混凝土在硫酸盐侵蚀及冻融环境下的耐久性试验研究.pdf

文 章 编号 ：1 0 0 7 - 0 4 6 X ( 2 0 1 4 ) 0 3 - 0 0 2 9 - 0 3 匿废觏雁 LL 一 LL L L | 混凝土在硫酸盐侵蚀及冻融环境下的耐久性试验研究 E x p e r i m e n t a l S t l I d y o f D u r a b i l姆o f C 0 c r e l e u n d e r C o n d it i o n s o f S u l f a t e A t t a c k a n d F r e e z i n g a n d T h a 1 Iri n g C y c l e 赵明1 ，王怀义 ( 1 新疆农业大学，新疆 乌鲁木齐8 3 0 0 5 2 ；2 新疆水利水电科学研究院，新疆乌鲁木齐8 3 0 0 4 9 ) 摘要： 通过在室内模拟冻融及硫酸盐综合作用的环境，考查混凝土在这两种环境下耐久性的变化 ，提 出了与普 遍认为两种环境会加速混凝土劣化的不同观点。通过对试验结果的宏观对比和微观分析 ，找 出在此两种 环境 下混凝 土 结构耐 久性 的 变化 规律 。 关键词 ： 混凝 土 ；硫 酸 盐 ；冻 融破 坏 中图分类号 ：T U5 2 8 3 3 文献标 志码 ：A 0 前 言 对于混凝土冻融破坏的机理，外国学者提出的静水压 假说【 1 和渗透压假说【 2 是两个解释混凝土冻融破坏的经典理 论，但是对一些典型的混凝土盐冻破坏现象不能很好地解 释。一般认为，冻融中盐的加入对混凝土有正负两方面的 作用。盐可以降低水溶液冰点被认为是一个有利于降低混 凝土盐冻破坏的正效应，而其负效应包括：提高饱水度； 过冷溶液最终结冰将增加破坏作用；盐浓度梯度会导 致混凝土分层结冰，从而造成应力梯度；盐因过饱和而 结晶产生结晶压。但是通常在盐浓度较低的情况下 的负效应影响很小，仅第一个负效应是主要因素。杨全兵 对于混凝土氯盐冻融破坏机理提出了一种假说 3 - 】 ：混凝土 在盐溶液的环境下进行冻融破坏主要由内部饱水度 、溶液 结冰膨胀率和结冰压平衡值、溶液结冰产生结冰压的临界 饱水度几方面因素决定。但他仅对氯化钠溶液冻融条件下 进行了相关试验研究。硫酸盐冻融破坏与氯盐冻融破坏有 所不同，因为硫酸盐对混凝土还会产生结晶膨胀型的硫酸 盐侵蚀。 为了研究混凝土在硫酸盐侵蚀和冻融破坏综合作用的 劣化情况，本文主要进行了混凝土试件在硫酸盐侵蚀环境 下的强度变化试验和硫酸盐侵蚀环境下冻融试验。从微观 结构上观察混凝土在两种破坏综合作用下的内部变化。 1 原材料和混凝土配合比 ( 1 ) 水：蒸馏水。 ( 2) 水泥：试验中所用水泥均为天山P 0 4 2 5 水泥， 各项指标见表 1 。 表 1 水泥物理、：t j 学性能检验结果 一性 m in M P a MP a ( 3 ) 粉煤灰：粉煤灰为玛纳斯电厂生产，检验结果见 表 2 ，达到I 级粉煤灰技术要求。 表 2 粉煤灰技术性能检验结果 ( 4) 粗细集料均为工地料场生产，混凝土采用了一级 配，粗集料粒径为 5 2 0 m m 。细集料细度模数2 9 。 ( 5) 配合比：本次试验采用水胶比 0 3 3的混凝土， 见表 3 。 表 3 试验研究所采用的混凝土配合比 编 号 警 蘑 K T - I R 天山 04 2 5 3 3 5 5 8 0 2 4 6 3 5 4 2 l 2 5 1 5 基金项目： 水利部公益性行业科研专项经费项目 ( 编号： 2 0 1 2 0 1 0 3 7 )，自治区公益性科研院所基本科研业务经费项目。 3 2 0 1 4 粉煤灰 2 9 2 试验方法及结果 2 1 混凝土试件在硫酸盐侵蚀环境下的强度变化试验 方案及结果 环境水选择为：1 5 浓度硫酸钠溶液 ( s O 一 离子 浓度 1 0 0 0 0 m g L)、1 5 浓度硫酸钠溶液 ( s O 一 离子浓 度 2 0 2 5 0 m g L) 和用于对比的蒸馏水水环境。