模拟服役条件的混凝土抗盐冻研究.pdf

建筑设备与建筑材料四川建筑第43 卷第4期模拟服役条件的混疑土抗盐冻研究方嘉浩，范鹤，张纯，潘香岩，王启帆（沈阳工业大学建筑与土木工程学院，辽宁沈阳110 8 7 0）【摘要】为研究混凝土抗盐冻性能，试验了不同强度等级、应力水平、盐溶液等因素对混凝土抗盐冻性能的影响,结果表明：不同因素均对混凝土抗盐冻性能产生了不同程度的影响，其中压应力水平应该在25%50%之间；混凝土强度对抗盐冻性能的影响大小为C50C40C20；盐溶液对其影响较大，随着溶液浓度增加其抗盐冻性能较差。【关键词】混凝土；抗盐冻性；研究【中图分类号】TU528.010引言自从水泥被广泛应用后，建筑已逐步发展到现在的阶段，由于其施工简便，用料本地化，经济成本低,尽管混凝土结构有着明显的优势，但其在推广和使用中仍面临诸多问题 。其中,耐用性问题最为突出,应当予以充分关注2 。在我国东北和华北等寒冷区域，由于冻结、融化等原因，导致了混凝土构件的损伤。温度差异大时，混凝土构件的内部水力损失是影响其耐用性的主要原因3 。由于局部脱落，引起了混凝土的内部湿度和不平衡，因此，在一定程度上会对混凝土的耐久性和寿命产生一定的不利影响,同时,因其腐蚀造成的成本也不可忽视4。本文开展不同强度等级混凝土受氯盐腐蚀和硫酸盐腐蚀的不同压应力状态冻融试验研究在两种情况下进行5。分析其应力水平、强度等级、盐溶液等对混凝土影响，并为此类工程提供了理论依据。1试验部分1.1原材料水泥：选用辽宁省绿源公司生产的普洱市高强水泥；砂砾：由沈阳出产的砂砾，颗粒大小在5 2 0 mm之间；细集料粒：沈阳河沙，细粒含量2.5。溶液：试验均采用具有很高纯度的氯化钠和硫酸钠配制溶液。1.2试验配合比设计为了研究混凝土抗盐冻性能对混凝土强度的变化规律，本试验采用C20、C 40、C 50 3 个等级混凝土，配合比设计如表1所示。单位：kg/m3水泥相对水灰总水泥水砂石减水剂强度的级别的比值C20295C40435C50450248【文献标志码】A1.3试件制备本文采用2 种不同规格的混凝土，3 种不同的混凝土，在浇注完毕后2 4h内进行脱模；在常规环境中保存2 8 d。2试验结果及分析2.1应力等级对抗盐能力的作用探讨了不同应力水平下的混凝土抗盐冻能力，图1、图2为相同强度等级的混凝土在NaCl和Na,SO4腐蚀作用下的质量损失和相对动弹模系数之间的比较关系。1412108642050%应力水半强度等级（a）质量损失与应力等级图1NaCl侵蚀条件下混凝土试件随应力水平变化规律1086420一0%应力水平50%应力本平强度等级（a）质量损失与应力等级表1配合比设计图2 Na2SO4侵蚀条件下混凝土试件随应力水平变化规律20574019569018055010080820C20C400%应力水平25%应力水平75%应力水平C20C40C502.5%应力求平75%应力水平11100.691116一11702.25C50定稿日期 2 0 2 2-0 6-150.45作者简介方嘉浩（2 0 0 2 一），男，在读本科，研究方向为道路桥梁与渡河工程；范鹤（19 8 0 一），女，博士，副教授，研0.4究方向为混凝土耐久性。C200%位力水平50%应力水平强度等级（b）相对动态弹性模量与应力等级100806020（b）相对动态弹性模量与应力等级C4025%应力水平75%应力水平C20C40C500%应力术平25%应力本平50%应力水平75%位力水平强度等级C50方嘉浩，范鹤，张纯，等：模拟服役条件的混疑土抗盐冻研究由上述曲线可知，同一盐类腐蚀情况下，相同强度等级的混凝土在2 5%的应力水平下，其品质损耗最高，最高达13.21%，其次是相对动态弹性系数，其次是7 5%，两者的质量损失率分别在0.2 1%2.7 5%、0.18%6.46%。然而，在C50混凝土中,因其有一定的错误,如冻结、融化周期小、样品资料不足等原因，使其表现出的规律稍有差异（图3）。10820一冻殖2 5次一冻融50 次一平冻醒7 5次一一冻融10 0 次应力水平1%（a）质量损失与应力等级图3 C40混凝土NaCl侵蚀试件应力水平关系曲线结果表明：在同等的强度等级下,同一盐腐蚀的试样，在0%50%的应力水平下，外加的应力水平愈大，则其表层的剥离状况及内部破坏愈明显，亦就是混凝土耐盐冻性愈好；而在50%8 0%的强度区间，混凝土的破坏状态会随著应力级别的提高而恶化，从而降低其抗盐渍性。