ： 一 旦 一 2 E 。 ： 其 中 ， E 。 和 。 分 别 为混凝 土实验 前 的初始 动弹性 模 量和超 声波速 度 ， E 和 分别 为混凝 土经 过一 定腐 蚀阶段 或者冻 融循 环次数 的动 弹性 模量 和 超声 波速 度。 当相对动弹性模量下降到 6 O 9 5或者发生脆性断 裂 时 ， 认 为混凝 土试 件发 生 了耐 久性破 坏 。 图 1 试件加载装置 2 结果与讨论 2 1 冻 融循环 对 H S C应力腐 蚀 的影响 规律 图 l 是 HS C在常 温 和 冻 融循 环 作 用 下 应 力腐 蚀过程 中的相 对 动 弹性 模 量 变 化 规 律 。 由图 可见 ， 在 5 0 9 6 Mg S O 溶液的应力腐蚀作用下 ， 无论是常 温条件还是冻融循环条件 ， HS C的相对动弹性模量 的变 化要 经历 2个 发 展 阶段 ： 强化 段 和劣 化 段 。在 腐蚀实验的初期， 因腐蚀产物在混凝 土毛细孔 内部 的填充密实效应 以及 F A 的火 山灰活性水化效应 ， 混凝土试件都存在相对动弹性模量的增长阶段 ， 对 于常温应密腐蚀， H S C达到最高相对动弹性模量 。 一 一 一 一 一 。 一 _。 吼 蟠 跎 强 吼 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 5 O 土 木 建 筑 与 环 境 工 程 第3 2 卷 l 1 5 时 ， 这种 初期 强化段 的时 间长度 为 1 0 5 d ； 对 于 冻融循 环下 的应 力腐 蚀 ， 达 到 最 高 相对 动 弹 性 模 量 1 1 3 的初期强化段 的时间长度是 2 7次冻融循环 ， 相 当于 4 5 d 。 当混凝 土 试 件达 到 最 高相 对 动 弹 性 模 量之后 ， 随着 应 力 腐 蚀 实验 进 入 劣 化 段 。在 劣 化 段 ， 混凝土相对动弹性模量的降低速度与温度条件 有 密切 的关 系， 在 常温 条件下 的降 低速 度 比较 缓慢 ， 而 且在 3 0 0 d 之 后 出现波 动性下 降 ， 在 6 0 0 d时其 相 对 动 弹 性 模 量 降低 到 了 8 9 ， 还 没 有 达 到 破 坏 指 标 ； 在冻融 循环 作用 下 ， 相对 动 弹 性 模 量快 速 下 降 ， 在 4 2 5次冻 融循环 ( 对应 于 7 1 d ) 时 下降 到 6 3 ， 随 后混凝 土试 件很 快 发 生 了断裂 破 坏 。分 析 表 明 ， 混 凝土应力腐蚀进入劣化段 的发展 结果 ， 就是混凝土 发生 耐久 性 破 坏 ， 因 而 ， 混 凝 土 发 生 劣 化 的 速 度 越 慢 ， 从 开始 劣化到破 坏 的时问 长度就 越 长 ， 混 凝 土 的 耐久性 就越好 。 1 i 至 l 芝 蕞 罨 簧 至 0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 腐蚀时 【1冻融循环， 6 次 图 1 H S C在 常温和冻融循环作用下应力腐蚀 过 程 中 的 相 对 动 弹性 模 量 变化 上述 实验 结果 表 明 ， HS C在 快 速冻 融循 环 作 用 下 ， Mg S O。 应力 腐蚀 的强化段 和 劣 化段 的 时 问长度 比常 温 条 件 的 相 应 时 间 长 度 分 别 压 缩 了 9 6 和 8 8 以上 ， 因此 ， 冻 融 循 环 作 用 大大 地 加 剧 了 HS C 在 5 0 Mg S O 溶 液条 件 下 的应 力 腐蚀 破坏 进 程 ， 其破 坏机理 是 ： 混 凝土结 构 内部存在 界 面 、 孔 隙 等原 生 微裂缝 ， 外加 应 力 在混 凝 土结 构 内部 引 发 新 的微 裂 纹 ， 并 使原 生 微 裂 纹 扩 展 和相 互 连 通 ， 成 为一 个 空问微 裂纹 网络 ， 硫 酸 盐腐 蚀 产 物 在 微裂 纹 面上 和裂 尖处结 晶生长 、 结 晶应力 ， 从而 推动 微裂 纹 的继 续 扩展 、 最 终导 致 混 凝 土 的脆 性 破 坏 。 