双向压荷载对高性能混凝土氯离子渗透性的影响.pdf

第 1 5卷第 6 期 2 0 1 2年 1 2月 建筑材料学报 J OURNAI OF B UI LDI NG MATERI AI S Vo L 1 5， NO 6 De c ， 2O 1 2 文章 编 号 ： 1 0 0 7 9 6 2 9 ( 2 0 1 2 ) 0 6 0 8 5 2 0 5 双 向压荷载对高性能混凝土氯离子渗透性的影响 洪 雷 ， 程伟 ， 王淑梅 ( 大 连理工 大学 海 岸和 近海 工程 国 家重 点实 验室 ， 辽 宁 大连 1 1 6 0 2 4 ) 摘 要 ： 采 用 AS TM C 1 2 0 2快速试 验 方法 直流 电通量 法 ， 研 究 了双 向荷 载及龄 期 对 C 3 0高性 能 混凝土抗氯离子渗透性能的影响 试验结果表 明： 双向荷载对混凝 土的损伤以及养护龄期对混凝 土损 伤 的修 复 均对 氯 离子 渗透 性 产 生 显著 影 响 在 竖向 压荷 载 存 在 的 条件 下 ， 当侧 向压 荷 载低 于 3 O 极限荷载时， 随着侧向压荷载的增加 ， 混凝土抗氯离子渗透性 能有所增强； 当侧向压荷载高于 3 0 极 限荷 载时 ， 随 着侧 向 压荷载 的增 加 ， 混凝 土抗 氯 离子渗 透 性 能逐 渐 减 弱 无论 施加 双 向荷 载 还 是施加 单 向荷载 ， 当荷 载 水平 高 于 3 O 极 限荷 载 时 ， 混 凝 土抗 氯 离子 渗 透 性 能均 随 时 间的 增 长 逐 渐 降低 关 键词 ：高性 能混凝 土 ；电通量 ； 双 向荷 栽 ；渗透性 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 2 0 6 0 2 3 I n f l u e nc e o f Two W a y Lo a d o n Chl o r i d e Pe r me a bi l i t y o f H i g h Pe r f o r ma n c e Co n c r e t e HoNG Le i， CH ENG W e i， W ANG Shu mc i ( St a t e Ke y La bo r a t o r y of Coa s t al a n d Of f s h or e En gi ne e r i ng，Da l i a n Un i v e r s i t y of Te c h no l o g y，Da l i a n 1 1 60 2 4，Chi na ) Ab s t r a c t ：An t i c h l o r i d e p e n e t r a t i v e p r o p e r t i e s o f C3 o h i g h p e r f o r ma n c e c o n c r e t e s u b j e c t e d t o t WO wa y l o a d a t di f f e r e nt s t a nd a r d c u r i ng a ge s we r e s t ud i e d by ASTM C1 2 0 2 The t e s t r e s ul t s s ho w t h a t d e t e r i or a t i on du e t o t wo wa y l o a d a nd r e p a r a t i o n wi t h c u r i ng a g e s h a v e s i g ni f i c a nt i nf l u e n c e o n c hl o r i de p e r me a b i l i t y U nd e r t he v e r t i e a l pr e s s u r e l oa d，whe n t he l a t e r a l p r e s s ur e l o a d i S l owe r t ha n 3 0 o f t h e ul t i m a t e l o a d， t he a n t i c hl o r i d e p e n e t r a t i ve p r o p e r t y o f c on c r e t e e n ha n c e s wi t h t h e i n c r e a s e of t he l a t e r a l pr e s s ur e l o a d； w h e n t he l a t e r a l p r e s s ur e l o a d e x c e e ds 3 0 ，t