硫酸盐侵蚀环境下混凝土断裂参数衰减规律.pdf

第 1 4卷第 4期 2 0 1 1年 8月 建筑材料学报 J OURNAL OF B UI LDI NG MATE RI AL S Vo 1 1 4， No 4 Au g， 20 i 1 文 章 编 号 ： 1 0 0 7 9 6 2 9 ( 2 0 1 1 ) 0 4 0 4 6 5 0 9 硫酸盐侵蚀环境下混凝土断裂参数衰减规律 高 原 。 ， 张 君 ， 韩 宇栋 ( 1 清华大学 结构安全与耐久教育部重点实验室 ，北京 1 0 0 0 8 4 ；2 清华大学 土木工程系 ， 北京 1 0 0 0 8 4 ) 摘 要 ：采 用三 点弯 曲试验 测取 荷 载一 裂 纹 口张 开位 移 ( P C MOD) 曲线 ， 逆推 得 到 混凝 土 抗拉 软化 关 系( ( 应力) 一 ( 裂纹宽度) ) 以及开裂强度、 抗拉强度和断裂能等断裂参数的方法， 研究 了 C 3 o ， C 5 O 和 C 8 0这 3种强度等级混凝土在 1 0 ( 质量分数) 硫酸钠 、 1 o ( 质量分数) 硫酸镁和清水 3种侵蚀 环境 中断裂参数的衰减规律 8个月浸泡结果表 明， 在硫酸盐侵蚀环境中， 低强度等级混凝土( C 3 0 ) 的 开裂 强度 、 抗拉 强度 和 断裂 能均 呈 现 先 增加 后 减 小 的 变化 特 征 ， 脆 性 指 数 呈 现 先 减 小后 增 加 的 变化 趋 势 ； 高强度 等级 混凝 土 ( C 5 0 ， C 8 0 ) 的 开裂 强度 、 抗拉 强度 、 断 裂 能和 脆 性 指数 均呈 现 小 幅 变 化特征 ， 这与 高强度混凝土水灰 比低 、 孔 隙率小， 硫酸盐侵入混凝土内部 需要较长时间有关 关键 词 ： 硫 酸 盐侵蚀 ；混凝 土 ；软化 关 系；开 裂 强度 ；抗拉 强度 中 图分 类号 ： T U5 2 8 0 文献 标 志码 ： A d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 7 9 6 2 9 2 0 1 1 0 4 0 0 6 De c a y o f Fr a c t u r e Pa r a me t e r s o f Co n c r e t e u n de r S u l f a t e En v i r o n me nt s GAO Y u a n ，ZHANG J u n ， HAN Y u do n g ， ( 1 Ke y L a b o r a t o r y o f S t r u c t u r a l S a l t y a n d Du r a b i l i t y o f Ch i n a Ed u c a t i o n Mi n i s t r y ，Ts i n g h u a Un i v e r s i t y ，Be ij i n g 1 0 0 0 8 4，Ch i n a ；2 De p a r t me n t o f C i v i l E n g i n e e r i n g ，Ts i n g h u a Un i v e r s i t y，B e ij i n g 1 0 0 0 8 4 ，C h i n a ) Abs t r a c t ：A me t h od t o s ol ve t e ns i o n s of t e n i ng r e l a t i o ns hi p of c o nc r e t e f r o m t hr e e p oi n t be n di ng t e s t wa s us e d t o e v a l u a t e t he va r i a t i o n of f r a c t ur e pa r a m e t e r s ， i n c l ud i ng c r a c ki ng s t r e n gt h， t e n s i l e s t r e ng t h a nd f r a c t u r e e n e r g y，o f c o n c r e t e u n d e r s u l f a t e e n v i r o n me n t s ( 1 0 ( b y ma s s )M g S O4 a n d Na 2 S O4 ) a n d c l e a n wa t e r The r e s u l t s