氯化镁腐蚀对地铁隧道衬砌混凝土测强曲线的影响研究.pdf

2 0 1 3 年 第 3期 (总 第 2 8 1 期 ) Nu mb e r 3 i n 2 0 1 3 ( T o t a l No 2 8 1 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 实用技术 P RACTI CAL T ECHNOLOGY d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 3 0 3 0 4 2 氯化镁腐蚀对地铁隧道衬砌混凝土测强曲线的 影响研究 赵金祥 。余建军 ( 中铁九局集团有限公司，辽宁 沈阳 1 1 0 0 0 0 ) 摘要： 通过试验室干湿交替加速腐蚀试验 ， 探索沈阳地铁隧道衬砌混凝土在氯化镁溶液中的腐蚀机理。 测试腐蚀试验过程中 地铁隧道衬砌混凝土的抗压强度 、 回弹值 、 超声波波速 ， 同时还对腐蚀过程中宏观 、 微观现象进行了描述。 结果表 明： 抗压强度与 回弹值 、 超声波波速有较好的拟合关系， 现有测强 曲线不适用于隧道衬砌混凝土受氯化镁腐蚀后强度检测。 回归数据， 建立沈阳 地铁隧道衬砌混凝土受氯化镁腐蚀后的无损测强曲线公式。 关键词： 干湿交替 ；氯化镁；抗压强度 ；测强 曲线 中图分类号： T U 5 2 8 0 1 文献标志码 ： A 文章编号： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 3 ) 0 3 0 1 4 8 0 4 An a l y s i s o f s r t e n g t h f i g u r e f o r s u b wa y t u n n e l l i n i n g c o n c r e t e c a u s e d b y m a g n e s i u m c h l o r i d e c o r r o s i o n Z H A0J i n - x i a n g ， Y UJ i a n - j u n ( C h i n aR a i l wa yNo 9Gr o u pCo ， L t d ， S h e n y a n g1 1 0 0 0 0 ， Ch i n a ) Abs t r a c t ： Exp l o ring S he n y a n g s u b wa y t un n e l l i n i n g c o n c r e t e a t t a c k e d b y Ma g n e s i u m c hl o r i d e t h r o ug h a c c e l e r a t e d c o r r o s i o n o f we t i ng d r y i n g c y c l e s i n t h e l a bo r a t o r y Te s t i ng t he p a r a me t e r o f c o mpr e s s i v e s tre ng t h， t he r e bo u n d v a l u e， u l t r a s on i c wa v e ve l o c i t y， a n d a t t h e s a me t i me t h e c o r r o s i o n p r o c e s s ma c r o a nd mi c r o p he no me n o n wa s d e s c r i be d i n c o rro s i o n t e s t i ng Th e t e s t r e s ul t s s ho we d tha t the c o m p r e s s i ve s e n g t h h a d f a v o r a bl e r e g r e s s i o n r e l a t i o n s h i p wi th the r e bo un d a nd the u l t r a s o n i c v e l o c i t yTh e s t r e ng