硫酸铵腐蚀混凝土性能劣化时变规律及预测.pdf

第 j j巷 弟 7期 2 0 1 6年 7月 长江科学院 院报 J o u r n a l o f Ya n g t z e R i v e r S c i e n t i fi c Re s e a r c h I n s t i t u t e Vo 1 33 No 7 J u 1 2 0 1 6 do i ： 1 0 1 1 9 88 c ky y b 2 01 5 0 35 4 硫酸铵腐蚀混凝土性能劣化时变规律及预测 邓通发h ， 彭剑h - 岫， 欧阳斌 ， 朱沛东h ， 林煌h ( 1 江西理工大学 a 建筑与测绘工程学 院； b 江西省环境岩土 与工程灾 害控 制重点实验室 ， 江西 赣 州3 4 1 0 0 0 ； 2 江西五方建筑设计有限公司， 江西 赣州3 4 1 0 0 0 ) 摘要： 通过在 5 浓度硫酸铵溶液中长期浸泡， 对不同水灰比、 不同浆骨比、 不同粉煤灰掺量的混凝土试件进行腐 蚀试验研究 ， 得到 0 1 2 0 d腐蚀龄期下试件抗压强度的劣化规律。采用灰色关联分析方法研究 了不同因素对混凝 土抗压强度影响的显著程度， 通过构建G M( 1 ， 1 ) 预测模型对受硫酸铵腐蚀的混凝土强度劣化规律及服役寿命进行 预测。结果表明： 水灰t L o 4 、 浆骨比O 2 8 和粉煤灰掺量 1 0 的受腐蚀混凝土抗腐蚀性能较强， 随水灰 比、 浆骨比和 粉煤灰掺量比例增大， 抗压强度降幅明显。构建的 G M( 1 ， 1 ) 预测模型具有较高的精度 ， 运用该模型在预测受腐蚀 混凝土的寿命中， 粉煤灰掺量 1 0 、 水灰比0 4 及浆骨比0 2 8 的受腐蚀混凝土分别比其它影响因素相同下的受腐蚀 混凝 土增 加 2 4 7 ， 1 2 5 ， 7 4 。 关键词： 硫酸铵； 混凝土； 水灰比； 浆骨比； 粉煤灰掺量； G M( 1 ， 1 ) 预测模型 中图分类号 ： T V 4 3 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 1 - 5 4 8 5 ( 2 0 1 6 1 0 7 0 1 2 6 - 0 6 1 研 究背景 混凝土是 当今社会最主要 的建筑材料 ， 在服役 过程 中容易遭受环境腐蚀介质的侵蚀 。由于混凝土 在服役期间受到各种腐蚀环境介质的侵蚀 ， 内外部 出现劣化 ， 导致混凝土构筑物过早退 出服役期。当 前 ， 国内外学者对混凝土受硫酸盐侵蚀进行了广 泛 研究 。研究表 明， 影 响混凝 土硫酸盐腐蚀效果 的因素可分为外因和内因： 外 因指外界环境和一些 物理 因素的影响 ， 如干湿循环、 冻融循环 、 温度变化 等 ； 内因指水泥组分 、 掺合料类型 、 混凝土配合 比的 影响， 如水灰 比、 浆骨 比、 矿物掺合料等。通过内因 的内部优化 ， 可以缓和混凝土劣化的速率 ， 提高混凝 土的抗腐蚀性 。 硫酸铵腐蚀环境如赣南离子型稀土开采矿 区， 采用硫酸铵浸取液对矿石浸溶以获得稀土元素离子 交换液 ， 这种浸溶采矿工艺除了容易造成严重的水 土流失外 ， 残 留的硫酸铵溶液既会造成土壤酸化 ， 也 对矿区内的混凝土建筑造成腐蚀 。此外在生产硫酸 铵晶体的厂房 、 运输硫酸铵母液 的泵送基础等混凝 土构筑物 _ 3 中， 也 出现类似 的腐 蚀劣化 。然而 ， 混 凝土受硫酸盐腐蚀 的研究 中以硫酸钠 、 硫酸镁 为研 究对象的文献较多 ， 相对应 的 防腐蚀方法 比较 全面。混凝土在硫酸铵溶液侵蚀环境下的腐蚀劣化 规律及抗腐 蚀措施 的研究 较少 。从 腐蚀机理 来 看 ， 硫酸铵溶液中 s o 4 一 与混凝土发生化学反应而结 晶膨胀 ， N H 4 也与混 凝土发生化学反应而起到分解 作用及溶出作用， 两者都会对混凝土强度产生较显 著的影响。良l生的配合 比与许多因素有关 ， 包括 粗 骨料的物理性 质 、 活性 掺合料 的物 理化学性质 等。 从不同因素对混凝 土性质影 响来看 ， 有浆骨 比的影 响 、 水灰 比的影响、 施工质量的影响等。