o f 8 m o nt h s a t t a c k t e s t s ho w t h a t t he va r i a t i o n o f f r a c t ur e p a r a me t e r s und e r s u l f a t e e n v i r o nme nt s i s i nf l u e n c e d by t he c o m p r e s s i v e s t r e n gt hAl on g wi t h t he dur a t i o n o f s u l f a t e a t t a c k，f o r n o r rea l s t r e n g t h c o n c r e t e ( C3 O ) ，t h e c r a c k i n g s t r e n g t h，t e n s i l e s t r e n g t h a n d f r a c t u r e e n e r g y i n c r e a s e a t f i r s t a nd t he n d e c r e a s e，a nd t he c ha r a c t e r i s t i c l e ng t h d e c r e a s e s a t f i r s t a nd t he n i nc r e a s e s For t h e hi gh s t r e n gt h c o n c r e t e ( C5 0， c 8 0 ) ，d u r i n g t h e a t t a c k p e r i o d，t h e c r a c k i n g s t r e n g t h，t e n s i l e s t r e n g t h，f r a c t u r e e n e r g y a n d c h a r a c t e r i s t i c l e ng t h c ha nge a l i t t l e The a bo ve pe r f or ma nc e m a y be r e l a t e d t o t he wa t e r t o c e me nt r a t i o a nd t h e p or o s i t y of c e me n t pa s t e T h e l o we r t h e wa t e r t o c e me n t r a t i o a n d o r t h e s ma l l e r t h e p o r o s i t y ， t h e l owe r t he r a t e o f s u l f a t e a t t a c ki n g Ke y wo r d s：s u l f a t e a t t a c k；c on c r e t e；s of t e n i ng r e l a t i o n；c r a c ki n g s t r e ng t h；t e ns i l e s t r e n gt h 、 化学环境侵蚀是导致混凝土材料与结构性能退 化和服役寿命 缩短的直接原 因之一 川， 硫酸盐侵蚀 是其 中一种主要类型 在沿海和内陆盐湖地 区、 酸性 地 下 水 以 及 含 高 黏 土 的 土 壤 中 等 大 多 含 有 硫 酸 收稿 日期 ： 2 0 1 0 0 3 3 1 ；修订 日期 ： 2 0 1 0 0 5 2 0 基金项 目： 国家重点基础研究 发展计划( 9 7 3计划) 项 目( 2 0 O 9 C B 6 2 3 2 O 0 ) 第一作者 ： 高原( 1 9 8 6 一 ) ， 男 ， 贵州遵义人 ， 清华大学 博士生 E ma i l ： y - g a o 0 4 ma i l s t s i n g h u a e d u c n 通信作者 ： 张 君( 1 9 6 2 一 ) ， 男 ， 内蒙古通辽人， 清华大学教授 ， 博士生导师 ， 博士 E - ma i l ： j u n z t s i n g h u a e d u c n 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 4 6 6 建筑材料学报 第 1 4卷 盐 硫酸盐侵蚀会导致混凝土膨胀变形及强度 、 刚 度等力学性能降低 ， 并显著降低结构承载力， 使结构 安全性下降 硫酸盐侵蚀涉及硫酸根离子在混凝 土 中的扩散与传输 、 硫酸根离子与混凝土组分 之间的 化学 反 应 、 膨 胀 变 形 及 应力 导 致 混 凝 土 损 伤破 坏 等 多 方面 的 问 题 ， 是 混 凝 土 耐 久 性 研 究 的热 点 _ 3 目 前 ， 在试验研究方面 ， 人们较多地开展了硫酸盐环境 下混凝土内部硫酸根离子浓度分布 、 体积稳定性和 强度衰减规律等宏观研究 4 。 