t h fig u r e o f e x s t i n g wa s n o t a p p l i c a b l e t o s t r e n g t h t e s t i n g o f s u b wa y t u n n e l l i n i n g c o n c r e t e a t t a c k e d b y ma gn e s i u m c h l o r i d e E s t a b l i s h i n g the s t r e n gth fi g u r e o f Sh e n y a ng s u b wa y t u n ne l l i ni n g c o n c r e c a u s e d b y ma gn e s i u m c h l o rid e a t t a c t t h r o u g h a n a l y z i n g the r e gre s s i o n d a t e Key w or ds： we t i n g d r y i n g c y c l y； ma g ne s i um c h l o rid e； c o mp r e s s i v e s tre n g t h； s e n g t h fig u r e 0 引言 统计表明 ， 我 国浅层地下水受腐蚀污染 比较严重【 。 生活垃圾腐蚀变质 、 生活污水 、 除冰盐的使用 ， 都成为腐蚀 介质的来源。 调查发现 ， 雨季期 间我 国很多城市地铁隧道出 现渗漏水情况 ， 其 中部分地铁隧道衬砌混凝 土已经腐蚀受 损 ， 渗漏水使得环境污染造成的腐蚀性离子渗入到衬砌混 凝土结构 中， 对衬砌混凝土造成进一步的腐蚀破坏。 最终对 地铁隧道安全造成严重隐患 ， 影 响地铁 隧道正 常使用 。 沈 阳地铁修建时间短 ， 从长远考虑 ， 进行沈阳地铁隧道衬 砌混凝 土的耐腐蚀与腐蚀检测试验研究显得尤为重要 。 隧道衬砌 混凝土裂损后 的强度检测是衡量 隧道结 构 安全性 的重要指标 ， 现有检测方法主要分破损检测和无损 检测两大方面5 - 6 1 。 随着科技的发展 ， 无损检测 以其不对混 凝土结 构造成破坏 、 操作简单 、 可重复大规模测试 、 测试精 度 高等优点被广泛采用 。 常用混凝土无损检钡 0 规程有 ， 超声法规程 、 回弹法规程 、 超声一 回弹综合法规程 ， 现有无 收稿 日期 ： 2 0 1 2 0 9 - 2 4 基金项目：中铁九局重点课题资助项 目( 1 1 - 0 8 8 8 ) 1 48 损检测规程主要针对未腐蚀 的建筑结构 ， 若采用破损方法 对腐蚀后结构进行检测会对结构造成进一步的危害 。 目前 未见将无损检测用于隧道衬砌 昆 凝 土腐蚀后 的强度检测 中的报道。 所 以， 若能将无损检测方法引入到隧道衬砌 昆 凝 土腐蚀后的强度检测中， 会有广阔的应用前景。 混凝土腐蚀 中 ， 氯离子与镁 离子对混凝土 的腐蚀情况较为常见 ， 研究 分析了沈 阳地铁 隧道衬砌混凝土受氯化镁腐蚀后的 回弹 值 、 超声波波速等无损参量与破损参量抗压强度 回归关系 。 1试 验 设 计 1 1 试 验 材 料 水泥 ： C 3 0衬砌混凝土试块 采用铁岭铁新水泥有 限公 司生产 的普通硅酸盐水泥 ； C 3 5 衬砌混凝土试块采用沈 阳 冀东盾石水泥有 限公司生产 的普通硅酸盐水泥 ， 二者强度 等级均为 4 2 5 。 细骨料 ： 细度模数为 2 6的中砂 ， 产地 ： 浑河。 粗 骨料 ： 粒 径为 5 1 0 m m 的连续级配石灰 岩碎石 ， 产地 ： 辽 阳。 水 ： 试验所采用 的水 为普通 自来水 。 外加剂 、 掺合料 ： 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 结构致密 ， 这与腐蚀前期试块外观形态 、 力学性能变化不明 显较吻合。 1 8 次干湿交替腐蚀时， 水泥浆体表面出现空洞 ， 主 要原 因是镁离子侵入到混凝土 内部与水化硅酸钙 ( C S r t ) 发生反应 ， 生成 黏聚力低 的( M s H) 。 