硫酸盐侵蚀混凝土轴心受压构件徐变分析.pdf

第 1 4卷第 4 期 2 0 1 1 年 8月 建筑材料学报 J OURNAL OF BUI LDI NG MATERI ALS Vo 1 ． 1 4 ， NO ． 4 Au g．， 2 01 1 文 章 编 号 ： 1 0 0 7 — 9 6 2 9 ( 2 0 1 1 ) 0 4 — 0 4 5 9 — 0 7 硫 酸盐侵 蚀混凝土轴心 受压构 件徐变分析 曹 健 ， 王元丰 ( J L 京交通大学 土木建筑工程学院，北京 1 0 0 0 4 4 ) 摘 要 ： 将 混凝 土损 伤 力 学理论研 究方 法与 B 3徐 变模 型相 结 合 ， 采 用 应 力级 别 、 硫 酸 盐 溶 液质 量分 数 、 混凝土构件截面有效尺寸、 混凝 土经受应 力腐蚀 的时间等参数对压应力状 态与硫 酸盐侵蚀共 同作 用 下的 混凝 土 B 3徐 变模 型进 行 了修 正 ， 通 过 非 线性 回 归建 立 了硫 酸 盐侵 蚀 下 混凝 土轴 心 受 压构件的修正 B 3徐 变预测模型． 与不同的试验资料 对比表 明， 采用该修正徐 变模型得到的预测值 与试 验数 据 吻合 较好 ． 应 用该修 正徐 变模 型 ， 分 析 了水 灰 比 、 骨 料 水 泥 比 、 构 件 截 面 尺 寸 以及 应 力 级 别 、 硫 酸 盐溶 液质 量分 数 等 因素对 混凝 土徐 变 的影 响． 关键 词 ： 硫 酸 盐侵 蚀 ；徐 变 ；B 3徐 变模 型 ； 损 伤 力 学 ；混凝 土 ；轴 心 受压 中图分 类 号 ： TU5 2 8 ． 0 1 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 5 Cr e e p An a l y s i s o f Ax i a l l y Co mpr e s s e d Co nc r e t e M e mb e r u n d e r Su l p ha t e At t a c k C AOJ i a n． WANG Y u a n — f e n g ( S c h o o l o f Ci v i l En g i n e e r i n g，Be i j i n g J i a o t o n g Un i v e r s i t y，B e i j i n g 1 0 0 0 4 4，Ch i n a ) Ab s t r a c t ：Ta k i ng t h e c ha r a c t e r i s t i c s of s ul p ha t e a t t a c k o n c on c r e t e i n t o c o ns i d e r a t i on，t he B3 c r e e p m o de l i s mod i f i e d by p a r a me t e r s o f s t r e s s 1 e ve l ， c o nc e nt r a t i o n of s ul p ha t e，e f f c t i v e s i z e of c r o s s s e c t i on of c o n— c r e t e me mbe r a nd l o a d i ng t i m e，i n c o mbi n a t i o n wi t h t he c o nc r e t e d a ma g e m e c ha ni c s t he o r y．The mo di f i e d B3 c r e e p mo d e l i s p r e s e n t e d b y n o n l i n e a r r e g r e s s i o n o f e x p e r i me n t a l d a t a t o p r e d i c t t h e t i me — — d e p e n d e n t d e — — f o r m a t i ons o f c o nc r e t e und e r c o upl e d e f f e c t s o f s us t a i ne d l oa