he a n t i c hl o r i de p e ne t r a t i ve pr ope r t y o f c o nc r e t e de c l i n e s wi t h t he i nc r e a s e o f t he l a t e r a l p r e s s ur e l oa d W he n t he l o a d l e v e l i S hi g he r t h a n 3 0 o f t h e ul t i ma t e l o a d， t he a n t i c hl or i d e p e ne t r a t i v e p r op e r t y o f c on c r e t e d e c r e a s e s wi t h t he i nc r e a s e o f t i m e，n o m a t t e r i n t WO way l o a d o r o ne wa y 1 oa d Ke y wo r d s：hi g h p e r f or ma nc e c onc r e t e ；e l e c t r i c f l ux；t WO wa y l o a d；pe r m e a b i l i t y 钢 筋锈蚀 是 当今世 界 昆凝土结 构破 坏 的主 要原 因之一 。 。 而处 于海 洋环 境下 以及 撤除 冰盐 环 境 中 的钢筋混凝土结构 ， 氯离子侵蚀是钢筋锈蚀 的首要 因素 氯离子在混凝土中的实际传输过程比较复杂 ， 不仅受混凝土材料 自身微观结构 的影响 ， 而且受到 混 凝 土所处 环境 因素 和 荷 载 因 素 的影 响 环 境 因素 和荷载因素改变氯离子传输边界条件 ， 影 响其侵蚀 性能 因此 ， 研究荷载作用下氯离子侵蚀机理及其模 型， 揭示混凝土结构损伤后的氯离子传输性能 ， 不仅 具有理论指导意义， 而且对混凝土结构抗氯离子侵 蚀耐久性设计以及正确预测混凝土结构抗氯离子侵 蚀耐久性寿命等均具有重要应用价值 4 目前很多 学者对荷载下 的混凝 土抗氯离子渗透都 进行 了研 究 ， 但大多是考虑了单 向或单一荷载 的影响 鉴 收稿 日期 ： 2 0 1 1 - 0 7 0 4 ；修订 日期： 2 0 1 2 0 1 _ O 9 基金项 目： 国家 自然科学基金资助项 目( 5 0 4 7 9 0 5 9 ) 第一作者 ： 洪雷( 1 9 6 4 ) ， 男 ， 黑龙江牡丹 江人 ， 大连理工大学副教授 ， 博士 E ma i l ： h o n g l e i a 1 6 3 c o rn 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 8 5 4 建筑材料学报 第 1 5卷 3 1 双 向压 荷载 作 用 对 混 凝 土抗 氯 离 子 渗 透 -陛能 的影响 3 1 1 不 同加载 等级 、 不 同持荷 龄期 混凝 土 电通量 1 1 l 薹 1 _萋 宙 1 4 0 0 l 3 0 0 U 1 2 0 0 至1 1 0 0 毛l 0 0 0 专9 0 0 宙8 0 0 7 0 0 6 0 0 L o a d g r a d e o f x d i r e c t i o n ( a ) 0 v e rt i c a l p r e s s u r e l o a d 0 l O 2 O 3 O 4 0 5 0 6 0 7 O Lo a d g r a d e o f x d i r e c t i o n ( C ) 5 0 v e rt i c a l p r e s s u r e l o a d 不 同加 载等 级 下 、 不 同持 荷 龄 期 ( 2 8 ， 5 6 ， 8 4 d ) 的混凝 土 电通量 见 图 3 由图 3 ( b ) 可见 ， 在竖 向加 载 3 0 的 条件 下 ， 当 1 2 0 0 1 1 O 0 U 1 0 0 0 号 9 0 0 扫 8 8 0 0 7 0 0 6 0 0 6 0 0 5 0 0 4 0 0 3 0 0 2 0 0 l 0 0 0 0 0 9 0 0 8 0 0 0 1 O 2 0 3 0 4 0 5 O 6 0 7 0 L o a d g r a d e o f x d i r e c t i o n ( b ) 3 0 v e r t i c a l p r e s s u r e l o a d O 1 0 2 O 3 O 4 0 5 O 6 0 7 0 Lo a d g r a d e o f x d i r e c t i o n ( d ) 7 0 v e rt i c a l p r e s s u r e l o a d Lo a dpe r i o d： 28 d； 5 6 d ； 8 4 d 罔 3 侧 向不 同加载等级对混凝土 电通量 的影 响 Fi g 3 El e c t r i c f l u x o f c o n c r e t e s u b j e c t e d t o d i f f e r e n t l a t e r a l l o a d g r a d e 侧向加载小于 3 0 极 限荷载时 ， 随着加载等级 的提 高 ， 混凝 土 电通 量 减 小 ； 当侧 向荷 载 大 于 3 0 极 限 荷 载时 ， 随着 加载 等级 的提 高 ， 混 凝 土 电通 量逐 渐 增 大； 当侧 向加载等级约为 5 0 极限荷载时与无荷载 时相 近 加 载等 级与 混凝 土 电通 量近 似成 二次 关 系 ： Yza x +6 z+ c ( 1 ) 式中： Y为混凝土电通量 ， 3 7 为侧 向荷载等级 同理 ， 由图 3 ( c ) ， ( d ) 可见 ， 竖 向加 载 5 0 ， 7 0 时与竖向加载 3 O 时结果类似， 但总的混凝土电通 量有 所增 加 以上 表 明 ， 混凝 土在 竖 向压荷 载条 件下 ， 其 内部 的微 裂缝 经历 一 个 由张 开 到破 坏 的过 程 侧 向 压力 在 一定程 度 上能 够 压 实 内部 微 裂 缝 ， 但 当侧 向压力 比较 大 时 ， 这 种 压实 作 用 逐 渐 被 压力 对 混 凝 土 的 损 伤 作用所 取 代 ， 混 凝 土微裂 缝开 展加 速 由图 3 ( a ) 可 见 ， 竖 向无 荷载 、 侧 向持荷 2 8 d时 ， 随着加载等级的提高 ， 混凝土电通量逐渐增大 ， 近似 成 二次关 系增长 ， 但 与竖 向加载 时 的二次关 系不 同 ， 这条曲线没有下降段 ； 侧 向持荷 5 6 d和 8 4 d时 ， 随 着加载等级 的提高， 混凝土电通量直线增大 以上表 明 ， 竖 向无 荷载 的条 件下 ， 当侧 向荷 载 较 低 ( 低 于 3 0 ) 时 ， 混 凝 土 微 裂 缝 自愈 作 用 明 显 ， 能 抵消大部分荷载对混凝土引起 的损伤 ； 当持荷龄期 较短( 2 8 d ) 时 ， 混凝土微裂缝 自愈作用也很 明显 ， 但 当持 荷龄 期较 长 ( 超 过 5 6 d ) 时 ， 混 凝 土 微 裂缝 自愈 作用 影 响就很 小 了 3 1 2 不 同加载 等级 、 相 同持荷 龄期混 凝 土 电通 量 不 同加 载等级 、 相 同持荷 龄 期 ( 2 8 d ， 5 6 d ， 8 4 d ) 的混凝 土 电通量 见 图 4 由图 4 ( a ) 可见 ， 持荷 2 8 d的条件下 ， 当侧向加 载低 于 3 0 极 限荷 载 时 ， 混凝 土 电通 量 随竖 向加 载 等级的增大呈上 升趋势 ， 说明侧 向荷载对混凝土的 压实作用不 明显 ； 当侧 向加载高 于 3 0 极 限荷 载 时 ， 竖 向加 载 3 0 和 5 O ， 混 凝 土 电通 量 低 于 单 向 加载 ， 说 明侧 向压 实 能抵 消大 部 分 竖 向荷 载 引 起 的 微裂缝 ； 竖 向加 载 7 O 时 ， 混凝 土 电 通 量 始 终 处 于 最高 状态 ， 说 明侧 向压实 作用不 如 本身破 坏作 用大 由图 4 ( b ) ， ( c ) 可见 ， 持荷 5 6 ， 8 4 d的条 件下 ， 当 侧向加载低于 3 0 极限荷载时， 混凝土 电通量随竖 向加载等级 的增 大呈上 升趋 势； 当侧 向加载 高于 3 O 极 限 荷 载 时 ， 竖 向加 载 3 0 ， 混 凝 土 电通 量 低 于单 向加载 ； 竖 向加 载 5 O 和 7 0 时 ， 混 凝 土 电通 量 高于单 向加 载 以上表 明 ， 在 不 同竖 向荷 载等 级下 ， 当侧 向荷载 低 于 3 0 极 限荷 载 时 ， 侧 向 压 实 作 用 不 明 显 ； 当侧 向荷载 在 3 O 5 0 时侧 向压 实作 用 最 好 ， 但 随着 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 6 期 洪雷 ， 等 ： 双 向压荷载对 高性能混凝土氯离子渗透性 的影 响 8 5 5 1 1 0 0 l 0 5 0 u 1 0 0 0 9 5 0 9 0 0 童 8 5 0 呈 8 0 0 【I 】7 5 0 7 0 0 6 5 0 黾 号 专 宙 圣 专 宙 5 0 0 40 0 30 0 20 0 1 O 0 0 0 0 