和混凝土孔结构变化 、 水化产物特征等微观研究 4 在强度方面 ， 评价指 标 主要 以相 对 动 弹性 模 量 、 抗 压 强度 和 抗 弯 强 度 为 主， 很少涉及抗拉强度和 ( 抗拉 ) 软化 关系( 一 锄( 应 力一 裂纹宽度) ) 的衰减状况 ， 这主要是因为普通试验 很难直接测取混凝 土的抗拉强度和软化关系， 即使 采用 闭 环 伺 服材 料 试 验 机进 行 混 凝 土拉 伸 应 力一 应 变全曲线的测定 ， 也会 因为试件几 何对 中和力学对 中的不重合而导致试验误差 ， 使试验成功率很低L g 然而在众多力学参量 中， 抗拉强度是影 响混凝土结 构开裂与否的关键因素 ， 软化关系则直接影 响混凝 土开裂后 的力学性能 ， 因此研究硫酸盐侵蚀下混凝 土抗拉强度和软化关 系的衰减规律 ， 则可以满 足硫 酸盐侵蚀下混凝土结构寿命预测及耐久性设计的需 求 ， 为混凝土开裂风险的评估提供依据 鉴于单轴拉 伸试 验 的实现 难 度大 ， 易产 生误 差 ， 本 文 采 用 试验 简单 、 测 定 参 数 比较 全 面 的 三 点 弯 曲试验方法 ， 由抗弯试验 获得 的荷载一 裂纹 口张 开 位 移 曲 线 ( P C MOD ) 逆 推 得 到 混 凝 土 软 化 关 系 ( 一 叫) 以及 抗 拉 强 度 、 开 裂强 度 和 断 裂 能 等 断 裂 参 数 _ 9 ， 由此 得 到 混 凝 土在 硫 酸 盐 侵 蚀 环 境 中 的 软 化关 系及抗 拉强 度 、 开裂强 度 和断裂 能等 断裂 参 数 的 衰减 规 律 1 三点弯 曲试验确定混凝 土断 裂参数 方法简介 混凝土梁在跨 中受到集 中荷载作用后 ， 当荷 载 达到某一特定值 ( 即开 裂荷载) 时 ， 梁底端会出现开 裂 ， 并且 裂 纹 口的 张 开 宽 度 和裂 缝 长 度 会 随 着 荷 载 的增加而加大 本文采用基于开裂强度 的断裂准则 进行混凝土材料软化关 系的推算 基 于开裂强度的 断裂准则认为 ， 混凝土内存在过程区 ， 根除了裂纹尖 端( 抗拉主) 应力( 。 ) 奇异性 ， 裂纹尖端应力等于混 凝土基体的开裂强度 ( ) ， 即： Ip一 f 。 ( 1 ) 黏聚应力( ) 与裂纹宽度 ( 叫) 之间的关 系可模 拟 为 多段线 性 函数 ， 即 ： f 一 k W 十 0 o f ( 2) 【 W 一 l W 叫 ， = ： =1 ， 2 ， n 其中： k ， 分别 为第 段线段的斜率和截距 ； 为 线段 数 l一 ， = ( 尼 一k f+ 1 ) + ( 3 ) = 1 图 1为典 型 的三 点弯 曲梁 ， 其预 切 口深 度为 a 。 ， 裂缝 总 长度 为 a ， 荷载 为 P， 作 用于 裂纹 表 面 的黏 聚力为 E w( 37 ) 依据叠加原理 ， 裂纹上任意点 的 裂纹宽度可通过下式求得 ： ， r 1 w (x ) 一 忌 z P B J 。志 z d (4 ) l 0 a 同样 ， 裂纹尖端应力为： r r J 一 靠 一 是 P B J 。 k fa ( 37 Y Ob y ) d Y ( 5 ) l 0 z “ 其 中： 愚 ， k 和 k ， k 分别为荷载和黏聚力在 z处 裂纹宽度和裂纹尖端应力的影响因子 由于式( 4 ) 、 式 ( 5 ) 的 自相 容 性 ， 无 法 从 中求 得 叫( ) ， 进 而 获 得 W关 系 因此 ， 上 述 问题 需 通 过 离 散化 的矩 阵 形 式 来求解 通过对上述方程求解 ， 对于给定裂纹长度 a 及 w 关 系 ， 可 以得 到 P， 和 ( z ) 注 意 到 式 ( 4 ) 、 式 ( 5 ) 中 ， 荷 载 和 黏 聚 力 对裂 纹 尖 端 应 力 、 裂纹 宽度等的影响因子未知 ， 故用有限元法求解所需 的 影 响因子 图 1典型的三点 弯曲梁 Fi g 1 Ty pi c a l t hr e e po i nt be ndi n g be a m 