di n g a nd s u l f a t e a t t a c k ． The o bt a i ne d r e s ul t s a r e i n go od a gr e e m e nt w i t h s o m e o t he r e x pe r i m e n t a l r e s ul t s ． Fi n a l l y，t h e mo dKi e d c r e e p mo de l i s a pp l i e d t o a na l y z e t he i nf l u e nc e o n t he c on c r e t e c r e e p f r om v a r i e d wa t e r t o c e me nt r a t i o，a gg r e g a t e t o c e me nt r a t i o， s i z e of c on c r e t e s pe c i me n，s t r e s s l e v e l a nd c on c e nt r a t i ons of s u l pha t e s o l ut i on ． Ke y wo r d s：s u l pha t e a t t a c k；c r e e p；B3 c r e e p mod e l ；d a m a ge me c h a ni c s；c o nc r e t e；a xi a l c ompr e s s i on 抗硫酸盐侵蚀与徐变作为混凝土材料的两项重 要 长期 性 能 已被广 泛关 注 _ 】 。 ] ． 在 混凝 土抗 硫 酸 盐侵 蚀方面， 以往的研究大多集 中在硫酸盐侵蚀单一因 素环境下进行 ， 忽视 了混凝土结构都要承受荷载这 个 事 实 ． 近年 来 ， 一 些 学 者认 识 到 了这个 问题 ， 并 对 应力腐蚀工况下 混凝土 的耐久性能 进行 了深入研 究． 已有研究[ 4 表明 ， 荷载 因素对硫 酸盐侵蚀 混凝 土会 产生 显著 的影 响 ， 加 速 硫 酸 盐 对 混 凝 土 结 构 的 侵蚀 破 坏 ． 在 混 凝 土 徐 变 研 究 方 面 ， AC I 2 0 9 R 一 9 2 ， C E B - F I P 1 9 9 0及 B 3等徐变模型已被大多数 国家混 凝土规范所采用_ 6 ] ． 虽然这些模型能够定量分析如 混 凝 土抗 压 强 度 、 水 灰 比、 骨 料 水 泥 比 、 大气 相 对 湿 度等参数对混凝土徐变的影 响， 但这些徐变模型都 无 法直 接用 于 预测外 界 环境 为硫 酸盐 侵蚀 条 件下 混 凝土的徐变． 迄今为止 ， 仅有 S c h n e i d e r 等于 2 O世纪 9 O年代初对长期浸泡在硫酸钠溶液 中的混凝土 的 收稿 日期 ： 2 0 1 0 — 0 3 — 1 7 ；修 订 日期 ： 2 0 1 0 — 0 7 — 1 2 基金项 目： “ 十一五” 国家科技支撑计划重点项 目( 2 0 0 6 B A J 0 6 B 0 4 ) ； 交通部西部交通建设科技项 目( 2 0 0 6 3 1 8 2 3 3 0 2 — 0 8 ) 第一作者 ： 曹健( 1 9 8 o 一) ， 男 ， 江西南昌人 ， 北京交通大学博士生． E — ma i l ： 0 6 1 1 5 2 2 1 @b j t u ． e d u ． c n 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 4 6 0 建筑材料学报 第 1 4卷 长期变形进行了试验研究[ 7 ] ， 但关 于持续荷载与硫 酸盐侵蚀共同作用下混凝土的徐变理论预测模型还 未 见报 道． 为了对持续压应力与硫酸盐侵蚀复合作用下混 凝 土 的长期 变 形进 行 理 论 研 究 ， 本 文 首 先 对广 泛 认 可 的混 凝土 B 3徐变 模型 进 行 介绍 ， 并 对 B 3模 型 的 最大特点 ， 即可修正性进行讨论． 