干湿交替作用下混凝土抗硫酸盐侵蚀性能研究.pdf
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1、2 0 1 1年第 2期 2月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA C0NCRETE AND CEMENT PRODUCTS 2 011 N0 2 Fe b r ua r y 干湿交替作用下混凝土抗硫酸盐侵蚀性能研究 汪廷秀 , 高建 明, 丁平华 , 陈吓敏 , 刘艳玲 ( 东 南大 学材 料学 院江苏省 土 木工程 材料 重点 试 验室 , 南京 2 1 1 1 8 9 ) 摘要 : 研 究 了干湿 交替一 硫 酸盐溶液耦合作 用下混凝土的损伤过程 , 以混凝 土相 对动弹性模量 的变化 来表征 混凝土 内部的损伤程度。采用环 境扫描 电镜( E S E M ) 分析 了干湿交替
2、与硫 酸钠溶液作用下混凝土的微观结构。结果 表 明 与 自然浸泡硫酸 盐溶 液腐蚀 方式相 比, 干湿 交替作 用加剧 了混凝土在硫酸 盐溶液 中的损伤程度 ; 干 湿循环早 期 硫 酸 盐 对 混 凝 土 有 填 充 空 隙缺 陷的 作 用 。 同 时试 验 表 明 , 水胶 比 对 混 凝 土 的 相 对 动 弹 性 模 量 有 重 要 影 响 ; 矿 物 掺 合 料 的加 入 能显 著提 高 混凝 土 的抗 硫 酸 盐侵 蚀 能 力 。 关键词 : 干 湿交替 ; 硫酸盐 ; 混凝土 ; 相对动弹性模量 ; 微观 结构 Ab s t r a c t : T h e d a ma g e
3、p r o c e s s o f c o n c r e t e u n d e r d r y w e t c i r c u l a t i o n a n d s u l f a t e a t t a c k i s r e s e a r c h e d u s i n g t h e p a r a me t e r r e l a t i v e d y n a mi c e l a s t i c mo d u l u s( E r d) t o r e fl e c t t h e d e g r e e o f d a ma g e a n d ES EM t o o b
4、 s e r v e t h e mi c r o s t r u c t u r e o f i n t e r i o r c o n c r e t e T h e r e s u l t s i n d i c a t e t h a t c o mp a r e d wi t h t h e c o r r o s i o n mo d e o f n a t u r a l i mme r s i o n o f s u l f a t e s o l u t i o n ,d r y we t c i r c ul a t i o n c a n a c c e l e r a
5、t e t h e pr o c e s s o f d a ma g e o f c o nc r e t e e x p o s e d t o s u l f a t e s o l u t i o nAt t h e e a r l y pe rio d o f d r y we t c i r c u l a t i o n , s u l f a t e i n s i d e t h e c o n c r e t e i s h a r ml e s s d u e t o i t s p a d d i n g t h e c r a c k o f c o n c r e
6、t e Al s o t h e r a t i o o f wa t e r t o c e n l e n t i t i o u s ma t e r i a l c a n s i g n i f i c a n t l y a f f e c t t h e r e l a t i v e d y n a mi c e l a s t i c mo d u l u s ( Er d ) o f c o n c r e t e ,a n d t h e a d mi x t u r e s u s e d c a n o bv i o u s l y i mp r o v e t h