通过合理调 整混凝土配合比、 外加掺合料等方式提高混凝土抗 硫酸铵腐蚀的性能 ， 是本文研究 的主要内容。 本文研究在 5 浓度硫酸铵溶液腐蚀条件下不同 水灰 比、 浆骨比和粉煤灰掺量的混凝土抗压强度时变 规律。通过对内外因共 同作用下混凝土的损伤劣化 规律研究， 运用灰色理论 中 G M( 1 ， 1 ) 预测模 型对受 腐蚀混凝土寿命进行预测。试验结果对研究在原地 浸矿后稀土矿区残 留的硫酸铵及相关侵蚀环境地 区 的混凝土寿命的应用具有一定的工程参考价值。 2 试验概况 2 1 混凝土原材料与配合比 试验用的水泥采用江西万年青水泥股份有限公 收稿 日期 ： 2 0 1 5 0 4 2 6 ；修回 日期 ： 2 0 1 5 0 5 1 9 基金项 目： 江西省 自然科学基金项 目( 2 0 1 5 B A B 2 0 6 0 5 4 ) ； 江西省交通厅科技 ( 2 0 1 4 C 0 0 0 7 ) 作者简介 ： 邓通发 ( 1 9 8 0 一 ) ， 男 ， 江西赣州人 ， 副教授 ， 硕士 ， 主要从事桥梁 与隧道工程研究方面的工作 ， ( 电话) 1 3 9 7 0 7 8 3 2 0 8 ( 电子信箱) d b d t f 1 6 3 c o rn。 第 7期 邓通发 等硫酸铵腐蚀混凝土性能劣化时变规律及预测 1 2 7 司生产 的万年青牌4 2 5 级普通硅酸盐水泥 ； 细骨料 采用细度模数 为3 3 的赣州 章 江河沙 ； 粗骨料 采用 2 5 9 5 mm级 配 的石 灰岩碎石 ， 其 中粒径 为2 5 5 m m的碎 石 占 1 5 ， 粒径 为 59 5 m m的碎石 占 8 5 ； 减水剂采用 S X C 1 8缓凝 型聚羧酸 高性 能减 水剂。硫酸铵由国药集 团化学试 剂有限公 司生产 ， A R级分析纯 。 2 2 试验方法 按照 普通混凝土配合比设计规程 ( J G J 5 5 2 0 1 1 ) 规范进行混凝土配合 比及混凝土成形 ， 试验 采用 4 0 m r n x d O m mx 1 6 0 I T l m的标准试模。试件在室 内静停 2 4 h后拆模 ， 成型后标准养护 2 8 d ， 然后放置 于硫酸铵溶液 中进行长期浸泡侵蚀。硫酸铵溶液浓 度为 5 ， 为保持硫酸铵溶液的相对稳定 ， 本次试验采 用带盖容器箱， 并每隔 3 0 d更换溶液。依据 普通混 凝土长期性 能和耐久性能试验方法标 准 G B T 5 0 0 8 2 -2 0 0 9 与 水 泥硫酸盐侵蚀试验方法 G B T 7 4 9 -2 0 0 8 中混凝土基本性 能试验方法进行抗压 强度试验 ， 在侵蚀龄期为 0 ， 3 0 ， 6 0 ， 9 0 ， 1 2 0 d进行强度 测试 ， 试件分组及配合比见表 l 。 表 1 混凝土配合 比 T a b l e 1 M i x p r o p o r t i o n s o f c o n c r e t e s 受腐蚀混凝土强度变化采用相对抗压强度抗蚀 系数 R 表征 ， 即 。 ： e 。 ( 1 ) ， c u 式中： 尺 为抗压强度 系数 ； 厂： 为不同龄期下受腐蚀 混凝土抗压强度试验值 ( M P a ) i 厂 W 为标养 2 8 d龄期 下混凝土抗压强度试验值( MP a ) 。 2 3试验 结果 与 分析 不同水灰 比、 浆骨 比和粉煤灰掺量的混凝 土受 5 硫酸铵侵蚀， 其相对抗压强度抗蚀系数随腐蚀龄 期 的变化规律如图 1 所示。 从 图 1 ( a ) 可知 ， 在 1 2 0 d腐蚀龄期 内， S l ( 水灰 IZ 0 4 ) 、 s 2 ( 水灰比O 5 ) 的混凝土抗蚀系数总体随腐 蚀龄期下降趋势 ， 但 s 2的降幅比 s 1的降幅大 ， 且随 水灰 比的增大， 降幅越大。分析其原 因， 水灰 比较小 0 9 黜 0 6 0 3 腐蚀龄期 d ( a ) 水灰比 1 1 日 0 。 0 0 垂 。 ： 0 2 0 4 0 6 O 8 0 1 0O 1 2O 腐蚀龄期 d C o ) 浆骨 比 腐蚀龄期 d ( c ) 粉煤灰掺量 图 1 不 同影 响因素下受腐蚀混凝土 随腐蚀龄期 的 抗蚀 系数变化 F i g 1 Va r i a t i o n o f c o r r o s i o n r e s i s t a n c e c o e ffi c i e n t o f c o nc r e t e o f di ffe r e nt mat e r i a l c o m p o s i t i o ns wi t h c o r r o s i o n a g e 时( 0 4 ) ， 会降低水泥浆体 与骨料之间的 比重 ( 浆骨 比0 3 ) ， 对加强混凝土 内部骨架效应有益 。水 灰 比 0 4的混 凝土 ( S 1 ) 内部 的水泥石 水化 固结后更 密 实 ， 生成的毛细孔率较小 ， 同时使外部 s 0 一 和 N H 4 侵人内部造成劣化越 困难 ， 因而低水灰 比强度损 失 量较小 ， 水灰比0 5 的混凝土( S 2 ) 水化完成后 内部密 实度不如水灰 比O 4 的混凝 土， 且生成的毛细孔率较 多 ， 对外部 s 0 一 和 N H 4 侵入更为有 利， 因而抗蚀 系 数相对 s 1降幅更大 ； 水灰 比为0 6 时， 致使水泥浆体 与骨料之 比增 大 ( 浆 骨 I： 1 o 6 ) ， 密 实性变差 ， 且 s 3 的抗蚀系数在腐蚀初期( 0 3 0 d ) 有所增长 ， 但在后 期( 6 0 9 0 d ) 急剧下降， 原因在于水灰比为0 6 的混 凝土( S 3 ) 水化速度较快 ， 内部生成较高的孔 隙率及 大孔径孔洞比例较多， 这对外部s 0 一 和 N H ； 大量侵 入混 凝 土 内部 有 利 。S O 一 和 N H 与 水 泥 石 的 C a ( O H) ： 生成膨胀性 的物质如钙矾石、 石膏等充实 内部大孔径需要一定龄期 ， 当外部 s o 4 一 继续 向内部 扩散 ， 反应物堆积膨胀 ， 超过混凝土 内部 的拉应力而 产生裂缝 ， 再加上 N H 4的溶蚀 作用 ， 致使受腐 蚀混 凝土后期强度迅速下降。 图 1 ( b ) 中同为0 5 的水灰 比条件下 ， 不 同浆骨 比的混凝土抗蚀系数随腐蚀龄期不断降低 ， 在 1 2 0 d 腐蚀龄期内 ， Hl 的降幅相对 H 2 、 H3更小 ， 具有浆骨 比越高， 抗压抗蚀系数降幅越快的趋势。这是 由于 浆骨 比0 2 8 的混凝土 ( HI ) 中骨料对混凝土起 骨架 作用 ， 且砂石 比例越大 ， 内部充裕的水泥浆体包裹骨 料表面越充分 ， 致使混凝土内部水泥水化率越高 ， 内 部粘结力越强 ， 因而混凝土内部越密实 ， 混凝土密实 长江科 学 院院报 2 0 1 6正 也就降低了混凝土的外部渗透性和 s O 一 和 N H ； 的 扩散范围。 图 1 ( C ) 给出了同一水灰 比条件下， 不 同粉煤灰 掺量 的混凝 土抗蚀 系数变化 趋势 图， 对 比 H 2 ( 未 掺) ， C l ， C 2混凝土在各个龄期的抗蚀系数高于 H 2 ， C 3混凝土在 3 0 6 0 d龄期抗压强度抗蚀系数远大 于 H 2 ， 在 9 01 2 0 d龄期 内低 于 H 2 ， 但差别不大。 不同粉煤灰掺量混凝土随腐蚀龄期的时变规律又有 不同特点。C 1 ， C 2随腐蚀龄期抗蚀系数不断降低， c 2的降幅相对 c 1 更为显著； C 3随腐蚀龄期抗蚀系 数先缓慢增 加 ， 后期迅 速下降 ， 同时粉煤灰掺 量越 高， 抗压强度抗蚀系数降幅越大。分析其原因， 在于 粉煤灰本身具有活性效应和微集料效应 ， 在0 5 水灰 比下 ， 以 1 0 等量替换水泥加入混凝土 中， 可 以降 低混凝土中 C a ( O H) 的含量 ， 密实混凝土 内部 ， 提 高混凝土的防腐蚀能力 ； 而粉煤灰本身对混凝土强 度的生成没有帮助 ， 但过量的掺入粉煤灰会导致混 凝土强度降低、 强度生成较慢， 粉煤灰容易和 s o 4 一 生成钙矾石 ， 对混凝土内部造成膨胀劣化的影响， 因 此 C 3后期抗蚀系数迅速下降就 由此造成的。 3 抗压 强度灰 色预测 灰色系统理论是一种研究 少数据 、 贫信息不确 定性问题 的数学方法J 。