荷载作用下引气混凝土氯离子传输规律研究.pdf

文章编 号 ：1 0 0 7 0 4 6 X ( 2 0 1 3 ) 0 4 0 0 4 0 0 4 生态建材 荷载作用下引气混凝土氯离子传输规律研究 S t u d y o f T r a n s mi s s i o n L a w o f C h l o r i d e I r o n i n A i r E n t r a i n e d Co n c r e t e u n d e r L o a d i n g 张慧- ，任鹏程z ，金祖权- ，常洪雷1 ，刘伟龙1 ( 1 青岛理工大学土木学院，山东青岛2 6 6 0 3 3 ；2 青荣城际铁路有限责任公司，山东烟台2 6 4 0 0 0 ) 摘要 ： 研 究 了承 受 0 - 5 0 弯 曲荷 载 的 引气 混凝 土在 腐 蚀溶 液 浸 泡 下的 氯 离子 浓度 分 布 、传 输规 律 。 试验 结 果 表明 ：混凝土表层氯离子含量随着荷栽等级的增加而逐渐升高，但是升高的幅度逐渐降低 ；混凝土不同受 力区域的氯 离子含量关系为受拉 区受压区一非受力区；硫酸根 离子延缓了混凝土中氨 离子传输，但这种 抑制作用随弯曲荷栽应力比增加而减弱。 关键词 ： 弯曲荷 载 ；混凝 土 ；氯 离子 ；硫 酸盐 中图 分 类 号 ：T U5 2 8 3 8 文 献标 志码 ：A Ab s t r a c t ：T h e d i s t r i b u t i o n a n d t r a n s mi s s i o n o f c h l o r i d e i o n i n a i r e n t r a i n me n t c o n c r e t e wi t h 0 5 O b e n d i n g l o a d a n d i mme r s e d i n c o r r o s i o n s o l u t i o n we r e i n v e s t i g a t e d T h e e x p e r i me n t a l r e s u l t s s h o we d t h a t t h e c h l o r i d e i o n c o n t e n t r a i s e d wi t h t he i n c r e a s i n g b e n d i n g l o a d b u t t h e i n c r e a s i n g r a n g e g r a d u a l l y r e d u c e d T h e c h l o r i d e i o n c o n t e n t a n d i t s t r a n s mi s s i o n v e l o c i t y i n t h e t e n s i l e s t r e s s r e g i o n we r e h i g h e r t h a n t h a t i n t h e c o mp r e s s i v e s t r e s s r e g i o n a n d n o n s t r e s s r e g i o n T h e s u l f a t e i o n i n c o r r o s i o n s o l u t i o n r e t a r d e d t h e c h l o r i d e i o n p e n e t r a t i o n i n t o c o n c r e t e a n d t h e i n h i b i t i o n we a k e n e d wi t h i n c r e a s e d b e n d i n g l o a d Ke y wo r d s ： b e n d i n g l o a d ， c o n c r e t e ， c h l o r i d e i o n s u l f a t e 0 前 言 混凝土结构的耐久性问题已经引起工程界广泛关注， 尤其是处于海洋或恶劣环境下，混凝土结构耐久性不良的 问题更加突出 。钢筋锈蚀是导致混凝土耐久性不足首当 其冲的核心问题，而在引起钢筋锈蚀的因素中，氯离子侵 蚀尤为显著。氯离子在混凝土中传输，不仅受到混凝土材 料自身微细观结构的影响，而且受到混凝土所处环境因素 和荷载因素的影1 J 2 - 3 1 。