当应 力腐 蚀 发 生在冻 融循 环 的温 度 环境 中 ， 混 凝 土 内部 微裂 纹 网络的裂纹面和裂尖同时存在了腐蚀产物的结晶应 力 、 冻融循环时溶液结冰的冻胀力 。 。 的疲劳作用 。 2 2 HV MA C在 常温 和 冻 融 循 环 作 用 下 的应 力腐 蚀 特性 图 2是 HVMAC在常温和冻融循环作用下应 力 腐蚀过 程 中的相对 动弹性 模量 变化 规律 。由 图可 见 ， HVMAC在 5 0 Mg S O 溶液 的应 力腐 蚀 过 程 中 的相 对动 弹性模 量规 律与 HS C类 似 ， 同样存 在 强 化段 和劣 化 段 。HVMAC 常 温 应 力 腐 蚀 的 强 化 段 时 间长度 为 1 0 5 d ， 由于 掺加 了更 多 的矿物 掺 合料 ， 火 山灰 效应 产生 的水 化 产物 更 多 ， 因而 强 化 段 的最 高相对 动 弹性 模 量 比 HS C要 高 ， 达 到 了 1 2 1 9 。 在 冻融循 环作 用 下 ， HVMAC应 力 腐蚀 强 化 段 的时 间长度 为 1 5次冻 融循环 ， 相 当于 2 5 d ， 对 应 的最 高 相 对动 弹性模 量为 1 0 9 9 。 莲 蓉 专 0 l 0 0 2 0 0 3 o 0 4 00 5o 0 60 0 腐蚀 , t Il l d冻融循环 6 次 图 2 H V MA C在常温和冻融循环作用下应力腐蚀 过 程 中 的 相 对 动 弹 性 模量 变化 在 应 力 腐 蚀 的 劣 化 段 ， 冻 融 循 环 作 用 下 HVMAC的 相对 动 弹性 模 量 急剧 下 降 ， 在 7 5次 冻 融循环 ( 相 当于 1 2 5 d ) 时 ， 相 对 动 弹性 模 量 降 低 到 6 8 1 ， 之后 混 凝 土 试件 发 生 突 然 的脆 性 断 裂 。相 对而 言 ， 常 温条 件 下 ， HVMAC 的相 对 动 弹性 模 量 经过很 长 时问 的应 力腐 蚀 之 后 ， 到 5 0 0 d才 开 始快 速降低 ， 在 6 0 0 d时下 降到 5 8 4 9 6 ， 达到 了耐 久性 破 坏标 准 。可 见 ， 与 常 温 条 件 相 比 ， 冻 融 循 环 作 用 下 HVMAC的应 力腐 蚀 的劣 化段 时 间 长度 压 缩 了 9 8 。这 同样 证 明 ， 冻融 循 环作 用 加 速 了 HVMAC 的 Mg S O 应力腐 蚀 破坏 。 比较 图 2与 图 1的结 果 ， 我们 发现 ， 无论 是 常温 条 件 ， 还 是 冻 融 循 环 条 件 ， 低 水 胶 比 ( 0 2 3 )的 HVMAC的抗应力 腐蚀 能 力 ， 明显 不如 较 高 水胶 比 ( 0 4 3 ) 、 低 掺 量 矿 物 掺 合 料 的 HS C。这 表 明 ， 即使 采 用低水 胶 比和 大 掺量 矿 物 掺 合料 的技 术 方 案 ， 并 不能显著改善混凝土在 Mg S O 溶液环境 中的应力 腐 蚀行 为 。 2 3应 力腐 蚀作 用下 H D C的抗 冻性 能 图 3示 出了 HD C在 常温 和 冻 融循 环 作 用下 应 力腐蚀过程 中的相对动弹性模 量变化 。结果表 明， HD C的 Mg S O 应力 腐蚀 同样存 在相对 动 弹性模 量 的强化段 和劣 化 段 ， 因而 属 于 一 种普 遍 规 律 。