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模拟酸雨环境下C40混凝土抗压性能试验研究.pdf
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1、第 1 3卷第 1期 2 0 1 0年 2月 建筑材料学报 J OURNAI OF B UI LDI NG MATE RI AL S Vo 1 1 3。No 1 Fe b, 201 0 文章 编 号 : 1 0 0 7 9 6 2 9 ( 2 0 1 0 ) 0 1 0 1 0 5 0 6 模拟酸雨环境 下 C 4 0混凝土抗压 性能试验研究 张英 姿 , ( 大连海 事大 学 范颖芳 , 刘 江林 , 曹小祥 道路 与桥梁 工程 研究 所 , 辽宁 大连 1 1 6 0 2 6 ) 摘 要 :利 用 实验 室加速 腐蚀 方 法模 拟 了 3种 p H 值 ( 分别 为 1 5 , 2 5和
2、3 5 ) 的酸 雨环境 , 将 2 4 6个 C 4 O混凝 土棱柱 体 试块 分为 3组 , 分 别在 3种 p H 值 酸 雨溶液 中进 行侵 蚀 , 并与 1 0 8个 同期 未 受腐 蚀 的试件 作 对比 , 得 到 了不 同酸雨环 境 中混凝 土 腐蚀 不 同 时期 的抗 压 性 能 ( 轴 62抗 压 强度 、 静 力受 压 弹性模 量等 ) 结 果表 明 : 经模 拟 酸雨 溶液 中 H 和 S Oi 一 的共 同腐蚀作 用 , 3组 试件 的 外观 、 质 量 等均随时间的延长而发生变化 , 且其轴心抗压强度和弹性模量在腐蚀初期都有短暂的上升, 而随着 腐蚀 时 间的延 长
3、, 其 轴心抗 压 强度 和 弹性模 量发 生明显 劣化 , 且 酸性 较 强的 酸雨溶 液对 混凝 土力 学 性 能的劣化 促进 作 用比酸性 弱 的酸 雨溶液 更加 显著 关键词 :混凝 土 ;酸雨 ;抗 压性 能 ;腐蚀 ;弹性模 量 中 图分 类号 : TU5 2 8 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 O 1 0 0 1 0 2 2 Ex pe r i me nt a l S t u d y o n Co mp r e s s i v e Pe r f o r ma n c e o f Co n c
4、r e t e C4 0 i n S i m u l a t e d Ac i d Env i r o n m e nt ZHANG Yi n g z i , FAN Y i n g f a n g , LI U Ji a n g l i n, C AO Xi a o x i a n g ( I n s t i t ut e o f Ro a d a n d Br i d ge Eng i ne e r i n g,Da l i a n M a r i t i me Uni v e r s i t y,Da l i a n 11 6 02 6,Ch i na ) Ab s t r a c t
5、:To in v e s t i g a t e c o m p r e s s i v e pe r f o r m a nc e o f c o nc r e t e c o r r o d e d i n t h e e nv i r o nme nt o f a c i d r a i n,3 ki n ds o f mi x e d s ol ut i o ns of s u l f u r i c a c i d a n d n i t r i c a c i d wi t h pH o f 1 5,2 5 a nd 3 5 we r e p r e pa r e d t o s
6、i m u l a t e t he e nv i r o nme n t o f a c i d r a i n i n t h e l a b or a t or y Co nc r e t e C4 0 s pe c i m e n s we r e c o r r od e d by t he mi xe d S O l u t i o ns 3 s e r i e s o f a c c e l e r a t e d c or r o s i on t e s t s we r e e xe c u t e d o n c on c r e t e,i nc l u d i ng