当混凝土在荷载作用下，内部的 微裂缝增加 ，而这些微裂缝使混凝土中的原始微裂缝扩 展和相互连通，形成潜在的传输通道，引起渗透性增大。 越来越多的学者重视荷载作用对耐久性的影响。最 早将裂缝或荷载与氯离子渗透性能和钢筋腐蚀 II I 结合起 来研究的是法国的F r a n c o i s R和 M A S O J C 5 1 。通过初步的 研究，发现氯离子：和 C O ， 的渗透与荷载引起的混凝土微 观结构变化有关。何世钦l 6 l 等研究了持续弯曲荷载作用下 氯离子在混凝土中的扩散渗透规律，结果表明在持续荷载 基金项目：高性能土木： 程材料国家重点实验室开放基金 f 2 0 1 0 C E M0 0 6 ) 4 0 CoAL AsH 4 201 3 作用下， 昆 凝土界面产生拉应力使微裂缝增加，加快氯离 子扩散速度。 考虑到海水中既有高浓度的氯离子，又有2 1 0 6 m g m 3 的硫酸根离子， 硫酸根离子存在将会导致受荷混凝土中氯 离子传输规律演变【7 1 。此外，混凝土在弯曲荷载中除了纯 拉区，还有受压区和非受力区，这些区域氯离子传输规律 如何，仍需开展研究。为此，本文对承受不同应力比弯曲 荷载的引气混凝土在单一氯盐、氯盐硫酸盐复合溶液下浸 泡，以期获得混凝土不同受力区域的氯离子传输规律，以 及硫酸根离子对荷载作用混凝土氯离子传输的影响。 1 试 验 1 1 原材料和混凝土配合比 试验中制备混凝土所用的原材料包括 P O 4 2 5 水泥、 青岛某电厂产I 级粉煤灰、 青岛某公司产最大粒径为2 5 m m 的碎石、青岛某砂场产的细度模数为 2 7的中砂。通 过聚羧酸高效减水剂调整混凝土为保证混凝土拌合料的坍 由图 2 、图3 可知，混凝土中氯离子含量随深度增加 而减少，随加载等级的增加而逐渐升高，但是增加幅度逐 渐降低。相比加载混凝土，未加载混凝土不同深度处的氯 离子含量较低；对于混凝土内部氯离子含量趋于稳定的深 度， 加载混凝土明显大于未加载的，未加载混凝土在 1 2 m m 左右开始趋于稳定状态 ，加载混凝土在 1 7 m m左右开始趋 于稳定状态。 2 2 不同受力区域混凝土氯离子传输规律 C 3 0 、s 2 混凝土加载 3 0 、5 0 后在 N a C 1 溶液中浸 泡 7 个月，测试受拉面、受压面、非受力面不同深度处的 氯离子含量，结果见图 4 、 5 。 吲 j 钿 枉 匣 母 皿 皿 田 Ij 知 随 母 皿 4 0 3 0 2 0 1 O 0 深度 mm ( a )C 3 0混凝土 深度 m m ( b )S 2混凝土 图4 3 0 弯曲荷载混凝土的氯离子浓度分布 由图4 、5可知，加载混凝土在单一氯盐溶液中浸泡， 混凝土中氯离子含量随着深度的增加而逐渐降低，最终趋 于稳定状态。混凝土在受拉区同深度的氯离子浓度、混凝 土中氯离子渗透深度均高于非受力区和受压区。其原因在 于：混凝土在受拉过程，其内部将产生微细裂缝，这些裂 缝将加速氯离子渗透。混凝土在承受弯曲荷载过程中，其 受压区所受到的荷载非常小，远小于其抗压强度。因此， 4 2 CoAL AsH 4 21 1 1 3 受压区对混凝土中氯离子传输影响较小。 噩 l 抽 扭匣 丑 -E l i 删 I1 钿 H 枉 匣 膈 忸 皿 4 0 3 0 2 O 1 0 0 O 6 O 05 0 4 0 3 O 2 0 1 O O 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 O 3 5 深度 m m ( a )C3 0混凝土 5 1 0 l 5 2 O 2 5 3 O 3 5 深度 ram ( b )S 2混凝土 图 5 5 0 弯 曲荷载混凝土的氯离子浓度分布 2 3 硫酸根离子对混凝土氯离子传输规律影响 承受 3 0 和 5 0 弯曲荷载的 C 3 0混凝土在 N a C 1 、 N a C 1 和 N a s 0 复合溶液中浸泡7个月，测试混凝土受拉 区和受压区不同深度处的氯离子含量，结果见图 6 。 由图6可知，混凝土在复合溶液中浸泡 7 个月后，其 受拉面中的氯离子含量均比在氯化钠中浸泡的要小，即 硫酸根离子存在延缓了混凝土中氯离子传输。但随应力 比增加，硫酸根离子对氯离子传输的延缓作用明显减弱。 其原因在于： 混凝土在复合溶液中腐蚀，氯离子和 硫酸根离子同时向混凝土内部传输，其氯离子传输速度因 为硫酸根离子的竞争作用将会下降；硫酸根离子也会与水 泥水化产物生成钙矾石等密实混凝土孔结构延缓氯离子传 输。 