同时结合持续压应 力 状态 下混 凝 土遭 受 硫 酸 盐 侵 蚀 特 点 ， 将 混凝 土连 续 损 伤力 学 理 论 与 B 3徐 变 模 型 相 联 系 ， 采 用 应 力 级别、 硫酸盐溶液质量分数、 混凝土构件截面有效尺 寸及混凝土应力腐蚀时 间等参数 ， 在 已有试验数据 的基础上对 B 3徐 变模型进行修正 ， 最后将该修正 模型与其他试验数据进行对 比， 并对该修正模 型的 影响参数进行了分析讨论． 1 B 3徐变模型 B 3徐变模型 。 基于固结理论而建立 ， 结合弹性 理论 、 黏 弹性理 论 和 流 变 理 论 来模 拟 混 凝 土 宏 观 力 学性质因水泥水化、 固相物增多而随时间不断变化 的现 象 ， 其 理 论 基础 清 晰明 确． 此 外 ， B 3 徐 变模 型 能 够 考 虑 混凝 土成 分 、 强 度 、 环 境 相对 湿 度 、 构 件 尺 寸 等诸多 因素 的影响 ， 通过将其 与 AC I 2 0 9 R 一 9 2徐变 模型和 C E B — F I P 1 9 9 0徐变模型进行 比较分析 ， 并与 国际材料与结构研究实验联合会 ( R I L E M) 的混凝 土徐变试验数据库中试验值对 比后表 明， B 3徐变模 型能更准确地应用于混凝土的徐变计算 ． B 3徐变 模型提出后得到混凝土徐变研究工作者的认可， 并 得 到较 为广 泛 的应用 和发 展_ 】 ] ． 在 B 3徐变模 型中， 混凝 土徐变 e ( ) 可由下式 计算 ： ￡ ( )一 ( )J( ， t )一 ( ) [ C o ( ￡ ， t ) +C d ( ， t ， t o ) ] ( 1 ) 式中 ： t ， t ， t 。 分别为混凝土的计算龄期、 加载龄期和 干燥龄期 ； ( ￡ ) 为作用在混凝土上的应力； J ( ￡ ， t ) 为 徐变函数 ； C 。 ( ￡ ， t ) 为基本徐变度 ； C d ( t ， t ， t 。 ) 为干 燥徐变度． C 。 ( t ， t ) 和 C d ( t ， t ， t 。 ) 可分 别按 下式 计算 ： G ( ， t )= = ：q 2 Q( ￡ ， t ) + q 3 l n [- 1 + ( ￡ 一t t ) ] +q 4 I n ( 2 ) ‘ C d ( ， t ， t o )= = = ， 、 ] ／ 2 q 5 { e X p [ ～8 H( ￡ ) ] 一e x p [ --8 H( t ) ] } ( 3 ) 式 中 ： q 为老 化 黏 弹 性 系数 ； q 。为 非 老 化 黏 弹 性 系 数 ； q 为流变 系数 ； q 为干燥 徐变 系数 ； Q( t ， t ) ， H( ) ， H ( t ) 为 时 间 函数 ； 为 常 数 ， 一 0 ． 1 ． 系 数 q ～g 及各时间函数的具体计算可参考文献I s ] ． B 3徐变 模型 的特 点在 于 ， 它是 在 混凝 土 固结 理 论 的基础上推导出来 的， 是理论性很强 的半经验半 理论公式 ， 具有明确的物理概念和较高的预测精度． 更 为重 要 的是 ， 它 的徐 变 预测 公 式 是 材 料参 数 和时 间函数的线性组合， 而且 每个参数均有 明确的物理 意义． 在拟合过程 中， 无论初始参数如何选取 ， 优化 方法如何 ， 都会得到稳定的优化参数． 这给通过试验 来确定材料参数 ， 并进行长期预测提供 了很大的方 便 ． 此 特 点 是 包 括 AC I 2 0 9 R 一 9 2 ， C E B — F I P 1 9 9 0等 在 内的其他徐 变预测模型所不具备 的口 ． 因此 ， 可以 采用试验数据来对 B 3徐变模型进行修 正， 以反 映 混凝土材料的时变特性 ， 从而达到精确预测硫酸盐 侵蚀环境下混凝土长期变形的 目的． 2 基于有效 应 力的修 正 B 3损伤 徐变 模 型 2 ． 1 压 应力 状态 下混 凝土硫 酸 盐侵 蚀特 点 受硫 酸盐 侵蚀 的混 凝 土强度 变化 一般 经 历 2个 阶段L 1 ] ： 在腐蚀初期 ， 由于新生成的盐结 晶体 的体 积增长 ， 使混凝土孔 隙率变小 ， 密实度提高 ， 此时混 凝土强度有所提高 ； 在腐蚀后期 ， 由于大量膨胀性产 物在孔结构内的膨胀应力 不断增长 ， 使孔结构遭到 破坏， 内部微裂缝不断扩展 ， 导致混凝土强度不断降 低． 