7、24 6 c o nc r e t e p r i s m s a nd 1 0 8 c on t r o l pr i s ms s pe c i me n s Ax i a l c ompr e s s i v e s t r e ng t h,e l a s t i c mod ul u s,ma s s a n d a p pe a r a n c e of t h e c o r r o d e d s p e c i me n s we r e d e t e r mi n e d I t i S s h o wn t h a t ,u n d e r c o mb i n e d
8、 a c t i o n o f H a n d S O: 一,e l a s t i c mo du l us a nd a x i a l c ompr e s s i v e s t r e n gt h ha v e a s i gn i f i c a n t i n c r e a s e a t t h e i ni t i a l c o r r os i o n s t a g e,h o we v e r , t he c omp r e s s i v e pe r f o r m a n c e o f t he c o nc r e t e b e c o m e s
9、 wo r s e wi t h t he i n c r e a s i n g o f c or r o s i o n d ur a t i o n,a nd t he h i gh e r t he c onc e n t r a t i on o f t he c o r r o s i ve s o l ut i on i s ,t h e mo r e s e v e r e t he s pe c i m e ns i s d a ma g e d Ke y wo r d s:c o nc r e t e ;a c i d r a i n;c o m p r e s s i v
10、 e pe r f o r ma n c e;c o r r os i o n;e l a s t i c mod ul u s 酸雨是 指 p H 值 小于 5 6的雨水 、 冻雨 、 雪 、 雹 、 露 等大 气 降水 _ 】 , 它 是 因人类 活 动 或 自然 灾 害 等原 因所 导致 区域 降水 酸 化 的一 种 污 染 现象 中 国气 象 科学 院侯 春 等 的研 究 表 明 , 中国 的 酸雨 污染 有 蔓 延 和加重 的趋势 酸 雨 中的酸 性 物 质 将 加速 钢 筋 混 凝土结 构 的劣化进 程 目前 , 虽然 在大 型水利 桥梁 等 基础设 施 的环境 评 价报告 中也
11、提 到有关受 酸雨 等 因 素对环境影响的评价 , 但对这些 重要工程的使用寿 命与投资效益评估 中, 一般都未考虑混凝土材料 因 环境 ( 如 酸 雨 ) 影 响造 成 的 物 理 及 力 学 性 质 劣 化 作 用 , 这将 给 工程 的长 期 使 用 带来 隐患 与此 同时 , 越 来越多的桥梁及工业民用建筑建于酸雨环境 中 如 收稿 日期 : 2 0 0 9 0 3 0 2 ; 修订 E l 期 : 2 0 0 9 0 6 1 6 基金项 目: 国家 自然科学基金资助项 目( 5 0 7 0 8 0 1 0 ) ; 辽宁省博士启动基金资助项 目( 1 0 5 0 2 5 9 ) 第一作
12、者: 张英姿 ( 1 9 7 9 一) , 女 , 山东诸城人 , 大连海事大学博士 E ma i l : h a p p y z h a n g y z y a h o o c o rn c n *通信作者 : 女 , 河南开封人 , 大连海事 大学教授 , 博士生导师 E ma i l : f a n y f 7 2 y a h o o c o rn e n 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 O 6 建筑材料学报 第 1 3卷 我国酸雨严重的重庆市所建的石门大桥及嘉陵江大 桥 等结 构 的混 凝 土 即受 到 酸雨 的腐 蚀 , 进 而 可能 会影 响到结