由于 HDC采 用 了( 膨 胀 剂 + 引气 剂 +混 杂 纤 维 ) 的 复合 技术 ， 尽 管 HDC的 常 温 应 力 腐 蚀 的强 化 段 时 问 长 加 舳 如 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第6 期 张云清 ， 等 ： 冻融循环 作 用下混凝 土 的硫酸 盐应 力腐蚀 特性 1 5 1 度仍 然是 1 0 5 d ， 但 是 在冻融 循环作 用 下其应 力腐 蚀 的强 化段 时间长 度 则 大 大延 长 ， 达 到 了 6 0 0次 冻 融 循环 ， 相 当于 1 O 0 d ， 分 别 比 HS C 和 HVMAC延 长 了 2 l 倍和 3 9倍 ， 强化段的最 高相对动弹性模量则 与 HVMAC类 似 。 在 Mg S O 应 力腐 蚀 的劣 化 段， 常温 条 件 下 HD C的相对 动 弹性模 量逐 渐 下 降 ， 在 2 5 0 d之后 出 现波动性 降低 ， 在 6 0 0 d时 降低 到 6 5 6 ， 仍 然 高于 HVMAC的 数 值 ( 5 8 4 ) 。 在 冻 融 循 环 作 用 下 ， HD C相对动弹性模量 的劣化段降低速度虽然 比常 温条 件 加 速 了， 但 是 与 相 同 条 件 下 的 HS C 和 HVMAC相 比较 ， 仍然 是放 慢 了速 度 ， 到 1 0 5 0次 冻 融循环 ( 相 当于 l 7 5 d ) 时相 对 动 弹 性 模 量 为 6 8 ， 随后发 生 断裂破 坏 。因此 ， 冻融 循 环 作 用 仍 然 加 快 了 HDC的 Mg S O 应 力腐 蚀破 坏 进 程 ， 其 劣化 段 的 时问长 度 比常 温 条 件 压 缩 了 7 l 。对 照 两 种 温 度 条件 ， HDC的 Mg S O 应 力 腐 蚀 的劣 化 段 时 间 长度 之 间 的差异 已经 大 大 缩 短 了 ， 表 明 HDC在 冻 融 循 环作 用 下的抗 应力腐蚀 能力大大 增强 。 将 图 3与 图 1和图 2进行 比较 ， 可看 出 ， 在 常温 条件 ( 对应 中国温暖地 区 ) 下 ， 较 高水 胶 比( 0 4 3 ) 、 低 掺量 矿物 掺合 料 的 HS C具 有 较 强 的抗 硫 酸盐 应 力 腐蚀能力 。但是 ， 在冻融循环( 对应于中国的寒冷地 区) 作 用下 ， 采用 ( 膨胀 剂 +引气剂 +混 杂纤 维 ) 复 合 技术 的 低 水 胶 比 ( 0 2 4 ) 、 大 掺 量 矿 物 掺 合 料 的 HD C， 发生 应 力 腐 蚀 破 坏 的 冻 融 循 环 次 数 分 别 比 HS C和 HVMAC延长 了 1 5倍 和 1 3倍 ， 表 现 出更 强的抗 硫酸盐 应力腐 蚀 能力 。 1 1 蓬 1 蝴 器 需 霞 歪 0 1 o 0 2 () 0 3 o 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 腐蚀时 d冻融循环 X 6 次 图 3 H D c在常温和冻融循环作用下应力腐 蚀 过程中的相对动弹性模量变化 3 结论 1 )在 Mg S O 应力腐蚀作用下 ， 混凝土相对 动 弹性模量的变化要经历强化和劣化 2个发展阶段。 强化段和劣化段的时间长度与耐久性实验 的温度条 件有关 。腐 蚀产 物对 毛细孔 内部 的填 充 密实效 应 以 及矿 物 掺合料 的 火 山灰 活 性 水 化 效应 ， 是 昆凝 土 产 生应 力腐 蚀强化 段 的根本 原 因。混凝 土应 力 腐蚀 进 入劣 化段 的发展 结 果 ， 必 将 导 致 混凝 土发 生 耐 久性 破坏 。 