当混凝土处于压应力与硫酸盐侵蚀 复合作用之 下时， 其 内部硫酸根离子 的扩散行为与无应力作用 时明显不同， 这是因为压应力 的存在对混凝 土内部 材料性能的改变会产生重要影响． 例如 ， 当压应力超 过一定 水平 时 ， 混凝 土 内部产 生裂 纹 ， 有 利 于硫 酸 根 离子的扩散 ； 当压应力水平不超过某个限制时 ， 这种 作用则会使混凝土内部更加紧密 ， 使硫酸根离子 的 扩散变得缓慢． 文献 [ 7 3 研究表明 ， 当压应力水平高 于 0 ． 6 5时， 同时承受压应力会加速混凝土的硫酸盐 腐蚀 过程 ； 当压 应力 水平 低 于 0 ． 2 7 5时 ， 同时 承受 压 应力会抑制混凝土的硫 酸盐腐蚀过程； 当压应力水 平介于这两者之间时， 硫酸盐侵蚀混凝土 的进程将 随着压应力水平的增大而加速． 2 ． 2 荷载与硫酸盐复合作用下的混凝土损伤 研究 [ 4 表 明 ， 荷 载 与 硫 酸盐 对 混 凝 土 的共 同 作用实际上是破坏 了混凝 土的组成和微观结构， 在 混凝土内部形成微缺陷 ， 随着荷载与介质 的持续腐 蚀作用 ， 这些微缺陷不断增多、 扩展 ， 从而造成混凝 土逐渐劣化直至破坏 ， 宏观表现为混凝土强度 、 弹性 模量 、 抗硫酸盐腐蚀能力等性能随时间增长而发生 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 4期 曹 健 ， 等 ： 硫酸盐侵蚀混凝 土轴 心受压构件徐变分 析 4 6 1 退化 ， 这些 均属于混凝 土 内部 的损伤演变． 可 以认 为 ， 混凝土在荷 载与硫酸盐共 同作用下其力学性能 劣 化 的本 质是 细观 结构 劣化 和损 伤 演变造 成 的 材料 细观结构的劣化 ， 硫酸盐侵蚀作用是引发损 伤扩展 的因素 ， 荷载作用则加剧 了这种损伤 的发展． 从混凝 土构件横截面的组成来看 ， 受硫酸盐侵蚀后的混凝 土构件可以看作 由外围受损混凝土及内部未损混凝 土两部分组成． 虽 然硫酸盐侵蚀混凝土是个 由表及 里 的长期过程， 但是 ， 随着侵蚀龄期 的增加 ， 受损混 凝土部分 占整个构件 的比例将逐渐增大． 根据损伤 力学理论 ， 在外部 因素 ( 包括力、 环境 、 辐射等) 的作 用下 ， 材料内部将形成大量 的微观缺陷( 如微裂纹和 微孑 L 洞 ) ， 这些微缺陷的形成 、 扩展、 汇合将造成材料 的逐渐劣化直至破坏． 从本质上讲 ， 这些微缺陷是离 散 的， 但作为一种 简单 的近似 ， 在连续损伤力学 中， 所 有 的微 缺 陷被 连 续 化 ， 它 们 对 材 料 的影 响 用 一个 或几个 连 续 的 内部 场 变 量来 表 示 ， 这 种 变 量 称 为损 伤变 量_ 1 ． 混凝土遭受荷载与硫酸盐共同作用时 ， 其材料劣 化的主要机制是由于微缺陷导致的有效承载面积 的 减小． 设无 损状 态 时混 凝 土 构件 的横 截 面面 积为 A， 损伤后其 内部完好混凝土部分的承载面积为 A， 则荷 载与硫 酸盐共 同作 用下 混凝 土损伤 度 D 一 ( A— A) ／ A， 0 ≤ D≤ 1 ． 但在受损材料 中， 测定受损面积是 比较 困难 的 ， 为 了 能 间接 地 测 定 损 伤 ， L e ma i t r e提 出 了应变等价原理[ 】 。 。 ， 即： 一 ／ ( 1一D) ( 4 ) 式 中： 为有效应力 ； 为作用在混凝 土上 的实际应 力 ( O ≤ D≤ 1 ) ． 为了确定应力腐蚀混凝土的损伤度 ， 假设荷载 与硫酸盐在混凝土 内部所引起 的微缺 陷均匀分布 ， 采用标量 D表示混凝土受应力腐蚀 后的损伤度 ， D 在[ O ， 1 ] 区间变化 ， 即： 当 D一0表示材料无损 ； D一1 表示 材料 完 全 破 坏 ． 研 究 _ 2 阳表 明 ， 混 凝 土 应 力 腐 蚀 损伤度与应力水平、 硫酸盐溶液质量分数、 构件形状 尺寸以及应力腐蚀时间 ( 。 ) 相关 ， 因此 ， 可将荷载与 硫酸盐复合作用下_的混凝土损伤度表示为 ： D一 1 一e x p [ a( 1 ) ( o ／ f c ) ( 2 S ) t e ] ( 5 ) 式 中 ： ／ 厂 c 为 应 力 级 别 ， ； W 为 硫 酸 盐 溶 液 质 量 分数 ， ； 为混凝 土构件体 积 ， c m。 ； S为混凝土构 件表面积 ， c m。 ； 口 ， b ， f ， d， 8 为待定系数． 2 ． 3 修 正 B 3徐 变模 型 对 于硫酸盐侵蚀混凝土轴心受压构件 ， 在持续 荷 载作 用 下 ， 构 件 横 截 面 的不 同位 置 处 混 凝 土平 均 应 变相 同 ， 由于 完好 混凝 土 和损伤 混凝 土 的应 力 一 应 变关系本构关系不同 ， 造成 了两部分混凝 土承受 的 应力不同． 当荷载保持不变， 意味着截面发生内力重 分布 ： 损伤混凝土部分发生卸载 ， 完好混凝土部分应 力增大． 因此， 硫酸盐侵蚀对混凝土轴心受压构件徐 变的影响主要是完好 混凝土部 分应力或应 变 的增 大． 根据上述对持续荷载与硫 酸盐复合作用下 的混 凝土损伤分析 ， 将式 ( 4 ) ， ( 5 ) 应用于式 ( 1 ) 中， 则硫酸 盐侵蚀下混凝土徐变可表示为 ： ￡ ： l ( )一 ( ￡ )J( ， t I )一 J( ， t t )一 1— — ( ￡ ) ( f ， t I ) ( 6 ) 式 中 ： J( t ， t ) 为 硫 酸 盐 侵 蚀 下 混 凝 土 有 效 徐 变 函数． 值得强调的是 ： 迄今为止 ， 国内外仅有 S c h n e i - d e r 等对 长期 浸泡 在 硫 酸钠 溶 液 中 混凝 土轴 心 受 压 构 件 的长期 变形 进 行 了试 验 研究 r 7 ] ， 因此 ， 采用 非 线 性 回归建立硫酸盐侵蚀混凝土轴心受压构件徐变理 论模型及模型验证都只能利用 文献[ 7 ] 中的试验数 据． 文献 E 7 ] 中考虑的试验参数 主要包括 ： 应力级别 ( a ／ f ~ = = = 0 ． 2 0 ， 0 ． 3 5 ， 0 ． 5 0 ， 0 ． 6 5 ) 、 硫 酸盐溶 液 质 量分 数 ( 分别 为 1 ， 5 ) 以及混凝 土构件尺寸 ( 分别为 5 c m5 c m1 5 c m， 1 0 a m1 0 c m x 3 0 e ra) 。 应 当 指 出 ， 当 0 土的长期变形产生正负两 向效应 ， 很难将这两种正负耦合作用 区分开 ； 当 0 ． 6 5 0 ≤ ／ f c <1时， 混凝 土徐变将呈现 非线性性 质， 超 出 B 3徐 变模型的适用范围． 因此 ， 本文对以上两种情况暂不 做分 析 ． 当 0 ． 2 7 5 ~a ／ f 凝土徐 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 建筑材料学报 第 1 4卷 变的试验数据( 表 1中编号分别为 1 — 1 ， 1 — 2 ， 1 — 3 ， 2 — 1 ， 2 - 2 ， 2 - 3 ， 2 - 4 ) ， 采用 S P S S统计分析软件， 通过非线性 回归可得式( 5 ) 中各待定系数分别为： a 一--0 ． 0 7 0 3 ， 6 —1 ． ： 7 9 ， c 一一O ． 3 2 9 ， d 一 --0 ． 4 0 6 ， g 一0 ． 9 2 8 ， 相 关 系 数 R 。 一0 ． 9 6 9 ． 3 模型验证 将文献1- 7 ] 中未用于非线性回归的徐变试验数 据( 试验参数为表 1中编号 1 — 4 ) 与本文建立 的修正 B 3徐 变模 型计 算值进行 对 比， 结果如 图 1及 表 2 所示 ． 图 1 修正 B 3 徐变模 型计算值与试验数据的对 比 Fi g．1 Comp a r i s o n o f c a l c ul a t i on v a l ue of mod i f i e d B3 c r e e p mo de l wi t h e x pe r i m e nt a l d a t a 表 2 修正 B 3徐变模型计 算值 与试 验数 据之间的误差分析 Ta b l e 2 De v i a t i o n a n a l y s i s b e t we e n t h e e x p e r i me n t a l d a t a a n d t h e c a l c u l a t i o n v a l u e o f mo d i fie d B3 c r e e p mod e l ( 一￡ ) ／ d 1 2 0 2 4 0 3 6 0 4 8 0 6 0 0 7 2 0 8 4 0 9 6 0 1 0 8 0 D e v i a t i o n ／ 1 ． 