不同修复材料对混凝土水闸结构劣化的影响.pdf

工程实践水利技术监督 年第 期:/不同修复材料对混凝土水闸结构劣化的影响杨 策(辽宁西北供水有限责任公司 辽宁 沈阳)摘要:为延长钢筋混凝土水闸结构的使用寿命 文章通过 种修复材料对修复后混凝土在氯致损伤和复合劣化(氯致损伤和霜冻损伤)环境下短期再劣化的原因进行实验研究 结果表明:复合劣化环境比氯致损伤环境更能增加氯离子进入混凝土的浓度 其含量随含水率的变化而变化 当修复材料具有良好的抗冻性和致密结构时 能有效减少氯离子和水分子的移动 从而保护修复后的混凝土不发生短期再劣化现象 研究结果可为实际工程中的维修维护提供参考借鉴关键词:修复材料 氯离子含量 含水率 氯致损伤 霜冻损伤中图分类号:文献标识码:文章编号:()收稿日期:作者简介:杨 策(年)男 工程师:引言钢筋混凝土的耐久性对基础设施的可持续性至关重要 其中混凝土的劣化将降低钢筋混凝土水闸结构的耐久性 提高耐久性的方法就是对变质混凝土进行修补 然而 这种方法不是一个长期的解决方案 因为应用修复处理后的混凝土在不久后(年)就会再次劣化 众多学者针对其劣化原因进行了大量的探究 如李珍等学者通过有限元方法对冻融循环作用下水工建筑材料劣化过程及影响规律进行了模拟计算 李隽等学者通过自然浸泡和干湿循环的试验方法对混凝土在不同浓度氯盐浸泡中的破坏特征进行了相关研究 吴宇等学者通过非平稳随机过程模拟对水闸混凝土的老化、劣化过程进行研究 根据前人研究可知 在寒冷地区混凝土的短期再劣化是通过复合劣化发生的:即霜冻损伤和氯离子诱导损伤的相互干扰加剧了混凝土的劣化 当混凝土在有氯离子渗透的情况下遭受冻融作用时 氯离子浓度和渗透压增大 且由于冻害 混凝土表面可能会发生结垢 使得氯离子很容易通过覆盖的混凝土到达钢筋本文主要研究在霜冻损伤和氯致损伤的复杂劣化环境中修复材料的性能 对修复材料的含水率和氯离子渗透情况进行分析 从根本上了解混凝土水闸结构短期再劣化的原因 通过单侧氯化钠溶液吸收试验和冻融试验 验证两种修复材料修复混凝土时其中水离子和氯离子的变化规律 试验程序 试验方案试验方案见表 分别在氯致损伤和复杂劣化环境下测定修复后混凝土的氯离子含量和含水率其中氯离子含量通过电位滴定法进行测量 含水率通过电极法比电阻测量 至于修复材料 根据前人研究 选择具有抗冻性和致密结构的修复材料 能有效降低水分子和氯离子的扩散速率 选择 组修复材料 分别为水泥砂浆和聚合物水泥砂浆 其中水泥砂浆抗冻性相对较低、无抑制氯表 试验方案方案类型修复材料测量项目方案:氯致损伤钠溶液吸收()温度 相对湿度方案:复杂劣化(氯致损伤和霜冻损伤)钠溶液吸收()冻融 ()()水泥砂浆()聚合物水泥砂浆()氯离子含量第 组:劣化前()第 组:修复前()第 组:第 组:第 组:第 组:总共:个标本(个标本 组)含水率总数:个标本(次测量)年第 期水利技术监督工程实践离子的能力 聚合物水泥砂浆抗冻性高、抑制氯离子渗透效果较好 试验方法混凝土圆柱形试件尺寸为 其配合比见表 将试件在水中和空气中分别养护两周 再切割为 的样品 根据劣化条件和修复材料的不同 设计 种试样构型采用 组标本(组 个标本)按规定时间间隔测定氯离子含量 再对剩下试样的含水率进行测量 试样用环氧树脂密封 以抑制除测试表面外其他侧面的吸水能力 每个试样的检测表面暴露于 氯化钠溶液中 周 并覆盖聚乙烯袋保持其含水率设置 种试验条件 方案:氯离子诱导损伤 水温 相对湿度 方案:复合劣化 冻融循环 模拟修复混凝土复合劣化时 水分子和氯离子通过修复材料的传递过程试样吸收氯化钠溶液一周后 应从每个试样顶部剪去 因为该部分试样被氯离子腐蚀了然后使用水灰比(/)为 的水泥砂浆或聚合物水泥砂浆进行修复 