主要通过对 “ 部分” 已知 信息的生成、 开发， 提取有价值的信息， 实现对系统 运行行为、 演化规律 的正确描述和有效监控 。灰色 系统理论依据信息覆盖， 通过对信息 的整理归类来 寻求其变化规律。 3 1 灰色相关分析 灰色关联分 析是灰 色系列理论 的重要 内容 之 一 ，运用灰色关联分析法可以得知参考 因素与主因 素在相对变化中的关联度 ， 判断参考 因素对主因素 的影 响程 度 ， 并 由此 选 择 预 测 模 型 中的 显 著 变 量 。 上文通过试验可知水灰比、 浆骨 比、 及粉煤灰掺 量对混凝土强度有着不 同程度 的影响 ， 本文将同龄 期下未侵蚀混凝土的抗压强度作为主序列， 用 表 示； 不同水灰比( s 1 ， s 2 ， s 3 ) 影响下的受腐蚀混凝土 抗压强度 分别 以 ， ： ， ， 表示 ； 不 同浆骨 比( Hl ， H2 ， H 3 ) 影 响下 的受腐蚀 混凝 土抗 压强度 分别 以 ， ， ； 不同粉煤灰掺量( C 1 ， C 2 ， C 3 ) 影 响下 的受 腐蚀混凝 土抗压强度 分别 以 ， ， 。通过邓 聚 龙 _ 1 的灰色关联分析方法 ， 经计算得到受腐蚀混凝 土灰色关联度如表 3所示 。 表 2 Ta b l e 2 不同因素影响下的受腐蚀混凝土灰 色关联 度 Gr e y c o r r e l a t i o n d e g r e e o f c o rr o d e d c o n c r e t e s o f d i ffe r e nt m a t e r i a l c o m p os i tio ns 对水灰比、 浆骨比、 粉煤灰影响下受腐蚀混凝土 的灰色关联度进行加权平均 ， 得到水灰 比影响下受 腐蚀混凝土与未腐蚀混凝土强度的关联度为0 6 3 3 ， 浆骨 比影响下的关联度为0 6 8 6 ， 粉煤灰影响下关联 度为0 6 3 0 。3种影响因素下 的关联度由大到小依次 为浆骨 比、 水灰 比、 粉煤灰 ， 换言之 ， 浆骨 比是在 0 1 2 0 d 龄期内影响混凝土抗硫酸铵腐蚀最为敏感的 因素 ， 水灰 比次之， 粉煤灰在 0 1 2 0 d龄期 内的影响 最小。 从表 2中可得 r ( 0 ， 1 ) ， r ( 0 ， 4 )， r ( x 0 ， 7 ) 大 于0 7 ， 意味着 s 1组 ( 水 灰 I Zo 4 ) 、 H1组 ( 浆骨 比 0 2 8 ) 、 C 1 组 ( 粉煤灰掺量 1 0 ) 在 5 硫 酸铵溶 液 浓度下 ， 1 2 0 d腐蚀龄期 内抗腐蚀能力最强 ， 因此对 受腐蚀混凝土强度预测的原始数据选择 S 1 ， H1 ， C 1 组的抗压强度。 3 2 G M( 1 ， 1 ) 模型 G M( 1 ， 1 ) 模型也是灰色 系列基本 理论的重要 内容之一 ， 主要运用于一个变量对主变量影 响下 的 预测模型。G M( 1 ， 1 ) 主要通过灰色生成或序列算 子的作用弱化随机性 ， 挖掘潜在的规律 ， 经过差分方 程与微分方程之间的互换 ， 实现利用离散的数据序 列建立连续的动态微分方程 ， 通过微分方 程与等差 时间系列的关 系达 到预测的 目标。G M( 1 ， 1 ) 模 型 是对 1 个变量用一阶微分方程 d X d t + a Z 】 _ 建 立模型 ， 且是等时距 的。 用 X【 0 ( ) 表示原始数据序列： 其相应 的 卜A G O ( a c c u mu l a t i n g g e n e r a t i o n o p e r a t o r ， 一 次累加) 序列 为 ( i ) l ( 0 ) ， ( 1 ) ， X ( 2 ) ， ， l ( m) ， 其中 ( k ) = 。 ( i ) ， 后 ：1 ， 2 ， ， r t 。Z 为 的 紧邻均值 生成序列为 Z =( z ( 2 ) ， ( 3 ) ， ， z ( n ) ) ， 其中 ( k ) = ( k ) + ( 一 1 ) 。 若 盆 =【 口 ， “ 】 为参数列且 y = ( 2 ) ( 3 ) ( n ) 】 ， 叫 ” 3 ” T1 1 1 应 用 【 J 一 最小二乘法参数列满足 会=( 曰 ) 一 B Y 。 ( 2 ) 微分方程的时间相应函数为 ( ( +1 )= ( 。 ( 1 )一 e - a t + 。 ( 3 ) 0 r 上 第 7期 邓通发 等硫酸铵腐蚀 混凝 土性能劣化 时变规律及预测 式 中： ( 0 ( 1 ) 为原始数据首项 ； 0 ， 为模 型系数 ， 由 最小二乘法回归求得 。然后利用 累减公式还原 ， 即 得预测值公式为 。 ( t+1 )=X ( t+1 )一 ( t )。 ( 4 ) 其中 ( t+1 )为第 t +1 项预测值。 3 3 抗压强度劣化时变规律及 G M( 1 ， 1 ) 模型建立 3 3 1水灰 比影 响 通过灰色关联分析可知 ， 不 同的水灰比 S 1 ( 水灰 比0 4 ) 、 s 2 ( 水灰 比0 5 ) 、 s 3 ( 水灰 1o 6 ) 影响下 ， 受腐 蚀混凝土抗压强度变化特点各有差异 ， 且有不 同的关 联度。将 S 1 ， S 2 ， S 3三组 的抗压强度代人 G M( 1 ， 1 ) ， 得到相应的时间函数 ， 如表 3 所示。 表 3 水 灰比影响下受腐蚀 混凝 土抗 压强度时变方程 Ta b l e 3 Ti m e - d e p e n d a n t e q u a t i o n o f c o mp r e s s i v e s t r e ng t h o f c or r ode d c onc r e t e wi t h di ffe r e nt wa t e r c e m e nt r a t i os 编号 时间响应函数 相 关性 系数 R S 1 ( 1 ( +1 ) ：一4 6 5 9 9 e 3 5 t [phone] s 2 ( 1 ( t +1 ) ：一2 4 8 4 7 e o 19 z m + 2 9 64 6 2 0 9 8 7 s 3 _=2 ( 1f t + 1 )： 一 1 2 9 9 2 e 030 6 8 + 1 6 1 0 3 3 0 9 9 1 通过 以上的时变方程得到混凝土抗压强度预测 值 ， 预测强度与 实测强度值 的拟合度 如图 2 ( a ) 所 示 。从 图中可知 ， 混凝 土试件在 5 浓度硫 酸铵溶 液腐蚀下 ， 单轴抗压强度随腐蚀龄期不断降低 ， 降幅 由小到大依次为 S 1 S 2 S 3 。运用 G M( 1 ， 1 ) 预测模 型得到的预测值与实测值 的相关 系数在0 9 以上 ， 表 明拟合度较高 。 3 3 2 浆骨比影响 运用试验所得 单轴抗压强度试验数据 ， 将 不同 浆骨比影响下的受腐蚀混凝土抗压强度比序列一次 累加得序列 X ( t )， 代人式 ( 2 )、 式 ( 3 ) 得到受腐 蚀混凝土抗压强度时变方程 ， H1 ， n2 ， H 3影响 下 的 函数如表 4所示。 不同浆骨比影响下， 受腐蚀混凝土的单轴抗压 强度时变规律及预测 曲线见图 2 ( b ) ， 依 图可得 ， 混 腐蚀龄期， d ( a 】 水灰比 表 4浆骨 比影响下受腐蚀 混凝 土抗压强度时变方程 Tab l e 4 Ti m e - de p e nda nt e qua t i o n of c o mpr e s s i ve s t r e n g t h o f c or r o de d c o nc r e t e wi t h di ffe r e nt pa s t e a g g r e g a t e r a ti os 绳曼 盟间堕廑函 一 H1 ( 1 ( + 1 )：一 3 7 6 8 5 e O 1 3 1 t + 4 2 5 1 7 2 H 2 盒 ( 1 ( + 1 ) ： 一 2 4 8 4 7 e o 19 2 6t + 2 9 6 4 6 2 H3 (1 f +1 1 ：一2 4 0 6 0 e 0 , 1 9 6 3 +2 8 75 0 6 相关性系数 R 0 9 91 0 9 8 7 09 6 8 凝土在 Hl ( 浆骨 比0 2 8 ) 、 H2 ( 浆骨 比O 3 3 ) 、 H 3 ( 浆 骨 比0 3 7 ) 影 响 下 ， 单轴 抗 压强 度不 断 降低 ， 6 0 1 2 0 d 的降幅有增加的趋势 ； 不 同浆骨 比的预测时变 曲线变化趋势基本相 同 ， 且同龄期下不 同浆骨 比混 凝土的预测强度值相差较小 ， 通过 G M( 1 ， 1 ) 得到 的 预测值与实测值的相关 系数在0 9 以上 ， 精度较高。 