6 9 8 ． 9 8 7 ． 9 6 4 ． 1 O 7 ． 6 1 9 ． 1 8 5 ． 5 3 2 ， 5 4 4 ． O 7 No t e：De v i a t i o n o f c a l c u l a t i o n v a l u e f r o m e x p e r i me n t d a t a = l Ca l c u l a t i o n v a l u e —Ex p e r i me nt a l d a t a／ Ex p e r i me n t a 1 d a t a ． 从图 1 及表 2中可以看出， 利用修正 B 3徐变模 型计算得到的硫酸盐侵蚀下混凝土徐变值与试验实 测值吻合较好， 能准确反 映混凝土长期徐变发展趋 势． 混凝土应力腐蚀 0 ~2 4 0 d时 ， 计算值与试验值的 误差最大值为 8 ． 9 8 9 ／ 6 ； 应力腐蚀 2 4 0 ~4 8 0 d时 ， 计算 值与试验值 的误 差逐渐 减小 至 4 ． 1 0 ； 应 力腐 蚀 4 8 0 ~7 2 0 d时， 计算值与试验值的误差逐渐增大 ， 至 7 2 0 d时达到整个应力腐蚀计算范围内的最大误差 9 ． 1 8 ； 应力腐蚀 7 2 0 ～1 0 8 0 d时 ， 计算值与试验值 的误 差逐 渐减 小 ， 至 9 6 0 d时达 到 2 ． 5 4 ． 4 参数分析 本文采用修 正 B 3徐变模 型计算公式 ， 先选取 混凝土的水灰比 m m 、 骨料水泥 比m m 、 混凝土 构件尺寸等 内部 因素， 再选取加载龄期 、 应力级别 、 硫酸盐溶液质量分数等外部因素对影响硫酸盐侵蚀 混凝土轴心受压构件徐变的因素进行分析． 以下用 3组算例来分析混凝土内部因素对其徐 变的影响． 3组算例的加 载龄期、 应力级别 、 硫酸盐 溶液质量 分 数等 条 件 相 同， 分 别 为 2 8 d ， 4 0 ％ 和 1 ． 各组算例的混凝土材料参数见表 3 ． 表 3混凝土材料参数 Ta b l e 3 Pa r a me t e r s o f t h e c o n e r e t e 水灰 比对混凝土徐 变的影响如 图 2所示． 从 图 2中可 以看 出 ： 徐 变在 加 载初 期 发 展 速度 快 ， 此 后 发 展速度减缓 ， 但加载到 3 0 0 0 d时曲线仍然呈上升趋 势． 构件 的徐 变随水灰 比的降低而减 小， 加 载 0 ～ 3 0 0 0 d 时 ， 当水灰比从 0 ． 6 5降至 0 ． 5 5 ， 构件 的徐变 值平均减少 6 ． 5 8 ； 水灰比从 0 ． 5 5降至 0 ． 4 5 ， 徐变 值平均 减小 3 ． 9 9 ． 值 得 注意 的是 ， 当水 灰 比从 0 ． 5 5 增 加 到 0 ． 6 5时 所 对应 的混凝 土徐 变 增 加 值 是 水灰比从 0 ． 4 5 ～0 ． 5 5时徐变增加值 的 1 ． 7 7倍． 可 以预测 ， 随着水灰比的逐渐增加 ， 其对混凝土徐变 的 影响 将愈 来愈 显著 ． ． 1 6 00 1 4 0 0 1 2 0 0 1 0 0 0 善 8 o o 6 0 0 4 0 0 2 o o 0 5 0 0 1 0 0 0 1 5 0 0 2 0 0 0 2 5 0 0 3 0 0 0 ( f _ f ) ， d 图 2 不同水灰 比对混凝 土徐变 的影响 Fi g．2 Cu r v e s of c r e e p wi t h v a r i e d wa t e r t o c e me nt r a t io ( e x a mp l e c o d e 1 ) 图 3为不同骨料水泥 比对混凝 土徐变的影 响． 由图 3可见 ， 徐变 随混凝土 中骨料水 泥 比的降低呈 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 4期 曹健 ， 等 ： 硫酸盐侵蚀混凝 土轴 心受压构件徐变分析 现增 加 的趋势 ． 