依上述模型， 设 a为变量， 由计算程序模拟加载 过程 ， 最小 的裂 纹 长 度 为 A l ( 即节 点 间 距 ) ， 步 长 增 量为 z或 其 倍 数 ， 直 到 设 定 的 最 大 裂 纹 长 度 仇 A l ， 其 中 m 为依赖于节点数 目的整数 对每一 裂纹步长， 通过优化式 ( 2 ) 中的 k值， 使计算荷载及 裂纹 口宽度 ( 即裂纹 口张开位 移 C MO D) 与试验 值 相差最小 ， 最终获得完整的 c r _ 训 关系曲线 逆推过程 详见文献E 9 3 由混凝土 c r - 叫关系曲线 ， 可获得其抗拉强度 同时混凝土的断裂能 Gf 可通过下式计算 ： r 一nm a x G f I ( 叫) d w一 ： 6 w ( 6 ) 三 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 4期 高 原 ， 等 ： 硫酸盐侵蚀环境下混凝 土断裂参数衰减规律 4 6 7 其中： 训 为应力等于 0时的裂纹宽度 此外 ， 描述混 凝土 脆性 的特征 长度 可 由下式 计算 ： T， 、 z 一 ( 7) t 其 中： E 为混凝 土 弹性 模量 2 试 验方法 试验用原材料为 ： 水泥 ： P O 5 2 5普通硅酸盐 水 泥 ； 粗骨 料 ： 石 灰 石 ， 粒 径 5 2 5 mr n ； 细 骨 料 ： 河 砂 ， 细度模数 2 6 ； 硅灰 ： 贵州红枫铁合金厂生产 ， 细 度 2 0 0 0 0 m k g ； 减 水 剂 ： 聚羧 酸高 性能 减水 剂 ； 水 ： 自来水 依抗 压强 度 ， 设 计 了 3种不 同 强度 等级 的混 凝 土 ( C 3 0 ， C 5 0和 C 8 o ) ， 其 配合 比 和 2 8 d抗 压 强 度 如 表 1所示 试 验 时通 过 调 节 减 水 剂 用 量 将 混 凝 土 的 坍落度控制在 1 2 0 1 5 0 mm 三点 弯 曲试 验试 块 尺寸 为 1 0 0 mmi 0 0 mm4 0 0 ml T I ， 试 块底 面 中部 预 留宽 2 mm， 深 1 0 mm 的切 口 2 8 d标 准养 护后 ， 在硫 酸盐 侵蚀 之前 ， 用 环氧 树 脂将 试块 4个 侧 面下 部 3 5 mm 范 围内表 面 密封 ， 以 阻止硫 酸 盐溶 液 从 这 4个 侧 面进 入 梁 的 内部 ， 实 现 硫酸盐侵蚀的一维传输 分别采用质量分数 为 1 0 的硫 酸钠 溶 液 、 质 量 分数 为 1 0 的硫 酸镁 溶 液 以及 清水进行浸泡试验 为了保证一维侵蚀的模拟 ， 将已 经 处理 过 的试块 放 入 带 盖 的容 器 中 ， 然 后 添 加 浸 泡 溶液至混凝土高度约 2 5 mm 处， 考虑到浸泡溶液的 p H 值 随 着 浸 泡 时 间 的增 长 会 有 所 增 加 ， 为 了避 免 p H 值 对试 验 结果 的影 响 ， 在试 验 过 程 中 ， 每 隔 2周 检 测 1次浸 泡 溶 液 的 p H 值 ， 并 采 用 硫 酸 滴 定 的 方 法 将浸 泡溶 液 p H 值 控 制在 7 8 ， 每 2个 月更 换 浸 泡 溶 液 表 1 混凝 土配合 比 Ta b l e 1 M i x p r o p o r t i o n o f c o n c r e t e 所 有 的三 点弯 曲试 验均 在具 有伺 服 控制 功 能 的 试 验机 上完 成 试验 机 撑 点 间 距 为 3 5 0 mm， 加 载 采 取跨中挠度控制， 挠度采用线性变形传感器( L VD T ) 控 制 ， 速 度 为 0 0 1 mm mi n ； 由另 一 个 变 形 传 感 器 ( e x t e n s o me t e r ) 测定裂 纹 口张开位 移 ( C M0D) ， 数 据采 集速 率 为 2 O次 s 3结果与分析 图 2为 典 型 的 预 切 口梁 在 三 点 弯 曲 荷 载 作 用 下 ， 荷 载 与 裂 纹 口张 开 位 移 ( P C M0D) 的关 系 曲 线 由图 2可 见 ， 梁 的破 坏 过 程可 以分 为 3个 阶 段 ： ( 1 ) 荷 载 由 0到 P 在 此 阶 段 ， 荷 载 随 C MOD 增 加 线性增大直到裂纹尖端应力 达到基体开裂强 度 ( 由开裂荷载通过有限元计算 ) ， 相应荷载为开裂荷 载 P r r ， 梁 的刚 度 ( P C MOD) 不 变 ( 