其混合比例见表 再将修复后的试样暴露在不同劣化环境中 周(方案 和方案)测量含水率和氯离子含量的试验流程如图 所示 主要在标记点()处进行测量分别为劣化前()、修复前()和再次劣化后(、)连续 周对含水率和氯离子含量进行测量为了研究含水率和氯离子在测试表面通过修复材料和混凝土的转移路径 将试样分为图 所示的 个部分:(测试表面)()、()、()和()并采用电位滴定法测定氯离子含量 由于混凝土、水泥砂浆和聚合物水泥砂浆的总氯离子含量不同 故所有试件的初始氯离子含量均设为 试样中湿度传感器电极的安装间隔为 湿度传感器由两个平行电极组成 其长度配置如图 所示:(电极半径)(电极间距)(电极长度)为了确定含水率 分别使用热电偶和电极计测得试样的温度和比电阻()最后 利用实测值通过式()计算含水率 ()()式中 含水率 测量温度 比电阻 研究结果 氯离子含量将测量的氯离子含量根据劣化环境和修复材料表 混凝土配合比/单位数量/(/)水水泥细骨料粗骨料空气含量/抗压强度/(/)总氯离子含量/(/)表 水泥砂浆的配合比/单位数量/(/)水水泥细骨料抗压强度/(/)体积密度/(/)总氯离子含量/(/)表 聚合物水泥砂浆的配合比分类主要成分混合比(质量比)体积密度/(/)总氯离子含量/(/)主要材料乙烯基纤维 轻质骨料 预拌砂浆硬化剂 树脂图 试验流程工程实践水利技术监督 年第 期图 处理试样图 湿度传感器配置进行分类 在 阶段氯离子含量的变化规律如图 所示修复前()方案 中累积的氯离子含量()为/方案 中氯离子含量()为 /修复后再次劣化的第 周()方案 和方案 中水泥砂浆修复试样氯离子含量分别为 /和 /可知方案 中的氯离子含量是方案 中氯离子含量的 倍 说明由于冻害引起的裂缝和结垢导致氯离子含量增加 混凝土中氯离子的浓度与冰晶的生长有关 故孔隙率也应该考虑在内 当方案 的试样使用聚合物水泥砂浆进行修复后又暴露于复合劣化环境中时 其将因为冻融而发生结垢为了评价修复材料抗复合劣化环境的效果对修复材料水泥砂浆和聚合物水泥砂浆中的氯离子含量进行比较 方案 在修复后再次劣化的第 周()时 水泥砂浆修复试样的氯离子含量()(/)高于聚合物水泥砂浆的氯离子含量(/)这是因为聚合物水泥砂浆的结构比水泥砂浆的结构要更加致密 因此 试样中的氯离子转移时一定程度上受修复材料孔隙率的影响 聚合物水泥砂浆 中未检测到氯离子 是因为聚合物水泥砂浆具有高密度结构 防止了氯离子渗透到混凝土中在聚合物水泥砂浆 的两种暴露条件下(方图 氯离子含量变化规律案 和方案)混凝土部分(和)中的氯离子含量都增加了 特别是在使用聚合物水泥砂浆 的方案 中 的氯离子含量从/()增加到 /()因此 年第 期水利技术监督工程实践试样中的氯离子从修复材料移动到混凝土中(和)与之相反 水泥砂浆 中氯离子含量因方案 的高渗透性而增加在所有试样中 氯离子含量从再劣化试验开始均发生不同程度的增加 但其余试样在修复后再次劣化的第 周()内氯离子含量发生了下降 除了方案 中的聚合物水泥砂浆 这是由于氯化钠溶液的存在 预测氯离子含量应随之增加 但在本文研究中 这一现象并没有普遍明显的发生 氯离子的减少与两个因素有关 首先 在冷冻过程中 由于钠溶液的冻结 水分无法移动 其次 溶液中氯离子浓度的增加令钠溶液浓度升高 导致水分向相反方向运动 但这些因素也不足以解释 后氯离子含量的降低 应进一步研究发生这一现象的原因 含水率为研究含水率对氯离子转移的影响规律 应测定试样的含水率 结果如图 所示方案 中修复材料水泥砂浆和聚合物水泥砂浆的含水率普遍高于方案 中修复材料的含水率且方案 中试样 的含水率大部分都呈现出逐渐增加的趋势 这是因为微冰透镜的形成 