徐 变在 加载 初期 发展 速 度快 ， 此 后 发 展速度减缓 ， 但到加载 3 0 0 0 d时 曲线仍有上 升趋 势． 加载 0 ～3 0 0 0 d时 ， 当骨料水泥 比从 7 ． 0降到 5 ． 7 ， 构件 的徐变值将平均增加1 1 ． 5 8 ％； 当骨料水泥 比从 5 ． 7降到 4 6 ， 徐变值会平均提高 1 1 ． 9 9 9 ／ 5 ． O 5 0 0 1 0 0 0 1 5 00 2 0 0 0 2 5 0 0 3 0 0 0 f f — t ) ／ d 图 3不同骨料水 泥比对混凝 土徐变 的影 响 Fi g ． 3 Cu r v e s o f c r e e p wi t h v a r i e d a g g r e g a t e t o c e me n t r a t i o ( e x a m p l e c o d e 2 ) 图 4为构件 尺 寸 对 混 凝 土徐 变 的影 响 曲线 ． 由 图 4可见 ， 3条 徐变 曲线 的变 化 趋 势基 本 一 致 ， 均 是 在加载初期发展速度快 ， 此后发展速度减缓 ， 但到加 载 3 0 0 0 d时曲线仍然呈上升趋势． 构件的徐变随构 件尺寸的增大而减小． 当构件尺寸增大时 ， 构件 的徐 变明显减小 ， 这是 因为构件截面有效 尺寸 的损伤大 小代表硫酸盐侵蚀对混凝土影响的大小 ， 当其他 因 素相同的时候 ， 尺寸大的构件有效截 面尺寸损伤较 尺寸小的构件小 ， 故其徐变 较小． 加 载 0 ～3 0 0 0 d 时， 当构件尺寸从 5 c m~5 c mX1 5 c m增加到 1 0 c rux 1 0 c mX 3 0 c m， 徐变值平均会减少 8 ． 4 9 ； 当 1 0 c rux 1 0 c m3 0 c m 增 加 到 1 5 c m1 5 c m4 5 c m， 构 件 的徐变值平均将减小 4 ． 0 8 ． 0 5 0 0 l 0 0 0 1 5 0 0 20 0 0 2 5 0 0 3 0 0 0 ( t - t ) ／ a 图 4 不 同混凝土构件尺寸对徐变的影响 Fi g ． 4 Cu r v e s o f c r e e p wi t h v a r i e d s i z e o f c o n c r e t e s p e c i me n( e x a mp l e c o d e 3 ) 本文主要用 2组算例( 参数如表 4所示) 来分别 讨论应力级别 、 硫 酸盐溶液质量分数这些外部因素 对徐 变 的影 响． 表 4 算例 4 。 5的相关参数 Ta b l e 4 Re l a t i v e p a r a me t e r s f o r e x a mp l e c o d e 4 a n d c o d e 5 图 5为应力级别对徐变的影响． 由图 5可见 ， 徐 变在加载初期发展速度快， 此后发展速度减缓 ， 但到 加载 3 0 0 0 d时曲线仍然有上升的趋势． 徐变随应力 级别的增加而增加 ， 与文献[ 7 ] 的结论相同． 加载O ～ 3 0 0 0 d时 间范 围 内 ， 当应 力 级 别 由 0 ． 3 0增 至 0 ． 4 0 时 ， 徐变值平 均增加 2 9 ． 7 3 ； 应 力级别_ 由 0 ． 4 0增 至 0 ． 5 0 ， 徐 变值 平均增 加 2 2 ． 5 8 ． 图 5不 I司应 力 级 别 对 徐 变 的 影 响 曲线 Fi g． 5 Cur v e s of c r e e p wi t h v a r i e d s t r e s s l e v e l( e x a mp l e c o d e 4 ) 图 6为不 同硫 酸盐 溶液 质 量分数 下 混凝 土 构件 徐 变对 比曲线 ． 由图 6可见 ： 硫 酸盐溶 液 质量 分数 为 1 9 ／ 6 的徐变 曲线在加载初期发展快 ， 此后发展缓慢 ， 在加载 2 0 0 0 d的时候 ， 该 曲线基本呈水平状态 ； 硫 酸盐溶液质量分数 为 2 的徐变 曲线 ， 在加载初期 增长迅速 ， 此后增长速度缓慢 ， 但在加载 2 0 0 0 d时 ， 该 曲线 仍 有 上 升趋 势 ； 硫 酸 盐 溶 液 质 量 分 数 为 3 的徐变 曲线 ， 在 加载 初期 增 长迅 速 ， 此 后增 长 速度 缓 慢 ， 但在加载 2 0 0 0 d时， 曲线仍有较高上升趋势 ， 且 在 2 0 0 0 d时趋 于破坏． 