2 ) 荷 载 达 到 最大值 P 此阶段荷载随 C MOD增加非线性增大 直 到最 大值 P ， 同 时梁 的 刚度 逐 渐 减 小 ( 3 ) 荷 载 下 降 阶段 此 阶段 荷 载 随 着 CMOD增 加 而 减 小 ， 混 凝土梁承载能力迅速丧失， 刚度值为负值 图 3为由 图 2结 果获 得 的 一 关 系 曲线 由 图 3可见 ， 混 凝 土 材料 一 叫关系曲线分为上升段和下 降段 上升段 ( 非 常 短 ) ： 由开裂 强 度 到抗 拉 强 度 ， 此 阶 段 主要 由 拉应 力作 用 下 骨料 与水 泥 石 之 间 的黏 结 破 坏 引起 裂缝间黏结应力随裂缝宽度 的增加而增大 ， 直到达 到峰值应力即抗拉强度 通常混凝土强度越高 ， 开 裂 强度 与抗 拉 强 度 差 异 越 小 n 下 降 段 ： 此 阶 段 主 要 由骨料从 水 泥石 中拔 出引起 在下 降段 ， 裂 缝 间黏 结 应力 随裂 缝 宽 度 的增 加 而减 小 ， 当裂 缝 宽 度 超 过 一 个临界值时 ， 裂缝间黏结应力降为 0 ， 裂缝问不再 存在力 的作用 ， 该 临界值 即为最大黏性 裂缝 张开位 移 由 一 叫 曲线 可 以确 定 混 凝 土 的开 裂 强 度 、 抗 拉 强度 、 断 裂能 等参 数 图 2典型的混凝 土 P C MO D曲线 F i g 2 Ty p i c a l P CM OD c u r v e s o f c o n c r e t e 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 4 6 8 建筑材料学报 第 1 4卷 图 3 典型 的混凝土 曲线 Fi g 3 Ty pi c a l d一 c ur ve s o f c o nc r e t e 基于以上方法 ， 分别测定 了 3种强度等级混凝 土试件在清水 、 1 0 硫酸钠、 1 O 9 6 硫酸镁 3种溶液中 浸泡 3 O ， 6 O ， 9 0 ， 1 2 0 ， 2 4 0 d后 的 P C MO D 曲线 ， 并 CM OD mm ( a ) P- C M O D c u r v e s 获得 了相 应 的 口 一 w 关 系 图 4为 3种强度等级混凝土标 准养护 2 8 d时 的 P C MOD曲线和 一 W 曲线 从 图 4可见 ， 对 于 P c MOD曲线 ， 3种强度等级混凝土类似 ， 但是不同 强度等级混凝土之间仍存在差异 混凝土强度等级 越高， P - C MO D曲线上升段 越陡， 达到相同 C MOD 值时 ， 强度等级高的混凝土所需荷载值越大 ， 峰值荷 载大 小 为 c s o C 5 O C 3 O ； 混 凝 土 强 度 等 级 越 高 ， P C MOD下 降段亦 越 陡 ， 即高强 度 等 级混 凝 土 的脆 性越大 对于 口 一 训 曲线 ， 3种强度等级混凝土的差别 与 P C MOD曲线类似 强度等级越高 ， W 曲线上 升段和下降段均越陡， 峰值应力即抗拉强度越大， 韧 性越 差 ( b ) 一 W c u r v e s 图 4 标 准养护 2 8 d 时 3 种强度等级混凝土的 P C MO D曲线和 W 曲线 Fi g 4 P CM OD c u r v e s a n d W c u r v e s o f c o n c r e t e a t e r 2 8 d s t a n d a r d c u r i n g 图 5 7为 3种混凝 土在不 同侵蚀 环境 中的 P C MO D曲线 和相应 的 W 曲线 由图 5 7可见 ： 所有 P C MOD曲线具有类似共性 ， 呈类 似形状 ， 但 是强度等级不 同， 侵蚀环境不同， 混凝土显示出极限 承载力以及各 阶段 刚度 的明显差异 ； 所有 一 叫 关系 曲线也呈现类似形状 ， 强度等级和侵蚀环境对 一 W 曲线的影响较为 明显 相 同浸泡时间不同侵蚀环境 下 ， C 3 O混凝 土 的 一 叫 曲线形 状差 异较 大 ， 主要 表现 在 上升 段 的峰值 ( 即抗 拉 强度 ) 上 ， 而 C 5 0和 C 8 0混 凝土 一 伽 曲线的差异不明显 说 明 C 3 O强度等级混 凝土受侵蚀环境 的影响要大 于 C 5 0和 C 8 o强度等 级混凝土 更详细的分析将通过侵蚀环境 、 浸泡时间 对主要断裂参数 ， 即开裂强度 、 抗拉强度、 断裂能的 影 响来 展开 由 一 W 