当混凝土受到弯曲荷载时，随荷载应力比增加， 其粗孔比例和微裂纹将会增加，腐蚀离子传输通道将会扩 大，硫酸根离子与氯离子在传输过程中的竞争将会减弱， 生成的腐蚀产物也难以完全密实受荷所产生的微细裂缝。 因此，硫酸根离子的延缓作用下降。 O 5 0 4 皿 旺 ll 托 0 3 枉 匣 髫0 2 皿 0 1 0 咖 1 抽 拯 匣 撅 丑 皿 3 结 论 0 4 5 1 O l 5 2 O 2 5 3 O 3 5 深度 mm 深度 mm ( a) 3 0 应力比的弯曲荷载 5 l 0 l 5 2 O 2 5 3 0 3 5 深度 m m ( b)5 0 应力比的弯曲荷载 图 6 受荷 C 3 0 混凝土在不同腐蚀溶液中的氯离子浓度分布 ( 1 ) 混凝土表层氯离子含量及氯离子传输距离随着弯 曲荷载应力比增加而逐渐增加，但随应力比增加，其氯离 子升高幅度逐渐降低。 ( 2 ) 混凝土受拉区的氯离子浓度与氯离子传输距离均 大于受压区和非受力区，其中受压区和非受力区相近。 ( 3 ) 腐蚀溶液中硫酸根离子存在延缓了混凝土中氯离 子传输，但随弯曲荷载应力比增加，硫酸根离子对氯离子 传输的抑制作用减弱。 参考文献 1 】张玉敏， 黄博生， 高蕊 海水侵蚀环境下混凝土耐久性的研究 J 四川 建筑科技研究院， 2 0 0 4 ， 3 0 ( 4 ) ： 9 0 9 2 2 】余红发， 孙伟， 李美丹 混凝土在化学腐蚀和冻融循环作用下的强度变 化 J 沈阳建筑大学学报， 2 0 0 6 ， 2 2 ( 4 ) ： 5 8 8 5 9 1 3 】姬永生， 袁迎曙 干湿循环作用下氯离子在混凝土中寝室过程分析 J 工业建筑， 2 0 0 6 ( 1 2 ) ： 1 6 - 2 3 4 】过镇海 混凝土的强度和变形【 M】 北京： 清华大学出版社， 1 9 9 7 5 】F R AN C OI S R，MAS O J C E f f e c t o f d a ma g e i n r e i n f o r c e d c o n c r e t e O il c a r b o n a t i o n o r c h l o r i d e p e n e t r a t i o n J C e me mt Co n c r R e s l 9 8 8 ， 1 8 ( 6 ) 9 6 1 - 9 7 0 【 6 何世钦， 贡金鑫 弯曲荷载作用下对混凝土中氯离子扩散的影响【 J 建筑材料学报， 2 0 0 5 ， 8 ( 2 ) ： 1 3 4 1 3 8 7 金祖权 伟，张云升， 等 混凝土在硫酸盐、氯盐溶液中的损伤过程 J 硅酸盐学报， 2 0 0 6 ， 3 4 ( 5 ) ： 6 3 0 6 3 5 作者简介：张慧( 1 9 8 8 一) ， 女， 硕士研究生 收稿 日期： 2 0 1 2年 1 2 月 1 7日 ( 上接第 3 6页) ( 2) 合理控制宝钢转炉滚筒渣细集料掺量用于混凝 土，体积稳定性良好且有利于混凝土力学性能。 ( 3) 现有压蒸安定分析方法并不贴近钢渣应用于工 程混凝土实际状态，钢渣应用于混凝土中的压蒸安定性 方法和评价标准需进一步研究。 参考文献 1 】金强， 贺鸿 珠， 杨刚， 等 宝钢钢渣在混凝土材料 中资源 化应用技 术研究【 J _ 宝钢技 术， 2 0 1 0 ( 3 ) ： 1 9 2 2 2 】白敏， 尚建丽， 张松榆， 等 钢渣替代粗集料配制混凝土的试验研究【 J 】 混凝土， 2 0 0 5 ( 1 1 ) ： 6 2 6 4 3 涂文懋 ，魏茂 钢渣显微构造和特性及其在混凝土 中的应用研究 J 混凝土， 2 0 0 7 ( 1 1 ) ： 7 7 7 9 【 4 】刘建生 ，顾文飞，徐莉， 等 转炉滚筒渣在商品干粉砂浆中应用技 术研究 J 新型建筑材料， 2 0 0 9 ( 2 ) ： 5 3 5 6 5 】 朱书景，秦莹 钢渣细集料安定性测定方法研究 J 武钢技术， 2 0 0 9 ( 8 1 ： 1 2 1 4 作者简介： 徐兵( 1 9 7 8 一) ， 男， 2 0 0 0 年毕业于同济大学材料科学与工程学 院， 工程师， 现从事钢铁工业固废综合利用研发工作 通信地址： 上海市宝山 区 铁力路2 4 6 8 号甲四楼l 1 5 室 E m a i l ： b a o s t e e l x b s i n a c o m 收稿日期： 2 0 1 2年 1 2月 l 9日 4 2 0 1 3 粉煤灰 4 3 6 5 4 3 2 l 0 O O O O O O 删姐 艇 丑皿 4 3 2 l 0 叭 0 鋈唰姐 褪 忸皿