2.2水泥砂浆的抗盐能力与水泥的抗冻性研究强度等级对混凝土抗盐冻性能的影响，在同一应力等级及不同盐碱腐蚀下，观察到了混凝土在各种强度条件下的相对动力弹性因子与质量损耗之间的相关性（图4、图5）。1510（a）质量损失与强度水平图4NaCl侵蚀条件下混凝土试件随强度等级变化规律1080c20C40C50应力水平1%（a）质量损失与强度水平图5Na2SO4侵蚀条件下混凝土试件随强度等级变化规律结果表明,在同一盐类腐蚀环境下,同一应力等级下，材料的质量损失速率整体表现为C20C40C50,相对动态弹性模量表现出的规律为:C50C40C20，Na C l腐蚀50%75%的试样没有表现出同样的变化，试验数据不稳定，而且单独选取一个冻融循环的阶段并不能代表所有情况的发展趋势，故所呈现的规律不能做到完全一致（图6）。结果表明：C50混凝土的水泥水灰含量偏低,水泥砂浆14121086420100959085807525500255075C20c40C50应力水平1%25501009080703040+2%应力水平-75%应力水平强度等级（a）质量损失与强度水平图6 NaCl侵蚀混凝土试件强度等级关系曲线与集料间的结合强度、内部组织更加致密，不易受盐和冻融的影响,因而C50混凝土具有良好的耐盐冻能力。750一冻题2 5次-冻疆50 次一平一冻耻7 5次一*冻酸10 0 次应力水平1%（b）相对动态弹性模量与应力等级10080604020（b）相对动态弹性模量与强度水平1008060402075（b）相对动态弹性模量与强度水平50（b）相对动态弹性模量与强度水平2550025c20C40C50应力水平1%025c20C40C50应力水平1%20752.3盐溶液对混凝土抗盐冻性能的影响从图7、图8 可以看到，在NaCl水的腐蚀下，样品的质量损失速率和动态弹性系数都高于Na2SO4，其中，最大的差异为8.3 2%和9 2%，最低的差距为43%。结果表明，同应力水平相同强度等级的混凝土,其断裂强度高于Na2SO4。14121086420（a）盐溶液种类与质量损失率关系图7C20混凝土试件随盐溶液种类变化规律100804605075507530强度等级1008060402025507500氯化热染液应力水平1%20（a）盐溶液种类与质量损失率关系图8 C50混凝土试件随盐溶液种类变化规律结果表明：氯化钠溶液中的氯化物对钢筋的腐蚀作用更加显著，使其耐盐腐蚀能力下降，而硫酸盐含量则相对较小，因此，在实际施工中，必须重视氯化物的作用。3结论根据实验结果得出了结论：（1)不同强度等级和不同盐溶液的混凝土，随着冻融次数的增多，外层水泥砂浆层发生不同的剥离，其质量损失速率逐步提高，而相应的动态弹性系数则呈下降趋势。（2)同一强度等级相同盐的浸渍处理后，在各种应力等级下，随着冻结时间的延长,其质量损失速率呈递增趋势，而相应的动态弹性系数则呈递减趋势（图9）。（3）在压力等级为0%50%时，较大的压力下，其质量（下转第2 56 页）24940十2 5%应力水半+75%应力水平0255075氯化的接液机酸钠浓液应力水平1%（b）盐溶液种类与相对动态弹性模量关系402002550750氧化浓液机酸伯花液应力水平1%500255075氯化的游液抗酸钠浓液应力水平1%（b）盐溶液种类与相对动态弹性模量关系建筑设备与建筑材料(1-2):113-134.5 Garboczi E J,Bentz D P.Digital simulation of the aggregaate-Ce-ment paste interfacial zone in concrete J.Journal of MaterialsResearch,1991,6(1):-196 1346Gusev A A.Asymptotic back strain approach for estimation of effec-tive properties of multiphase materials J.Advanced EngineeringMaterials,2007,9(1-2):117-1207靳娟娟，张林洪，吴华金，等.土体强度与含水率及密实度的关系研究J.科学技术与工程,2 0 0 8（2 2）：6 148-6 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