7、e a bi l i t y o f s u l f a t e r e s i s t a nc e o f c o n c r e t e Ke y wo r d s :D ry we t c i r c u l a t i o n ; S u lf a t e ; C o n c r e t e ; R e l a t i v e d y n a mi c e l a s t i c mo d u l u s ( E , ) ;Mi c r o s t r u c t u r e 中图分类号 : T U 5 2 8 文献标识码 : A 文章编号 : 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2
8、 0 1 1 ) O 2 1 7 0 5 0前 言 遭受环境 因素 的侵蚀是导致混凝 土材料与结 构性能退化和服役寿命缩短 的直接原 因之一 , 硫酸 盐侵蚀是 混凝 土材料 与结 构受环境 因素作 用而发 生损 伤 累积 破 坏 的重 要形 式 I l l。在 我 国沿 海 地 区和 西部 盐 湖地 区的混 凝 土 , 无 时不 遭 受 干湿 交 替 和硫 酸盐 、 氯盐等腐蚀介质的耦合破坏作用 , 混凝 土的 寿命大大低于设计寿命 , 因此 , 开展对 干湿交替 和 硫 酸 盐 溶 液 耦 合 作 用 下 混 凝 土 的损 伤 过 程 和机 理 研 究工 作显 得尤 为重 要 和紧 迫 。
9、 反 映 混凝 土 在硫 酸 盐 作 用 下 损 伤 程 度 的指 标 主要 有 表 面 形 态 破 坏 程 度 、 抗 压 、 抗 折 强度 衰减 程 度 、 重量 损 失 率 、 动 弹 性模 量 、 混 凝 土 膨 胀 率 等 l2 卅 。 本 文 主 要 以测 量 弹 性 模 量 来 表 征 混 凝 土 内部 的损 伤 程度 ,并通 过 E S E M 分析 混 凝 土 的微 观结 构 以 期探 明干湿交替与硫酸盐溶液耦合作用下混凝土 的损伤规律 , 为沿海或盐湖地 区混凝土 的寿命预测 提供 重要 依据 。 1 原 材料 与试 验方 法 基金项 目: 国家 9 7 3计 划项 目(
10、2 0 0 9 C B 6 2 3 2 0 3 ) 。 1 1 试 验 原材 料及 配合 比 1 1 1 试 验原 材料 水泥 : P I 5 2 5级水泥 ;粉煤灰 : I 级低钙灰 ; 矿 粉 : $ 9 5级磨 细 矿 粉 ; 砂 : 中砂 , 细 度模 数 2 6 ; 石 子 : 玄 武岩 , 粒 径 5 2 0 mm, 连续 级 配 ; 外加 剂 : 聚 羧 酸型 高效 减水 剂 ( P C A) , 减 水率 2 5 以上 ; 水 : 自来 水 。 水泥和掺合料 的化学成分如表 l 所示 。 表 1 水 泥 和 掺 合 料 的 化 学 成 分 C a O S i O : A 1 :
11、 O 3 F e 2 O 3 Mg O S O 3 烧失量 水 泥 6 5 O 3 2 1 -3 8 4 7 1 3 6 8 2 5 3 0 5 3 0 6 7 粉煤灰 3 9 0 5 0 9 9 3 1 3 4 5 9 3 1 2 7 1 4 5 2 5 2 矿 粉 3 7 8 0 3 2 9 O 1 5 1 0 1 3 4 0 1 4 7 1 0 2 1 1 2配合 比 试 验用 混凝 土 配合 比如 表 2 所 示 。掺合 料等 量 取 代 水 泥 , 其 中粉煤 灰 掺 量 为 3 0 , 矿 渣 微 粉 掺 量 为 5 0 , 外加剂掺量为胶凝材料总量的 2 。 1 2试验 方 案
12、试 验采 用 7 0 mm 7 0 m mx 2 8 0 mm试 件 , 硫 酸盐溶 液 浓度 为 5 0 同时 设计 自然 浸 泡 组 作 为 对 比试 验 。试 验前 将试 块 的成 型 面及其 对 面 以及 两个 端面 用环 氧 树脂 密封 。 一 1 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 1 年第 2期 混凝土与水泥制 品 总第 1 7 8 期 其 中: C 3 0代表配制强度为 3 0 MP a的混凝土 ; K代表矿粉 , F代表粉煤灰 , K 5 0代表矿粉 内掺 5 0 , 以此类推 。 1 2 1 干湿循环 方案 试 件 养 护 2 8