3 3 3 粉 煤 灰掺 量影 响 c l ， c 2 ， C 3的受 腐蚀 混凝土抗 压强度 代人 到 G M( 1 ， 1 ) 模型得到的时变方程如表 5所示。 表 5粉煤灰影响下受腐蚀混凝 土抗压 强度时变方程 Ta b l e 5 Ti m e - d e p e n d a n t e q u a t i o n o f c o mp r e s s i v e s t r e ngt h o f c or r od e d c onc r e te wi t h di ffe r e nt fly a s h c o nt e n t s 编号 时间响应函数 C1 ( 1 ( +1 ) ：一8 4 8 2 9 3 e n 。 5 4 + 8 9 4 3 3 3 C 2 盒 ( 1 ( t + 1 )： 一 3 4 0 3 2 e o 1 22 6 t + 3 8 7 8 7 1 C 3 j ( 1 f + 1 1： 一 1 5 4 9 l e n 28 6 3 + 1 8 9 9 7 2 相关性系数 R 0 9 9 2 0 9 7 8 09 3 8 在不 同粉煤灰掺量 ( C 1 ， C 2 ， c 3 ) 影响下 ， 受腐 蚀混凝土 的单轴抗 压强度时变规律 及预测 曲线见 图 2 ( C ) ， C 1 ( 粉煤 灰掺量 1 0 ) 的预测 曲线 在整个 腐蚀龄期 内强度最大 ，C 3 ( 粉煤灰掺量 3 0 ) 在预 测曲线整个腐蚀龄期 内强度最小 ， c 1与 c 3的强度 差最大出现在腐蚀龄期 1 2 0 d 。 3 4服役寿命预测 混凝土的服役寿命是指混凝土从承载受力服役 开始， 到混凝土劣化失去使用价值的时间长度 。 法国规范规定 ， 单轴受压混凝土的容许使用强度不 腐蚀龄期， d C o ) 浆骨 比 腐蚀龄期 d ( c ) 粉煤灰掺量 图 2 不同影响因素下混凝土受硫酸铵腐蚀性能劣化拟合曲线 Fi g 2 Fi t t i n g c u r v es 6 f c o r r osi o n d e t e r i o r a ti o n o f c o n c r e t e、 jI ri t h d i ffe r e n t ma ter i a l c o mp o s i ti o n s i n a r a m o n i m s u l f a t e s o l u ti o n 日 塞霞出 如 加 加 m 鲁 硝坦 1 3 0 长江 科学 院院报 2 0 1 6年 超过0 3 3 倍的单轴强度 ， 混凝 土受 5 浓度硫酸 铵溶液腐蚀后 ， 混凝土劣化速度加快 ， 强度下降一半 ( 5 0 ) 时 ， 现场在此强度下得到的容许使 用强度更 低 ， 不具备使用价值 ， 因此混凝土受 5 浓度硫酸铵 溶液腐蚀后 ， 混凝土劣化速度加快强度下降较大 ， 本 文中定义混凝土的使用寿命 为 ： 浸入硫酸铵溶液 中 的试块从未腐蚀 ( 标养 2 8 d ) 的抗压强度 到混凝土 强度失效( 5 0 的初始强度值) 的时间。 为准确确定受腐蚀混凝土的使用寿命 ， 需要通过 大量的试验及较长的试验周期 ， 同时也要承担试验数 据离散的风险 。在赣南稀土开采区， 浸矿池排出 的废 水 中 N H4 和 s o , 一 含 量 高 达 0 3 5 0 4 0 ( 3 5 0 0 - 4 0 0 0 m g L) ， 即使经过地下水及 土壤 的稀 释， 含量仍然达到 1 6 0 mg L 。室内加速试验 中混 凝土以5 ( 2 5 7 6 m g L ) 浓度硫酸铵溶液浸泡腐蚀 ， N H4 和 s o 4 一 的浓度约为现场腐蚀浓度 的9 3 3 8 倍。采 用灰色系统理论对室内加速试验数据 的生成 、 开发， 提取有价值的信息， 实现对受腐蚀混凝土使用寿命的 有效预测 ， 同时提高试验的时效性。