曲线 获得 的混凝 土开 裂强 度、 抗 拉强 度 、 断裂 能 和脆性 指 数 ( 特 征 长度 ) 随 浸 泡 时 间 的变 化 规 律 图见 8 1 1 由图 8可以看 出： ( 1 ) 在清水侵蚀环境 中， 考虑 到混凝土强度的离散性 ， 可 以认为 3种强度等级混 凝 土 的开裂 强度 受 浸 泡 时 间影 响很 小 ， 基 本 不 随 浸 泡时间变化 ， 并且开裂 强度与混凝土强度 等级呈正 相 关 ， 即混 凝 土 强 度越 高 ， 开裂 强 度 越 大 这 是 因为 开 裂强 度是 由水 泥 石 中初 始 裂 纹 ( 孑 L 隙 ) 尺 寸 决 定 的， 而初始裂纹 尺寸通常 由水 灰 比控制 水 灰 比越 小 ， 初始裂纹缺陷尺寸越小 ， 基材会具有较高的开裂 强 度 3 种 强度等 级混 凝 土水 灰 比大 小顺 序 为 C 3 0 c 5 O C 8 0 ， 因此 3种强度等级混凝土的开裂强度 大 小顺序为 C 8 0 C 5 0 C 3 0 ( 2 ) C 3 0强度等级混凝土 开裂强度在硫酸镁和硫酸钠侵蚀环境中随浸泡时间 增加呈先增后降的趋势 ， 在侵蚀 4个月左右时达到 最 大值 ， 而 C 5 0和 C 8 0 强 度 等级 混 凝 土 的开 裂 强 度 变化不明显 这表 明较低强度等级 的混凝土 内部孑 L 隙率大， 更容易受硫酸盐类介质侵蚀 ， 导致部分孔隙 被新生产物填充 ， 混凝土开裂强度增加 ， 但 当腐蚀性 反应物或物理填充物过多而引发混凝土内膨胀应力 时， 会导致混凝土开裂强度 下降 而 C 5 0 ， C 8 0混凝 土因其水灰 比低， 受硫酸盐介质侵蚀速度缓慢 ， 浸泡 8个月时其开裂强度所受影响有限 日 d】 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 4期 高 原 ， 等 ： 硫 酸盐侵蚀环境下混凝 土断裂参数衰减规律 ， 4 6 9 CM OD mm ( a ) P - CMOD c u r v e s i n c l e a n wa t e r w mm ( d ) - w c u r v e s i n c l e an wa t e r CM0D mm ( b ) P - C MO D c u r v e s i n 1 0 Mg S O4 CM OD mm ( c ) P - C MOD c u r v e s i n 1 0 Na 2 S O 4 ( e ) or - w c u r v e s i n 1 0 Mg S O4 ( f )Or - W c u r v e s i n 1 0 Na 2 S O4 S t a n d a r d c u rin g 2 8 d ：一一一一3mo nt h s a t t a c k e d _一8mo n t h s a tt a c k e d 图 5 不 同侵蚀环境 中 C 3 0强度等级混凝 土的 P C MO D曲线和 一 W 曲线 Fi g 5 P CM OD c u r v e s a n d c u r v e s o f c o n c r e t e C3 0 i n d i f f e r e n t e r o s i o n e n v i r o n me n t s CM 0D mm ( a ) P C MO D c u r v e s i n c l e an wa t e r w mm ( d ) - W c u r v e s i n c l e a n wa t e r CM OD mm ( b )P- C MO D c a l v e s i n 1 0 Mg S O CM OD mm ( C ) P - C MOD c u r v e s i n 1 0 Na 2 S 0 4 ( e ) - w c u r v e s i n 1 0 Mg S O 4 ( f ) 一 W c u r v e s i n I O Na 2 S O , S t a n d a r d c u r i n g 2 8 d： 一 一一一3 mo n t h s a tta c ke d； _ 一8 mo n t hs a t t a c k e d 图 6 不 同侵蚀环境中 C 5 0强度等级混凝土 的 P C MOD曲线 和 W 曲线 Fi g 6 P CM OD c u r v e s a n d 一 W c u r v e s o f c o