13、 d后 ,在 5 0 硫 酸 钠溶 液 中浸 泡 4 d , 然后放 人烘 箱 中以 6 0 q C 的温度烘 4 5 h 室温冷 却 3 h ,再 放入 溶液 中浸泡 2 4 h为 一个 干 湿交 替 周期 。 每 4个干湿交替周期进行一次数据测量。 1 2 2 试验 检测 指标 本试 验 采用 超声 检测 法 , 考 察 混凝 土 动 弹性模 量 的衰 变 。对 于混凝 土材 料 , 裂 纹扩 展 或界 面 强度 衰减 都 会直 接导 致混 凝 土动 弹性 模量 下 降 动 弹性 模量变化可以反映混凝土材料的内部损伤程度。通 过采 用 超 声 波 检 测 分 析仪 定 期 测 定 混 凝
14、土试 件 在 不同腐蚀时间的声时,换算成相对动弹性模量( E 来表征腐蚀龄期内混凝土的损伤失效过程 。 2试验 结果及 分析 2 1 干湿 交 替 与硫 酸 盐耦 合 作 用 下混 凝 土 相对 动 弹性模 量变 化 2 1 1 腐蚀 方式对 混凝 土相对 动 弹性 模量 的影 响 图 1 是 C 3 0混凝 土在 5 硫酸 钠溶 液 中干 湿交 替 与浸 泡 下 的相 对 动 弹性 模 量 随 干 湿交 替 次 数 的 变化规律。由图 1 可知, 两种腐蚀方式( 干湿交替和 浸泡 ) 下 混凝 土 的相 对动 弹性 模 量 ( E ) 的变 化 规律 是不 同 的。在 浸泡条件 下 , 混凝
15、 土 E 。 的变化 相对平 缓 原 因是 由于 混凝 土 只受 到硫 酸盐 单 一 因素 的作 用, E 变化比较缓慢。干湿交替与硫酸盐共同作用 下 的混 凝土试 件 E 变化 较为 明显 。 干湿交替次数, 次 图 1 C 3 0混凝 土 在 5 硫 酸 钠溶 液 中 干湿 交 替 与 浸 泡 下 的 相对动弹性模量 由图 1可 知 与 浸泡 组 试 件 不 同 干湿 交 替 作 一 1 8一 用下的混凝土试件组其 E 总体呈下降趋势 。经过 2 8 个 循环 周期后 ,在 5 硫 酸钠 溶液 中 的混凝 土试 件 E 下 降到 0 8 7 。原 因 可能 是干 湿 交替 一 方 面使 混
16、 凝 土 内的硫 酸盐 溶液 在 瞬 间达 到最 大 , 加快 了化 学反应的速度 ,腐蚀产物如钙矾石等产生膨胀所 致 ; 另一方 面是干燥环境下混凝土发生收缩 , 内部 产 生拉应 力 , 导 致 内部 产生 一些微 裂缝 。 2 1 2 介 质对混 凝土 动弹性模 量 的影响 图 2是 干 湿 交 替作 用 下 C 3 0混 凝 土 在 不 同介 质 ( 5 硫 酸 盐溶 液 和清 水 ) 中的相 对 动 弹性 模 量 随 于 湿循环 次数 的变化规 律 十湿 趸 番 次 数 次 图 2干 湿 交替 作 用 下 C 3 0混 凝 土在 不 同介 质 中 的相 对 动 弹 性 模 量 由图
17、2可 知 , 干 湿交 替作 用 下 混凝 土无 论 在 清 水 还 是 在硫 酸 盐 溶 液 中 ,随着 干 湿 循 环 次 数 的增 加 , 其 E 的变化 规律 都呈现 下 降趋 势 。在循 环初期 ( 干湿 交替 次数 1 2次 ) , 清水 中的混 凝 土试 件 下 降 了 1 2 0 ,硫 酸 钠 溶 液 中 的 试 件 只 下 降 了 5 0 原 因可能是 在清水 溶液 中浸 泡的混 凝土试 件 受 到溶蚀 作 用 内部 由于水 化反 应 生成 的氢氧 化钙 不断溶出 ; 而干湿交替加速 了这种作用 , 使混凝土 内部结构产生孔隙等缺陷所致 。当腐蚀介质为硫酸 盐 时 干湿交 替
18、 产生 的 毛细 管 吸收作 用 加 剧 了混凝 土 中盐 分 的积 累 ,使 得 盐分 不 断 向混 凝 土 内 部 扩 散 、 结 晶 。 因此 , 相 比清 水 中干 湿循 环 的混 凝 土试 件 , 硫酸钠溶液中的混凝土 E 前期下降较小。随着 干湿 循环 次数 的进一 步 增加 , 混 凝 土 内部所 积 累 的 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 汪廷秀 , 高建明 , 丁平华 , 等 干温交替作用下混凝土抗硫酸盐侵蚀性能研究 硫 酸盐 会 与 混凝 土 中 的水 泥 水化 产 物 发 生反 应 , 生 成钙矾石 、 石膏等膨胀型腐蚀产物 , 当内部孔
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- 干湿 交替 作用 混凝土 硫酸盐 侵蚀 性能 研究
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