13、 构安 全性 因此 , 揭 示 酸雨环境 中在役 混 凝土桥 梁承 载力 的灾 变 过 程 , 已成 为 当今 存在 酸 雨 国家 土木工 程界 亟待 解 决 的难 题 , 而 受 酸 雨腐 蚀 混 凝 土力 学性 能退化 规律 的探讨是 研究 整个 结构力 学 性 能退 化 的基 础 , 意义重 大 迄 今 为止 , 国 内外学 者 关 于酸 雨对 混 凝 土力 学 性 能 的影 响 开 展 了 一 定 的 试 验 研 究 E 。 。 和 理 论 分 析 Hi r o s h i 等 _ 4 通过 设计 喷 淋试 验装 置 , 对 比分 析 了室 内 、 外模 拟酸雨 环境对 混 凝土 的侵
14、蚀作 用 , 研 究表 明 2种环境 下 混凝 土 中 C a ( OH) 的溶 解量 变 化规律是一致 的; K o n g等_ 5 通过实验室加速试验 发现 , 模拟溶液 p H 值越小, 试件质量损失越小, 这 与 F a t t u h i 等 通过试 验得 到 的酸 溶液 p H 值越 小 , 浸泡 后 试 件质 量 损失 越 大 的结 论相 反 ; 谢 绍东 等 的研究 表 明 : 用矿 渣水 泥 配 制 混凝 土 较 用普 通 硅 酸 盐水 泥 配制 混凝 土耐 酸雨 腐 蚀 能力 强 ; 刘 惠玲 等 通过大 气 曝晒与室 内环 境下模 拟酸 雨溶 液受腐蚀 混 凝 土 的化学
15、组 分分 析 , 得 出 了周期 浸 泡 法作 为研 究 模拟酸雨加速混凝土侵蚀的试验方法基本可行的结 论 ; 陈烽 等 分别 研究 了粉 煤灰单 掺及 掺量 、 粉 煤 灰 和矿渣 双掺及 掺量 、 胶 砂 的砂胶 比等 因素对 水 泥 胶 砂抗酸雨侵蚀性能的影响规律; 张倩等口 。 。 通过 3种 浓度 模拟 酸雨 对水 泥 混 凝 土 的干 湿 交替 试 验研 究 , 结果 表 明酸性 较强 的酸雨 将 明显加速 水泥混 凝土 路 面的病 害 ; 谢 绍东等 l_ 1 。 探讨 了酸雨 对 非金 属建 筑 材 料的侵蚀机理 这些成果大多局限于混凝土中水泥 基 耐酸 蚀 性 能_ 4 。
16、。 。 和 一 些腐 蚀 机 理 的定 性 分 析 引, 由于混 凝 土 本 身 的离 散 性使 得 试验 结 果 很 不稳 定 , 在 某些 问题 的 研究 上 不 同研 究 者所 得 结 论 相差 较大甚 至相互 矛盾 综上 所述 , 目前 的研 究工 作 远不能揭示 受酸雨腐蚀混凝 土力学性能 的劣化规 律 , 有关 受 酸雨腐 蚀 混凝 土 的抗 压 性 能 尚缺 乏 系统 深入 的研究 针 对混凝 土标 准养护期 后力 学性 能并未 稳定 的 特 点 , 本 文制作 了同 期未 腐 蚀 的 1 0 8个 混 凝 土试 件 为对 比组 , 通过 实验 室快速 腐蚀试 验方法 , 对不
17、同酸 度模 拟 酸雨 溶 液 ( 以 下 简 称 溶 液 ) 中浸 泡 的 2 4 6个 C 4 0混凝 土棱柱 体 试 件进 行 了抗 压 性 能试 验 , 并 与 对 比组进行 比较 , 从 外 观 、 质量 、 轴 心抗 压 强度 和 静 力抗 压弹 性模量 ( 简称 为弹性 模量 ) 等方 面讨论 不 同 腐蚀时间、 不同 p H值溶液腐蚀后混凝土物理力学 性能 的变 化规律 , 初 步 揭示 了混 凝 土在 酸 雨环 境 中 抗压 性能 的退化 规律 1 试 验研 究 1 1原材 料 为与 实 际工 程相 接 近 , 尽 量 减 小 混凝 土 配制过 程 中的离散 性 , 本 次试
18、验 采 用 的混 凝 土 为 大连 天华 混凝土有限公司生产的 C 4 0商品混凝土 , 坍落度为 1 8 0 n a_ lT l ; 水 泥为 小野 田 4 2 5 R级 普 通水 泥 ; 砂 子 为 大沙河 中砂 ; 石子 为 5 2 5 mm 青 碎石 混 凝 土配合 比如表 1所 示 表 1 混凝土配合比设计 Ta b l e 1 M i x p r o p o r t i o n o f t h e c o nc r e t e 1 2试 件制 作 制作 尺寸 为 1 5 0 I T I I T I x 1 5 0 iT I F I 1 X 3 0 0 mm 的棱 柱体试件 3 5