从对 比曲线 中可 以看出 ， 硫 酸盐溶液质量分数越大， 构件 的徐变越大． 加载0 ～ 2 0 0 0 d 时 间范 围 内， 当溶 液质 量 分 数 由 1 增 至 2 9 ／ 6 ， 徐变值平均增加 3 1 ． 9 6 9 ／ 5 ； 溶液质量分数 由 2 增至 3 ， 徐变值平均增加 3 5 ． 7 2 ． 混凝土结构遭受 自然硫酸盐侵蚀环境 的情况 主 要 可分 为 3类 ： ( 1 ) 地下 水 、 海 水 及工 业废 水 的侵 蚀 ； I( 2 ) 盐湖、 盐土地 区环境的侵蚀 ； ( 3 ) 潮汐区、 浪溅区 、 水位变动区等环境的侵蚀． 本文对长期浸泡在硫酸 O O O O O O O O ∞ 加 ∞ 踟 ∞ ∞ 加 。 0 瞻 ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ 8 6 4 2 O 8 6 4 2 口 o _I 积 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 4 6 4 建筑材料学报 第 1 4卷 3 0 0 0 2 5 0 0 l 0 0 0 5 0 0 0 5 0 0 1 0 0 0 l 5 0 0 2 0 0 0 r f — t ) ／ d 图 6 不 同硫 酸盐溶液质量分数对徐变的影响曲线 Fi g． 6 Cur ve s o f c r e e p wi t h va r i e d c on c e nt r a t i on s o f s u l p h a t e s o l u t i o n ( e x a mp l e c o d e 5 ) 盐溶液中混 凝土进行 的研究 可 以满足情 况 1的需 要 ； 对 于情 况 2 ， 与本 文研 究 的差 别 在 于 硫 酸根 离 子 进 入 混凝 土 的介质 不 同 ， 情况 2 表 示 的是 硫 酸 根 离 子通过空气或土壤中的水分子与混凝土表面接触进 而进入混凝土内扩散 ； 对于情况 3 ， 与本文的差别在 于需要考虑干湿循环对硫酸盐侵蚀混凝土 的影响． 因此 ， 对于后两种情况还需进行进一步研究． 5 结论 ( 1 ) 采用 损伤力学 中有效应力 与 B 3模 型相结 合及对已有试验数据非线性 回归方法建立的硫酸盐 侵蚀下混凝土轴心受压构件修正 B 3徐变计算模型 与其他试验数据符合较好． ( 2 ) 应用 修正 B 3模型进行 的硫 酸盐 侵蚀下混 凝 土轴 心受 压构 件 徐 变 参 数 分 析 表 明 ， 与 徐 变大 小 成正比关系的因素主要包括水灰比、 应力级别、 硫酸 盐溶液质量分数等 ， 而与徐变大小成反 比关系的因 素主要有骨料水泥 比及构件 尺寸． 其 中， 加载 0 ～ 3 0 0 0 d ， 当水灰 比从 0 ． 6 5降低到 0 ． 4 5 ， 构件 的徐变 值平均将减少 1 0 ． 5 7 ； 当骨料水泥 比从 7 ． 0降低 到 4 ． 6 ， 构件的徐变值平均将增加2 3 ． 5 7 ； 当构件 尺寸 从 5 C l T I 5 c m1 5 c r l l 增 加 到 1 5 C l T I X 1 5 C 1 T I 一 4 5 c m， 徐 变 值 平 均 会 减 少 1 2 ． 5 7 ~／ 6 ； 当 应 力 级 别 由 0 ． 3 0增至 0 ． 5 0时 ， 徐变值平均增加 5 2 ． 3 1 ． 加载 0 ～2 0 0 0 d ， 当溶液质量分数 由 1 增至 2 ， 徐变值 平均增加 3 1 ． 9 6 ； 溶液质量分数 由 2 增 至 3 oA， 徐变值平均增加 3 5 ． 7 2 ． 参考 文 献 ： [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] E l O 3 [ 1 1 ] [ 1 2 ] [ 1 3 ] [ 1 4 ] NE VI L L E A M． Th e c 0 n f u s e d wo r l d o