形成微冰晶透镜时将产生约 的微尺度冰晶 其主要过程如下:在冻结过程中 凝胶水和水泥基质在凝胶孔隙中引发冻缩 凝胶水向冰晶移动冰晶中的凝胶水增多 故导致试样含水率有所增加水泥砂浆修复试样的含水率高于聚合物水泥砂浆修复试样的含水率 这是因为聚合物水泥砂浆具有高密度结构 防止了水分子向试样的移动 且方案 中每个试样的 由于添加修复材料时已干燥故其含水率都较低将含水率变化过程与氯离子含量变化过程相比较 可知当试样的含水率增加时 其氯离子含量也在随之增加 因此 修复材料中的氯离子浓度随着含水率的转移而移动图 含水率变化规律 结论本文通过试验研究修复后混凝土在氯致损伤和复合劣化(氯致损伤和霜冻损伤)环境下短期再恶化的原因 研究结果表明()复合劣化环境中氯离子对混凝土的渗透性高于氯致损伤环境()氯离子在混凝土和修复材料中随含水率的变化而变化()聚合物水泥砂浆作为修复材料时 其预防氯离子和水分子转移的效果优于水泥砂浆由于本文重点研究在于不同修复材料处于劣工程实践水利技术监督 年第 期化环境时氯离子含量的变化规律 因此忽略了混凝土初始氯离子含量 但是在原来混凝土中初始氯离子浓度可能会造成短期的再恶化 因此 今后工作将进一步研究初始混凝土中氯离子含量增加的原因 探究氯离子在水中的扩散速度参考文献 祝彦知 赵雅纯 田光辉 等.考虑冲刷和材料劣化耦合作用的钢筋混凝土桥梁桩基承载性能研究/.水利水电技术(中英文):.冯琼 田浩正 乔宏霞 等.自然暴露与盐雾加速环境下钢筋混凝土劣化规律及等效关系/.吉林大学学报(工学版):.李珍 熊泽斌.高寒地区水工混凝土防护修复技术与应用.长江科学院院报 ():.李隽 高培伟 刘宏伟 等.混凝土在浸泡和干湿循环作用下的抗氯盐侵蚀性能 .南京理工大学学报 ():.吴宇 郁怀光 张卫云 等.基于材料非平稳随机劣化的混凝土水闸结构性态研究.吉林水利():.(上接第 页)精密度用 /的总磷标准溶液进行 次平行实验 数据结果见表 表 /总磷标准溶液测定结果序号扣除空白后吸光度 测定值/(/)平均值/(/)次平行实验测定结果均符合要求 相对标准偏差为 与国标方法无显著性差异 反映 消解条件的实验方法精密度、重现性较好 能满足实验室定量分析要求 回收率用总磷标准溶液 /、/进行空白加标回收 对该方法的准确度进行分析实验 见表 表 空白加标实验测定结果加标量/(/)扣除空白后吸光度 测定值/(/)回收率/由上表可知 两个浓度的总磷标准溶液空白加标的回收率在 范围内 消解条件的实验方法准确度可满足实验要求 结语使用消解管在 条件下消解地表水中总磷 该方法的线性、检出限、精密度、准确度均能满足实验要求 该方法的使用 相较于国标方法简化了操作步骤 提高了实验效率 相较于其他微波消解 流动注射分析等方法 也省去了重新采买、学习的过程 消解管消解快速、安全、不漏液、上样量大、上样有序不错乱 可广泛应用于地表水中总磷的测定参考文献 .地表水环境质量标准./.水质总磷的测定钼酸铵分光光度法.王主华.连续流动注射分析仪在测定地表水主要参数指标中的应用.水利技术监督():.曾兴宇 刘静 周东星.紫外消解流动注射光度法测定海水养殖废 水 中 总 氮、总 磷 .化 学 分 析 计 量 ():.朱红霞 张霖琳 薛荔栋 等.微波消解 离子色谱法测定地表水中痕量总磷.中国环境监测 ():.吕长青 母玉凤 谢倩 等.测定水中总磷消解方法的比较探讨.油气田环境保护 ():.谢隽.微波消解分光光度法测定污水中的总磷.化学分析计量 ():.申华杰.紫外光与臭氧结合消解 离子色谱法测定水质总磷.化学分析计量():.陈小丽 梁春霞 苏丹华 等.快速石墨消解测定废水中总磷的方法改进.环境卫生学杂志():.环境监测分析方法标准制修订技术导则.