n c r e t e C 5 0 i n d i f f e r e n t e r o s i o n e n v i r o n me n t s H m 8 6 4 2 O 蚕 蚕 dJ S b dI d J 、 b 室b d1 三 一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 建筑材料学报 第 l 4卷 0 0 CM 0D mm ( a ) P C MOD c u r v e s i n c l e a n wa t e r 70 O 6，O 0 蒌5 0 0 40O 3 00 w m m f d ) 一 W c u r v e s i n c l e a nwa t e r O CM OD mm ( b ) P- CMO D c u r v e s i n 1 0 Mg S O 4 w mm ( e ) 一 W c u r v e s i n I O Mg S 04 0 CM OD mm ( c ) P - C MOD c u r v e s i n I O Na 2 S O w mm ( f ) 矿 一 w c u r v e s i n 1 0 o Na ES O4 S t a n d a r d c u r i n g 2 8 d：一3 mo n t hs a t t a c k e d； -。8 mo n t h s a t t a c k e d 图 7 不 同侵蚀环境中 C 8 0强度 等级混凝 土的 P C MOD曲线和 一 W 曲线 Fi g 7 P CM OD c ur ve s a nd O - W c ur ve s of c o nc r e t e C80 i n di f f e r e nt e r o s i o n e nv i r o nme n t s _J 一 一 。 一 一一一一 十 O 。 。 。 o 0 l 2 3 4 5 6 7 8 Ti me mo n t h ( a ) I n c l e a n wa t e r 7 0 0 6 0 0 5 0 0 4 O 0 3 0 0 O 1 2 3 4 5 6 7 8 Ti me mo n t h ( b ) I n 1 0 Mg S O 4 o： C3 0； ： C3 0 ， fit ； +： C5 0： 一 ： C5 0 ， fit ； A： C8 0； 一 -： C80 ， fi t Ti me mo n t h ( c ) I n 1 0 Na S O 4 图 8 不 同侵蚀环境 中混凝土开裂强度随浸泡时间的变 化 Fi g 8 Ch a ng e o f c r a c ki ng s t r e ngt h of c on c r e t e wi t h s oa ki n g t i me i n d i f f e r e n t e r o s i o n e n vi r on me nt s 由图 9可以看出： 在清水环境 中浸泡 的 3种强 度 等级 的混凝 土 ， 其 抗 拉强 度 基 本 上 不 随 浸 泡 时 间 的增加而变化 ， C 3 0 ， C 5 O和 C 8 0的抗拉强度平均值 分别为 4 0 ， 4 9 ， 6 1 MP a 而在硫酸盐环境 中浸泡 后 ， 3种强度等级混凝土抗拉强度随浸泡 时间的变 化趋势有 所不 同 在 1 o 硫 酸镁侵蚀 环境 中， C 3 0 强度等级混凝土 的抗 拉强度呈现增 加后 降低 的趋 势 ， C 5 0和 C 8 0强度 等级 混凝土 在 侵蚀 8个月 时 ， 其 抗拉强度仅小幅变化 在 1 0 硫酸钠侵蚀环境中， 3 种强度等级混凝土抗拉强度随浸泡时间的变化趋势 与在 1 0 硫酸镁侵蚀环境中的基本相同 对高强度 等级混凝土而言 ， 在较短浸泡时问内 2种硫酸盐侵 蚀环境对混凝土抗拉强度的影响不明显 比较图 1 O和图 8 ， 9可以看出， 不 同侵蚀环境 中 混凝土断裂能随浸泡时间的变化规律 和开裂强度 、 抗拉强度的变化规律基本一致 在清水环境 中， 3种 强度等级混凝 土的断裂能随浸泡时间的变化较小 在硫酸镁和硫酸钠侵蚀环境 中， 侵蚀 8个月 内， C 3 o 强度等 级混凝土 的断裂能呈 增加趋 势 ， 前 期增 长较 为 迅速 ， 侵蚀 4个月后 ， 断裂能增长趋势平缓 在侵蚀 8 8 6 4 2 O 8 6 4 2 8 6 4 2 O 8 6 4 2 8 6 4 2 O 8 