碳化混凝土的声发射试验研究.pdf

广移槭貔建设 文章编号 1 6 7 2 - 7 0 4 5 ( 2 0 0 8 ) 1 0 - 0 0 8 6 - 0 2 摘要： 为 了研 究碳 化后 混凝 土 性 能 的 改 变， 本 文进 行 了未碳 化 和碳化后混凝土试件单轴压缩下声 发射 的试验研 究， 在单调荷载下的 碳 化混凝土与未碳 化混凝土有着不 同的声发射特征 ， 且不 同碳化龄期 的混凝土 声发射特征也不一样 ， 并 就此现 象产生 的原 因进 行 了分析 。 关键词： 碳化混凝土声发射 中图分类号 T U 5 2 8 1 文献标识码 B 混凝土的碳化是指水泥石 的水 化产物与环境 中的二氧化碳作用， 生成碳酸钙或其他物质的现象， 这 是一个极其复杂的多相物理化学过 程 。碳化反 应使 昆凝 土 p H 值 降 低， 破坏了钢筋表面的钝化膜， 为钢 筋 的锈蚀提供 了条件， 所 以? 昆 凝土 碳化是混凝土耐久性研究的重要方 面之一。目前有关混凝土结构耐久 性评估都存在着效率较低 、 成本高、 准确率较差 、 主观经验性 的内容过 多等不足之处， 主要原因之一就 是 混凝土结构耐久性检测技术尚不发 达， 评估方法 尚不很科学 。 。所 以， 将声发射这种无损检测技术应用到 混凝 土结构耐久性研究领域很有意 义， 以下通过声发射试验， 研究碳化 后混凝土某些性能的改变。 1 实验设备及试件制备 声发射仪器采用美国物理声学 公司( P A C ) 生产的S A M O S一4 8 型声发 射仪， 实验仪器主要参数为： A E 传感 器频 率 I O O M H z 3 0 0 M H z ， 仪器总增 益 8 0 d b ， 设 置 通 道 门 槛 值 均 为 4 0 d b 。制备 了标号 为 C 2 0 、 尺 寸 为 1 0 01 0 0 3 0 0 m m 。 的混凝土棱柱体 试件 。试件共分 5 组， 每组2 块 。第 一 组为标准养护条 件下的， 其他 四 组待试件标准养护2 8 天后取出放入 温度 6 0 C的烘箱中烘干 4 8 小时， 然 后将试件放置于温度为 ( 2 05 ) 、 相对湿度( 7 0 5 ) 、 二氧化碳浓度 ( 2 0 3 ) 的碳化箱中进行碳化。碳 化时间分别为2 8 、 5 6 、 7 7 、 9 0 天， 达到 预期 的碳化时间后取出进行实验 。 相应的试件编号为T 2 8 1 ， T 2 8 2 ； l 56 1 ，T 56 一 ；T 7 一 l ，T 77 一 Z； T 90 1 T90 2。 声发射传感器分别与试件的相 应位置 ( 如 图 1 所 示 ) 用凡 士林耦 合。抗压试验系统如 图2 。系统连 接好后， 进行声发射参数设置， 试验 开始时， 先加约为破坏荷载的 1 5 2 0 的力进行预压 ， 并测变形值， 调 整荷 载 传递 装置 ， 尽 量 消除 偏心 率。待 正式加载时， 在试样受力的 瞬间开始记录声发射信号。试验采 用增量法， 以 l O k N 为一荷载步分级 加载， 直至试件破坏。 混凝土碳化后的力学性能 从混凝土各碳化龄期 一 轴压强 度图( 图3 ) 可以看出随着碳化时间 的增加 ， 混凝土 的轴压强度 也随之 增长， 但这种增长并不是一直 线性 发展下去， 碳化时间超过5 6 天以后， 随着碳化时间的增长， 轴压强度反 而有 下 降 的 趋 势 ， 但 还 是 比未 碳 化 混凝土 的强度要高， 而碳化后 的峰 值应变与未碳化相比， 变化不是很 大。这和其他的试验结果比较吻合。 由于碳化反应的主要产物碳酸 钙属非溶解性钙盐， 比原反应物的 。 ： J D I 尸 城辐建设 体积膨胀约 1 7 ， 因此， 混凝土的凝 胶孔隙和部分毛细孔 隙将被碳化物 堵塞 ， 导致混凝 土结构更 加密实 。 J t L , l, ， 碳化作用释放 出的水分有助 于水泥进一步水化， 这些都是混凝 土碳化后强度提高的原因。混凝土 在碳化箱 内放置至较长一段时间， 表层的氢氧化钙完全反应掉后， 一 方面， 混凝土深层的氢氧化钙就会 沿着混凝 土碳化层 内许多充满水的 孔隙和毛细孔向表面扩散， 并进入 周围溶液中去。