3 6次干湿交替腐蚀 时 ， 水泥浆体表面出现分层褶 皱现象 ， 此 时 c s H凝胶变 得松散 ， 说 明此时 C S H凝胶 已经被置换成 M S H凝胶 ， 隧道衬砌混凝土 内部结 构已经膨胀 、 疏松 ， 微观现象与宏 观现象吻合。 2 2试验 抗压强度 分析 由图 3 可知 ， 腐蚀进行到 8 次干湿交替循环腐蚀 时试 件强度变化不明显 ， 原因是镁离子与混凝土反应生成难溶 性的氢氧化镁 ， 难容性物质在混凝土表面形成一层保护膜 ， 减 缓了氯化镁溶液 对混凝土 的侵 蚀速率 。 随着腐 蚀 的进 行 ， 保护膜被腐蚀殆尽 ， 镁离子将混凝土 中的水化硅 酸钙 ( C S H) 凝胶置换成 没有 黏结力 的 M s Ht 埘 ， 因此到腐蚀 试验后期 ， 强度损失明显 ， 衬砌混凝土结构基本破坏 ， 最终 C 3 0型试 件 、 C 3 5型试件 强度分别 下降 ： 1 0 2 6 、 1 1 2 MP a ， 这也说 明干湿交替腐蚀作用对混凝土 的加速腐蚀破 坏作 用十分明显。 干湿交替循 环腐 蚀次数 图 3 抗压强度随干湿交替加速腐蚀的变化 3 受氯化镁腐蚀后 测强曲线分析 本试验采用多项式 函数、 线性函数 、 幂 函数 、 指数函数 四种常用形式 ， 作为 回归公式。 由抗压强度试验与回弹检测、 超声波检测， 试验数据进行拟合分析， 选其中相关系数较大 且平均相对误差和相对标准差较小者最为使用经验公式 。 本腐蚀试验过程中， 测试试件龄期最长为 1 0 0 d 左右 ， 衬砌混凝 土表面碳化深度较小 ， 不考虑碳化深度对测强曲 线的影响 。 3 1 超 声法测 强曲线 回归结果可知 ： 多项式 函数 、 线性 函数 、 幂 函数 、 指数 函数四种 回归公式 ， 相关系数分别为 O 9 3 、 0 9 2 、 0 8 9 、 0 8 8 ， 平均 相对误差 ( 分别为 6 0 8 、 6 4 7 、 9 7 4 、 9 8 6 ， 相 对标 准差( e ) 分别为 8 7 9 、 9 1 3 、 1 0 3 2 、 1 0 4 4 ， 从 回 归方程 的总体效果看 ， 多项式 函数和线性函数型 回归公式 较好 ， 幂函数和指数 函数型 回归公式次之。 其中多项式型函 数 中波速与实测抗压强度的拟合相关性好 、 平均相对误差 和相对标准差精度高 。 建议以多项式型回归公式作为隧道 衬砌混凝土受氯化镁腐蚀后的超声测强曲线 。 3 2回弹法测 强曲线 回归结果可知 ： 多项式函数 、 线性 函数、 幂 函数 、 指数 1 5 0 v ( k m s ) 图4 超声法测强公式回归 表 3 超声波与强度的一元回归结果 公式 1 4 回归公式 产一 4 3 6 2 + 1 9 8 8 3 v 一 1 9 7 0 产- 8 0 6 5 + 2 6 2 1 4 v _产0 1 2 9 v _产0 6 9 9 。 45 4 0 3 5 d 3 O 、 25 2 0 公式 l 2 3 4 回归公式 产5 0 9 6 6 - 2 6 7 5 R - 0 0 6 2 R 产- 9 8 9 2 + 1 2 3 6 R 产0 3 1 6 R 产7 5 6 e 函数 四种回归公式 ， 相关系数分别为 0 9 3 、 0 9 2 、 0 9 1 、 0 9 1 ， 平均相对误 差 ( 分别 为 5 8 0 、 6 0 2 、 7 0 1 、 7 8 5 ， 相 对标准差 ( e ) 分别为 7 0 1 、 7 6 8 、 8 5 3 、 8 2 5 ， 回弹规 程的平均相对误差为 1 2 5 4 ， 相对标准差为 1 7 4 3 。 回弹法检测混凝土抗压强度技术规程 中规定 ： 地区 测强曲线平均相对误差 ( 6 ) 不应大于 1 4 ， 相对标准差 ( e ) 不应大于 1 7 。 专用测强曲线平 均相对误差( 6 ) 不应大于 1 2 ， 相对标准差 ( e ) 不应大于 1 4 。 利用 回弹规程对氯化 镁腐蚀后隧道衬砌混凝土进行强度检测， 虽然平均相对误 差小于 1 4 ， 但相对标准差已经超过 1 7 ， 说 明利用 回弹 规程对腐蚀后 的隧道衬砌 混凝 土进行强度检测时存在较 大误差 ， 回弹规程 已经不适用于腐蚀后隧道隧道衬砌混凝 土的强度检测 了。 