2 )在 Mg S O 溶液环境条件下 ， 冻融循环作用 大大地加剧了混凝土的应力腐蚀破坏进程， 其破坏 机 理是 ： ) b A H 应 力 引起 混 凝 土结 构 内部 微 裂 纹 的 引 发 、 扩 展和贯 通 ， 在 形成 的微裂 纹 网络 的裂 纹 面和裂 尖 ， 同时存在腐 蚀 产 物 的结 晶应 力 以及 溶 液 冻胀 力 的疲 劳 作用 。 3 ) 无 论是 常温 条件 ， 还是冻 融循 环 条件 ， 低水 胶 比 HVMAC的抗 应力 腐蚀 能力 ， 明显 不 如较 高水 胶 比、 低 掺 量矿物 掺合料 的 HS C。 4 ) 采 用高 效 引气 、 混 杂 纤 维 增 强 和膨 胀 剂 的综 合技术方案制备的 HDC， 发生硫酸盐应力腐蚀破坏 的 冻 融 循 环 次 数 高 达 1 0 5 0次 ， 分 别 比 HS C 和 HVMAC延长 了 1 5 倍 和 1 3倍 ， 因而能够 显著地 提 高低水 胶 比 HVMAC 的 抗 硫 酸 盐 应 力 腐 蚀 能 力 。 因此 ， 在我 国存 在冻 融 循 环 破坏 作 用 的华 北 滨海 盐 渍土 和西北硫 酸盐 盐 渍 土环 境 中 ， 建 议 采 用 高效 引 气 、 混 杂纤维 增强 和膨胀 剂 的综 合技 术配 制混凝 土 。 参 考文 献 ： 1 莫斯克文 B M， 伊万诺夫 5 M， 阿列克谢耶夫 C H， 等混 凝土和钢筋混凝土 的腐 蚀及其 防护方法 M 倪 志淼 ， 何进源 ， 孙 昌宝， 等 译 北京 ： 化学工业出版社 ， 1 9 8 8 2 张志兴 ， 张根亮 ， 冷发光 5 硫酸铵溶 液中混凝 土应力 腐蚀试验研究 J 中国建材科 技 ， 2 0 0 2 ( 3 ) ： 2 6 3 0 ZHANG ZHI XI NG ， ZHANG GEN I I ANG， LENG FA GU ANG Ex pe r i me nt a l i n v e s t i ga t i on c or r o s i o n of c o nc r e t e i n 5 a m mo n i u m s ul f a t e s o l u t i on und e r s t r e s s J C h i n a B u i l d i n g Ma t e r i a l s S c i e n c e& T e c h n o l o g y ， 2 0 02( 3)： 26 3 O 3 林毓 梅， 姜 国庆 在 5 硫 酸钠溶 液 中混凝土应 力腐 蚀 试验研究 J 混凝土 与水泥制 品， 1 9 9 6 ( 2 ) ： 2 2 2 5 I I N YU MEI ， j I ANG GU( ) _ QI NG Ex p e r i me n t a l i n ve s t i g at i o n c o r r o s i on of c on c r e t e i n 5 s o di u m s u l f a t e s o l u t i o n u n d e r s t r e s s I - J C h i n a C o n c r e t e a n d Ce me n t Pr od uc t s，1 9 9 6( 2)： 22 25 r 4S UN W E I ， MU R，LUO X， e t a 1 Th e e f f e c t o f Ch l o r i d e Sa l t ， Fr e e z e - t h a w c y c l i n g a nd ex t e r na l l y a p pl i e d l o a d o n t h e p e r f o r ma n c e o f t h e c o n c r e t e j C e me n t a n d Con c r et e Re s e a r c h， 20 02， 32( 1 2)： 1 8 59 18