通过上文的试验 数据以及 G M( 1 ， 1 ) 预测模型的公式 ， 得到了水灰 比 O 4 、 浆骨t L o 2 8 、 及粉煤灰掺量 1 0 的混凝土受腐蚀 后抗压强度损失 5 0 的时间长度， 与其他原始试验数 据乘以浓度系数得到服役寿命如表 6所示。 表 6 受腐蚀混凝土 的服役 寿命 Ta b l e 6 S e r v i c e l l f e o f c o r r o de d c o n c r e t e s 从表 中可知 ， 受硫酸铵腐蚀混凝土的寿命值 由 大到小依次为 ： c 1 ( 粉煤灰掺量 1 0 ) 的预测使用寿 命为1 0 8 9 3 a ， S 1 ( 水灰 比0 4) 的预测使 用 寿命 为 7 0 0 4 a 、 H1 ( 浆骨 t L o 2 8 ) 的预测 寿命 为5 4 4 7 a ， 分 别 比 同影 响因 素下 的受 腐 蚀 混凝 土增 加 2 4 7 ， 1 2 5 ， 7 4 。 4 结 论 在 5 浓度硫酸铵溶液下 ， 混凝土 随腐蚀龄期 增长单轴抗压强度不断降低 ， 水灰 比、 浆骨 比、 粉煤 灰掺量对混凝土抗腐蚀影响效果明显 。受腐蚀混凝 土随着水灰比、 浆骨 比的增大 、 粉煤灰掺量 的增高 ， 单轴抗压强度损失越快 ， 抗腐蚀效果变差 ， 通过试验 得知水灰 t L o 4 、 浆骨 t L o 2 8 、 粉煤灰掺量 1 0 的受 腐蚀混凝土强度降幅最低 ， 抗腐蚀效果最好。 根据试验结果及灰色关联 分析可知 ， 浆骨 比对 混凝土抗硫酸铵腐蚀最为敏感 、 水灰 比次之 ， 粉煤灰 最小 ； 基于各影响 因素下对混凝土 的突出抗腐蚀能 力 ， 得到水灰 t L o 4 、 浆骨t L o 2 8 、 粉煤灰掺量 1 0 的 昆 凝土与同龄期下未腐蚀混凝土抗压强度关联度最 好 ， 表 明该条件下混凝土抗腐蚀性能最好 ， 与试验结 果一致。 根据试验结果构建 的受腐蚀混凝土抗 压强度 G M( 1 ， 1 ) 预测模型 ， 预测出的抗压强度 与实测强度 拟合度高 ， 相关 系数在0 9 以上 ， 具有足够的精度对 受腐蚀混凝土的抗压强度和使用寿命进行预测。应 用预测模型的时间响应 函数及试验 的放大系数 ， 推 算出受腐蚀 混凝 土 的服 役 寿命 ， 得 到粉煤 灰掺 量 1 0 、 水灰 比O 4 及浆骨 t L o 2 8 的受腐 蚀混凝土分别 比同影响因素下的受腐蚀混凝土增加 2 4 7 ， 1 2 5 ， 7 4 ， 在同类型影响因素条件下 ， C 1 ， S l ， H1提高混 凝土耐硫酸铵溶液腐蚀 的效果相对最佳 。 参考文献 ： 1 杨凯 长期浸泡下混凝土受硫酸盐侵蚀试验研究 J 淮阴工学院学报 ， 2 0 1 1 ， 2 0 ( 5 ) ： 4 8 - 5 2 2 张光辉 混凝土结构硫酸盐腐蚀研究综述 J 混凝土， 2 0 1 2 ， ( 1 ) ： 4 9 5 4 3 张定华 硫酸铵结晶厂房腐蚀破坏原因分析及防护 J 全面腐蚀控制， 2 0 0 2 ， 1 6 ( 1 ) ： 2 7 - 2 9 4 方祥位， 申春妮， 杨德斌， 等 混凝土硫酸盐侵蚀速度影 响因素研究 J 建筑材料学报， 2 0 0 7 ， 1 0 ( 1 ) ： 8 9 - 9 6 5 郭钟群， 赵奎， 余育新，等 不同环境条件下混凝土 性能的试验研究 J 江西理_丁大学学报， 2 0 1 1 ， 3 2 ( 5 ) ： 1 3-1 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e n g t h De t e r i o r a t i o n a n d Gr e y Pr e d i c t i o n o f Co n c r e t e Co r r o s i o n i n Am mo n i un l S u l f a t e S o l u t i o n DE NG T o n g f a 一， PE NG J i a n 一， O UYANG Bi n ， Z HU P e i d o n g ， L I N Hu a n g 。 ( 1 S c h o o l o f A r c h i t e c t u r a l a n d S u r v e y i n g&Ma p p i n g E n g i n e e r i n g ， J i a n g x i U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y，Ga n z h o u 3 4 1 0 0 0 ， C h i n a ；2 J i a n g x i P r o v i n c i a l Ke y L a b o r a t o r y o f E n v i r o n me n t a l Ge o t e c h n i c a l E n g i n e e rin g a n d Di s a s t e r C o n t r o l ，J i a n g x i U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o gy ，G a n z h o u 3 41 0 0 0， C h i n a ； 3 J i a n g x i Wu f a n g A r c h i t e c t u r a l D e s i g n C o L t d ， G a n z h o u 3 4 1 0 0 0 ， C h i n a ) Abs t r a c t ：Co r r o s i o n t e s t s we r e c a r r i e d o u t b y i mme r s i n g c o n c r e t e s i n a mmo ni um s ul f a t e s o l u t i o n o f 5 c o n c e n t r a t i o nTh e c o n c r e t e s a r e o f d i f f e r e n t ma t e r i a l c o mp o s i t i o ns o f wa t e r c e me nt r a t i o，p a s t e a g g r e g a t e r a t i o a n d c o n t e n t o f fly a s hTh e r e g u l a rit y o f d e t e r i o r a t i o n o f c o mp r e s s i v e s t r e ng t h o f i mme r s e d c o n c r e t e s d urin g 0 1 2 0 d c o r r o s i o n a g e w e r e o b t a i n e d T h e g r e y c o r r e l a t i o n a n a l y s i s me t h o d w a s u s e d t o r e s e a r c h t h e i n f l u e n c e o f d i f f e r e n t f a c t o r s o n t h e c o m p r e s s i v e s t r e n g t h o f c o n c r e t e ， a n d t h e G M ( 1 ， 1 )p r e d i c t i o n mo d e l w a s e s t a b l i s h e d t o f o r e c a s t t h e s e rvi c e l i f e a n d s t r e n g t h d e t e rio r a t i o n o f t h e c o n c r e t e s i n a mmo n i u m s u l f a t e s o l u t i o nRe s u l t s s h o w t h a t t h e c o n c r e t e s wi t h wa t e r c e me