6 4 2 8 7 6 5 4 3 2 1 d 】 一 0 8 7 6 5 4 3 2 1 日 d J 8 7 6 5 4 3 2 1 d J S 日 d 】 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 4 期 高原 ， 等 ： 硫酸盐侵蚀环境下混凝 土断裂参数衰减规律 4 7 1 个月 内 ， C 3 O 强 度等级混 凝 土在硫 酸镁 和硫 酸钠 环境 中的最大断裂能分 别约为 2 2 0 J m2和 1 9 8 J m2 ， 也 就是说 ， 硫酸镁对 昆凝土的侵蚀作用要高于硫酸钠 拿 - Ti me mo n t h 8 O O 70 0 6 0 0 5 0 O 40 0 3 O 0 C 5 O和 C 8 0强 度等 级混凝 土 的断 裂能 在硫 酸盐 环境 中变化 较小 T i me mo n th 8 。 O 7 _ 。 O 。 5 。 O 4 _ 。 0 30 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Ti m e m o n th ( a 】 I n c 1 e a I 1 wa t e r ( b ) I n I O Mg S O ( c ) I n 1 0 D 0 Na 2 s O4 ： C3 0 ： ： C3 0， fit ； +： C5 0 ； 一 ： C5 0， fit ： A： C8 0： 一 一： C8 0， fit 图 9 不 同侵蚀环境 中混凝土抗拉强度随浸泡时间 的变化 Fi g 9 Cha n ge。f t e ns i l e s t r e ng t h 。 f c 。 nc r e t e wi t h s 。a k i n g t i me i n d i f f e r e n t e r 。 s i 。 “ i mm。 “t T i me mo n t h 2 5 00 O 2 0 0 O 0 1 5 0O0 1 O 0 0 0 0 1 2 3 4 4 6 5 8 Ti me m o n t h 吕 3 、 ( a ) I nc l e a nwa t e r ( b ) I n 1 0 Mg S O ：C3 0： ： C3 0， fit ； +：C5 0； 一 ： C5 0， fit ； A： C80 ： 一 一 ： C8 0， fit 图 1 0 不 同侵蚀环境 中混凝 土断裂能随浸泡时间的变化 Time mo n t h ( c ) I n 1 0 Na 2 S O 4 F i g 1 0 Ch a n g e。 f f r a c t u r e e n e r g Y。 f c 。 n c r e t e wi t h s 。 a k i n g t i me i n d i f f e r e n t 。 i “ i m。 “ t 由图 1 1可 以看 出， 在 清水环境 中浸 泡的混凝 土 ， 其 l c h 随浸 泡 时 间 的 变 化 不 大 ； C3 0 ， C 5 0和 C 8 0 强度等级混凝 土 2 8 d的 z 值分别 为 3 2 8 ， 2 5 8 ， 2 O 0 c m 其大小顺序为 C 3 0 C 5 0 C 8 0 ， 这表 明强 度越高 ， 混凝土越脆 在硫酸盐侵蚀环境 中， C 3 o强 Ti me mo n t h ( a ) I n c l e an wa t e r 1 0 O 0 度等级混凝土的 c h 值 随浸泡 时间增加均呈现先减 后增 的趋势 ， 即表明混凝土在硫酸盐侵蚀环境中， 其 脆 性是 先增 加 后减小 的 ， 而 C 5 0和 C g 0强度 等 级混 凝 土 的 z 随浸泡 时 间增加 则 略有 变化 ， 这 与其 强 度 发展 规律 相 吻合 0 l 2 3 4 5 6 7 8 Ti me mo nt h ( b ) I n 1 0 Mg S 04 1 0 O 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 T i m e m o nt h ： C3 0： ：C3 O， fit ； +： C5 0； 一 ： C5 0， fi t ： ： C8 0 ； ： C8 0 fit ( c ) I n l O Na S O, 图 1 1 不同侵蚀环境中混凝 土脆 性指数随浸泡 时间的变化 Fi g 1 1 ch a nge。f c ha r a c t