另一方 面， 也会发 生下面的反应 ， 即氢氧化 钙碳化 生 成 的固体碳酸钙又以碳酸氢盐的形 式进入到溶液 中去 了。 C a C O 3 + H C O 3 一C a ( H C O 。 ) 侵蚀性碳酸与碳酸钙之间的反 应进行得很快 ， 而 C a ( O H ) 。 的扩散 却 进行得很慢 。因此随着碳化龄期 的 增长， 碳化生成的碳酸盐层 已逐渐 遭受破坏。这种破坏( 溶解 ) 一直要 进行到 c a ( o H ) 的扩散 速度与碳化 层碳酸腐蚀速度相等为止 。所 以， 碳化生成 的碳酸 盐层 的破坏 ， 还有 碳 化收 缩引起 混凝 土 中的表面 裂 缝， 并且在适当的湿度下， 碳化收缩 的数值还相当大 ， 这都是造成碳化 龄期较长之后混凝土强度 又下降的 原因 。 3 声发射随碳化时间的变化 规律 从不同碳化龄期混凝土试件声 图4不 同碳 化 龄期 混凝 土 试件 声 发射 事 件数 同 相对应 力水平 的 关 系曲 线 发射事件数同相对应力水平的关系 曲线图( 图4 ) 可以看出， 不 同碳化龄 期混凝土试件在加载初期的声发射 性能基本相似， 信号都比较弱， 也就 是混凝土 内部只有少量的损伤。超 过应力水平的 3 0 后， 随着应力水平 的提高 ， 强 度 、 声发射 事件稳 步增 长， 但碳化龄期长的混凝土试件声 发射 活性增强 的速度 比较快 ， 但碳 化龄期超过 5 6天 以后， 随着碳化龄 期的增 大， 声发射活性增强的速度 反而下降。 碳化后混凝土声发射活性提高 较快， 这 是因为碳化释放 出的水分 有助于水泥的水化作用， 更多 的水 泥凝胶体包裹细骨料 ， 使凝胶 体与 凝胶体之间 、 凝胶体与骨料颗粒之 间的粘结力更强， 同时碳化作用 的 产物碳酸钙 晶体填充在水泥石 内部 的孔 隙 中， 成为细骨料之间的连接 物， 增大了骨料颗粒之 间的摩擦力， 使骨料之 间的互锁能力增强， 裂缝 桥机 制更加显著 ， 这样裂缝在其扩 展过程中受到的阻力要 比未碳化混 凝土大， 消耗的能量要多， 相应 的产 生的声发射事件也较多 。随着碳化 龄期的增长， 又会 发生碳酸 钙和碳 酸生成可溶性碳酸氢钙的反应， 这 样碳化生成的碳酸盐层遭到破坏， 骨料 之间的互锁能力下降， 裂缝之 间的桥机 制不如先 前显著 ， 导致声 发射活性增加的速度在碳化 5 6天达 到最大值后又有轻微的下降。 未碳化混凝土在达到极限强度 的 9 0 左 右 时， 声发 射活性 急剧增 强。碳化 2 8天的混凝土试件， 声发 射活性急剧增加的点同未碳化的相 近， 也为极限荷载的9 0 左右； 碳化 5 6 天的试件 ， 其声发射 活性剧烈增 加的点为极限荷载的8 0 左右； 而碳 化7 7 天和碳化 9 O 天的试件， 其声发 射活性剧烈增加的点为极限荷载的 8 5 左右。 4 结束语 随着碳化龄期的增长， 混凝土 的强度并不是持续增长下去， 而是 有所下降。在单调荷载下的碳化混 凝土与未碳化混凝土有不同的声发 射特征， 并且不 同碳化龄期 的混凝 土声发射特 征也不一样， 这为通过 声发射来评价碳化混凝土的劣化程 度提供 了一个新的思路。 参考文献 1 郭艳华， 潘慧敏 ， 李志业 钢 纤维混凝土碳化性 能的研 究 J 混 凝 土 ， 2 0 0 7 ， ( O 2 ) ： 5 0 - 5 2 2 卫军， 张晓玲 ， 赵 霄龙 混凝 土 结 构耐 久 性 的研 究现 状和 发展 方 向 J 】 低 温建 筑技 术 ， 2 0 0 8 ， ( 0 2 ) ： 1 4 3 B M 莫斯克等 混凝土和钢 筋混凝土的腐蚀及其防护方法 M 北京 ： 化学工业 出版祉 ， 1 9 8 8 ， 4 4 】 胶凝材料学编 写组 胶凝材 料 学 M 北 京： 中国建 筑工业 出版 社 ， 1 9 8 0， 1 【 5 】 纪洪广 混凝土材料声发射 性 能研 究与应 用 M 北京 ： 煤炭工 业 出版 社 ， 2 0 0 4， 9 ( 作 者 单 位： 广 西 建 设 职 业 技 术 学 院， 广 西 南 宁53 0003) ：