将选定的高 性能混凝土配合比，经试验配制后，成型一天后拆模，即 放入蒸馏水及不同浓度的侵蚀溶液中，测试其侵蚀龄期为 3 d 、7 d 、2 8 d 、6 0 d 及 9 0 d抗压强度的变化。试验结果 见表 4 。 表 4 强度变化结果 溶液浓度 ( s o 抗压强度( MP a ) 强度比( 溶液中与水中强度比) 离子浓度， m g L ) 3 d 7 d 2 8 d 6 0 d 9 0 d 2 2 混凝土盐冻环境的试验方案及结果 混凝土的盐冻试验参照S L 3 5 2 -2 0 0 6 水工混凝土试 验规程中混凝土抗冻性试验进行。试件规格为 1 0 0 m m x 1 0 0 m m x 4 0 0 m m的棱柱体。试验停止要求为以下几点。 ( 1 ) 达到 5 0 0次冻融循环。 ( 2 ) 相对动弹性模量下降至初始值的 6 0 。 ( 3 ) 质量损失率达 5 。 冻融试验主要分为两种方案。 方案一 ：试件成型 1 d后 即分别放入蒸馏水 、1 5 浓度硫酸钠溶液 ( s 0 z 一 浓度 1 0 0 0 0 m g L )及 3 浓度硫 酸钠溶液 ( s 0 z 一 浓度 2 0 2 5 0 m g L) 环境下 2 8 d龄期后 【 环境温度控制在 ( 2 0 3 ) ，开始进行冻融试验。每 5 0次冻融循环后，分别测试其质量损失及相对动弹性模 数，然后再浸泡于相应溶液中 7 d ，测试其相对动弹性模 数，而后再进行冻融试验 5 0次循环，如此往复。试验 结果见 图 1 、图 2 。 方案二：试件成型并进行标准养护 2 8 d ，随后分别 放人蒸馏水、1 5 浓度硫酸钠溶液 ( s 0 z 一 浓度 1 0 0 0 0 m g L) 及 3 浓度硫酸钠溶液 ( S O 一 浓度 2 0 2 5 0 m g L) 环境下7 d后 环境温度控制在 ( 2 0 3 )】 ，开始进行冻 融试验，每 5 0次冻融循环后，分别测试其质量损失及相 对动弹性模数，然后再浸泡于溶液中 7 d ，测试其相对动 弹性模数，再进行冻融试验 5 0次循环，如此往复。试验 3 0 COALAsH 3 2 01 4 结果见图 3 、图 4 。 l 1 0 1 0 5 1 O 0 9 5 9 o 8 5 一 蒸馏水中质量损失 - 一 1 5 硫酸溶液中质量损失 l r 一 3 硫酸溶液中质量损失 0 5 0 l O 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 4 0 0 4 5 0 5 0 o 冻融循环数 未经养护混凝土试件的质量损失 一 蒸馏水中相对动弹模 _ 1 5 硫酸溶液中相对动弹模 r一 3 硫酸溶液中相对动弹模 。 鼎g鼎 靶 g 景鼎 g 景鼎 g 宾 8 卜 卜 卜 卜 卜 卜 卜 卜 卜 冻融循环数 图 2 未经养护混凝土试件的相对动弹性模量 8 槲 6 丑 硎 2 蟋 0 一 蒸馏水中质量损失 -_ 1 5 硫酸溶液中质量损失 L 卜3 硫酸溶液中质量损失 i ， 一 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 4 0 0 4 5 0 5 0 0 冻融循环数 图 3 标养 2 8 d混凝土试件的质量损失 妊 隧 5 蔼 幅 靛 一 蒸馏水中相对动弹模 l _ 一 l 5 硫酸溶液中相对动弹模 。 昌裂 窨 寮 8 景 g 景漂 8 鼎 g 啷 螂 口 q q 勺 卜 卜 卜 卜 卜 卜 卜 卜 卜 冻融循环数 图 4 标养 2 8 d混凝土试件的相对动弹性模量 3 试验结果分析 3 1 强度试验 强度试验的结果表明无论在水中或硫酸盐溶液中混凝 土试件的强度基本随龄期的增加而增长，但在浸泡达到 8 6 4 2 O ， 莲槲 辎 图