19、4 个 , 并同期制作 了 1 5 0 i n mX 1 5 0 mm 1 5 0 mi D _ 立方体 试 件 以测 试 其 2 8 d抗 压 强度 , 本 次试验混凝土的设计强度为 4 0 MP a 试件成型后静 置 2 d再脱模 , 在养护室里养护 2 8 d后 , 测得其立方 体抗 压强度 为 4 2 9 MP a 1 3试验 方法及 过程 我 国酸雨 主要 是硫 酸 型 酸雨 , 严 重 地 区 的酸雨 p H最低值已达到 2 8 5 , 且有逐渐减小的趋势 由于 采用周期浸泡法作为研究模拟酸雨加速混凝土侵蚀 的试 验方 法 是 可行 的 8 , 故 本文 采 用实 验 室快 速腐
20、蚀方法 , 配置 了 3种 酸度 ( p H 值分别为 3 5 , 2 5 , 1 5 ) 的硫 酸 和硝酸 混 合 溶液 来 模 拟 酸雨 环 境 , 所 配 置酸雨溶液 的试件分组情况及腐蚀时间详见表 2 其 中每 6个试件为 1组, 同时 , 为与同期未腐蚀混凝 土试件的力学性能进行 比较分析 , 本试验将相应混 凝 土试件 在水 中养 护 以作 参照 考虑到酸雨溶液的 p H值将直接影响混凝土力 学性能的变化速度 , 也就是说 , 酸雨 p H 值越高 , 混 凝土力学性能的变化就越缓慢 ; 酸雨 p H值越低, 混 凝 土 的力 学性 能变化 越快 本文试 验 中 p H一2 5和
21、学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1 期 张英姿 , 等 : 模拟酸雨环境下 C 4 0 混凝土抗压性能试验研究 1 O 7 p H=3 5这 2 种 p H值较高溶液腐蚀的混凝土试件 采用相同的浸泡时间 , 而 p H一1 5溶液 中试件 的浸 泡 时 间参 考 p H 值为 2 5 , 3 5溶 液 中试件 的 浸泡 时 间进 行 调整 表 2试 件 分 组 及 腐 蚀 时 间 T a b l e 2 Gr o u p i n g o f s p e c i me ns a n d c o r r o s i o n t i me 混 凝 土 试 件 标
22、准 养 护 2 8 d后 , 按 G B T 5 0 0 8 1 - 2 0 0 2 ( 普通 混凝 土 力 学 性 能试 验 方 法 标 准 测试 其立 方体抗 压强 度 在 实验 室 中 干燥 5 d后 , 对 每个 试件 称重 , 然后 按 照 分 组将 试 件 分别 放 入装 有 不同 p H值溶液 的抗腐蚀容器 中, 即浸泡 于模拟酸 雨 中 试 验在 室温 和 常压 下进 行 , 为 保持 试 验 中 p H 值恒定 , 每 天用 p H 值 酸度计 测定 溶 液酸 度 , 通过 增 加 HNO 。 来 调整 酸度 浸泡过 程 中 , 温 度 、 湿 度均 以 实验室内为准, 不加
23、以任何控制 至规定时间后将试 件取出, 然后 自然放置 5 d , 使其 干燥 , 进行外 观检 查 , 以备 进行 轴心抗 压力 学性 能试 验 试 验设 备采 用 YAW YA W2 0 0 0 A型 2 0 0 t 微机控制电液伺服压力 试验机 2 试验结果与分析 根据 GB T 5 0 0 8 1 -2 0 0 2测试 不 同腐 蚀 情 况下 混凝土试件的轴心抗压强度和静力受压 弹性模量 加载 连 续 均 匀 , 加 载 速 度 采 用 应 变 控 制 , 取 为 0 6 MPa s 2 1 受腐 蚀混 凝土 的外观 描述 模 拟 酸雨 溶 液 浸泡 后 的 混凝 土 试件 , 随着
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- 模拟 酸雨 环境 C40 混凝土 抗压 性能 试验 研究
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