四种拟合方程的相关系数都 比较大 ， 而 且平均相对误差( 6 ) 和相对标 准差( e r ) 都复合 回弹规程对 误差的规定 ， 说 明回归方程有较好 的相关性。 从 总体效 果 看 ， 多项式函数 和线性 函数型 回归公式较好 ， 幂函数 和指 数函数型回归公式次之 。 若考虑精度 ， 建议选用多项式 回 归测强 曲线。 若考虑计算实 际应用简便 ， 建议选用线性 回 归测强 曲线 。 r - 。 r 。 L x 0 5 O 5 0 5 4 3 3 2 2 1 日 窆 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 3 超 声 一回弹综合 法测强曲线 回归结果可知 ： 多项式 函数 、 线性 函数 、 幂 函数 、 指数 函数 四种 回归公式 ， 相关系数分别 为 0 9 6 、 0 9 5 、 0 9 3 、 0 9 3 ， 平均相对误差 ( 分别 为 4 3 0 、 4 4 0 、 5 5 0 、 5 6 ， 相对 标准差 ( e ) 分别 为 5 7 O 、 6 1 0 、 7 3 2 、 7 5 4 ， 超声一 回弹 规程 的平均相对误差 为 2 2 9 ， 相对标准差为 2 4 4 4 。 表 5 超声波、 回弹值与强度的二元回归结果 公式 1 2 3 4 回归公 式 产 一 3 1 1 2 3 4 + 1 2 8 1 9 v -1 3 0 6 3 v Z + 1 5 4 8 R- 0 0 1 5 6 R ： = - 5 5 9 4 7 + 1 5 5 4 8 v + 0 6 3 3 R 产 0 1 0 7 v 产 1 8 4 4 超声一 回弹综合法法检测混凝土强度技术规程 中规 定 ： 地区测强曲线平均相相对标准差 ( e ) 不应大于 1 4 。 专 用测强 曲线相对标准差 ( e ) 不应大于 1 2 。 从表 5 可 以看 出， 超声一 回弹规程统一测强曲线对腐蚀后 的隧道衬砌混凝 土进行强度换算换算 时 ， 平均 相对误 差 、 相对标准差分别 为 2 2 9 、 2 4 4 4 ， 远超过规范的精度规定值 ， 说明规范统一 测强 曲线对腐蚀后隧道衬砌混凝土强度检测已经不适用。 从数据得出超声 。 回弹综合法 回归与单参量法 回归相 比， 综合法 回归效果 明显提高 ， 原 因是 回弹值 、 超声波波速 等单参量对混凝土强度描述时 ， 某些影响 因素会偏高或偏 低。 因此 ， 综合法回归公式可以使超声法 、 回弹法等单参量 回归公式相关性 、 平均相对误差 、 标准差得到一定 的补偿 。 理论分析上 ， 综合法 回归测试精度 比单一参量 回归测试精 度高 ， 本试验结果与此相符 。 隧道衬砌混凝土受硫酸盐腐蚀 后的综合 回归曲线看 出， 多项式 函数与线性函数 型回归公 式较好 ， 若考虑精度 ， 建议选用多项式 回归测强 曲线 。 若考 虑计算实际应用简便 ， 建议选用线性回归测强曲线 。 4结 论 通过 隧道衬砌混凝土 干湿交替 加速腐 蚀后抗压 强度 与无损检测试验 ， 得 出以下结论 ： ( 1 ) 隧道衬砌混凝 土在氯化镁溶液 中的干湿交替腐蚀 上接第 1 4 7页 ( 4 ) 在同一环境温度情形下 ， 随着缓凝 可控型高效减 水剂掺量的提高 ， 大坝混凝土凝结时间呈现延长趋势 ， 且环 境温度对大坝混凝土凝结 时间影响较大 ， 在 同掺量的情形 下 ， 随着温度 的升高 ， 碾压混凝土凝结时间大大缩短 ； 同时 在环境温度一定 时 ， 随功能组分 H N P百分含量的提高 ， 碾 压混凝土凝结时间延长 ， H N P百分含量一定时 ， 碾压混凝土 凝结时间随环境温度升高而大大缩短 。 ( 5 ) 掺缓凝可控 型高效减水剂 的大坝混凝 土具有非 常 好的强度 富余性能及 良好 的变形性能 。 ( 6 ) 缓凝 可控型高效减水剂 与引气剂的联掺使得碾压 混凝土具有优异的抗冻性能及抗渗透性能。 参考文献： 1 詹树林 ， 钱晓倩 ， 王章夫 ， 等 复合膨胀掺合料对水化热 和混凝 试验 中， 强度下降趋势显著 ， 混凝土受损严重 。 ( 2 ) 隧道衬砌 混凝 土受氯化镁腐蚀后 的破损 参量 ( 抗 压强 度 ) 与无 损参量( 回弹值 、 超声波波速 ) 有 良好 的回归 关 系 ， 现有无 损检测 规程中测强曲线的误差精度 ， 无法满 足隧道衬砌混凝土受硫酸盐腐蚀后 的强度检测 。 ( 3 ) 考虑精度要求的沈 阳地铁隧道衬砌混凝土受氯化 镁腐蚀后的超声法测强 曲线为 ： 户一 4 3 6 2 + 1 9 8 8 3 v 一 1 9 7 0 9 v ， 回弹法测强曲线为 ：f = 5 o 9 6 6 2 6 7 5 R 一 0 6 0 2 R 。 ， 超声一 回弹 综合法测强曲线为 ： 户一 3 1 1 2 3 4 + 1 2 8 1 一 1 3 0 6 3 1 5 4 8 R 一 0 01 5 6 R 。 ( 4 ) 可 以通过沈 阳地铁隧道腐蚀后隧道衬砌混凝土钻 心取样的抗压强度和回归公式的强度对 比分析 ， 对 以上三 种公式进一步修正 ， 最后确定一个符合实际隧道工程强度 检测的公式 ， 从而把它选为沈阳地区地铁隧道衬砌混凝土 腐蚀后 的回弹测强 曲线。 参考文献： 1 唐克旺 ， 吴玉成 ， 侯杰 中国地下水质现状和污染分析【 J J 水资源 保护 ， 2 0 0 6 ， 2 2 ( 3 ) ： 1 - 8 2 2 唐克旺 ， 侯杰， 唐蕴 中国平原地区地下水化学特征 J 1 水资源保 护 ， 2 0 0 6 ， 2 2 ( 2 ) ： 1 - 5 3 尹正风 宁夏地区混凝土腐蚀机理与治理研究 D 沈阳 ： 东北大 学 ， 2 0 0 6 4 C RA MMOND N T h e o c c u r r e n c e o f t h a u ma s i t e i n mo d e m c o n s t r u e - t i o n a r e v i e w J C e m e n t a n d C o n c r e t e C o m p o s i t e ， 2 0 0 2 ， 2 4 ( 4 ) ： 3 9 3 5 】5 王坤 青岛地铁高性能衬砌混凝土试验研究 D 青岛： 青岛理工 大学 ， 2 0 1 0 【 6 邓涛 基于超声回弹综合法的公路隧道混凝土衬砌的强度检 测I J 1 混凝土 ， 2 0 0 5 ( 1 2 ) ： 8 0 8 4 7 梁惕 平 超声波检测混凝土构件内部缺 陷数据处理研究 D 南 昌 ： 江西理工大学 ， 2 0 0 9 8 】吴惠敏 新编混凝土无损检测技术【 M E 京 ： 中国环境出版社， 2 0 0 1 【 9 】张立春 东 北大学综合科技楼现浇混凝土无损检测研究 D 沈 阳： 东北大学 ， 2 0 0 6 作者简介 ： 联 系地址 ： 联 系电话 ： 赵金祥 ( 1 9 7 0 一 ) ， 男 ， 高级工程师， 从事土木工程。 沈阳市沈河区敬宾街 3 - 1 中铁九局有限公 司科技部 ( 1 1 0 0 1 3 ) 0 2 4 62 0 4 3 1 95 土温升的影响f J 1 材料科学与工程 ， 2 0 0 2 ( 1 ) ： 2 2 2 5 2 何廷树 ， 申富强 ， 王福川 ， 等 复合使用高效减水剂与对水泥水 化历程的影响f J 】 硅酸盐学报， 2 0 0 7 ( 6 ) ： 7 9 6 8 0 0 【 3 1吴湘建 ， 谢世佑 高效缓凝减水剂在思林水 电站碾压混凝土高 温季节施工中的应用f J 1 贵州水力发电 ， 2 0 0 7 ( 6 ) ： 3 3 3 6 【 4 毛良喜 ， 慕儒 ， 黄允宝 ， 等 高温超缓凝碾压混凝土 J 】 江苏建筑 ， 2 0 0 6 ( 5 ) ： 5 3 5 4 5 】ME H T A P K 混凝土结构性能和材料【 M 祝永年 ， 等译 上海 ： 同 济大学 出版社 ， 1 9 8 3 ： 4 4 作者简介 联系地址： 联系电话 ： 温金保 ( 1 9 7 5 一 ) ， 男 ， 高级工程师 ， 主要从事高性能混 凝土及混凝土外加剂的研究与开发。 南京市虎踞关 3 4 号 ( 2 1 0 0 2 4 ) 1 3 7 7 05 42 9 2 6 1 51 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m