9 0 0 8 0 0 7 0 0 6 0 0 5 0 0 5 0 0 4 0 0 3 0 0 20 0 1 0 0 0 0 0 9 0 0 8 0 0 7 0 0 6 0 0 5 0 0 0 1 O 2 0 3 O 4 0 5 O 6 0 7 0 Lo a d g r a d e o f x d i r e c t i o n ( a ) 2 8 dl o a dp e r i o d 0 1 0 2 O 3 O 4 0 5 O 6 O 7 0 Lo a d g r a d e o f x d i r e c t i o n ( b ) 5 6 dl o a dp e ri o d 0 l 0 2 O 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 Lo a d gra d e o f x d i r e c t i o n ( c ) 8 4 dl o a d p e r i o d Lo a dg r a d e ： 0 ； - 3 O ； 5 0 ； x 7 0 图 4 不 同加 载等级对混凝土电通量 的影 响 F i g 4 El e c t r i c f l u x o f c o n c r e t e s u b j e c t e d t o d i f f e r e n t l o a d g r a d e 持 荷 时间增 长 ， 侧 向最佳 压实 荷 载有所 降低 3 2 双 向荷载 作 用 下 不 同龄 期 混 凝 土 的抗 氯 离 子 渗 透 性能 不 同加载 等 级、 不 同龄 期下 混凝 土 电通量 见 图 5， 6 蓍 专 宙 图 5 Fi g 5 l l l l I I 2 8 4 2 5 6 7 0 8 4 9 8 1 1 2 l 2 6 Cu r i n g a ge d 无 荷载时养护龄期对混凝土 电通量影 响 El e c t r i c f l u x o f c o n c r e t e s u b j e c t e d t o d i f f e r e n t a g e s wi t hou t l oa d 簸 1 300 冁 一。 1 40 0 1 3 0 0 U 1 2 0 0 答1 1 0 0 1 0 0 0 专 9 0 0 宙8 0 0 7 0 0 6 0 0 黾 专 宙 1 2 0 0 1 l 0 0 9 0 0 8 0 0 7 0 0 Lo a d p e r i o d d f a 1 0 v e r t i c a l p r e s s u r e l o a d 2 8 4 2 5 6 7 0 8 4 Lo a d p e r i o d d C o ) 3 0 v e r t i c a l p r e s s u r e l o a d 1 6 0 0 l 5 0 0 U 1 4 0 0 蓥1 3 0 0 岛 0 l 2 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 9 0 0 8 0 0 Lo a d p e r i o d d ( c ) 5 0 v e rt i c a l p r e s s u r e l o a d 2 8 4 2 5 6 7 O 8 4 Lo a d p e r i o d d ( d ) 7 0 v e rt i c a l p r e s s ure l o a d Lo a dgr a d e ： 0 ； _ 3 0 ； 5 O ； 7 0 图 6 侧 向不同加载等级下持荷龄期 对混凝土电通量 的影 响 Fi g 6 El e c t r i c f l u x o f c o n c r e t e s u b j e c t e d t o d i f f e r e n t l o a d pe r i o d a n d di f f e r e nt l a t e r a l l oa d gr ad e 由图 5可 以看 出随 着 养 护 龄 期 的 增 长 ， 混 凝 土 电通量呈下降趋势 ， 且下降趋势逐渐减缓 ， 近似成幂 函数关 系 ： 一 ax ( 2) 式 中 ： 为混凝 土 电通 量 ， 3 7 为 标养 龄期 由图 6可 以看 出 随着 持 荷 龄 期 的增 长 ， 混 凝 土 电通量呈上升趋势 ， 近似成对数关系 ： 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 8 5 6 建筑材料学报 第 1 5卷 4 结 论 一 al n x+ b ( 3 ) ( 1 ) 在竖 向压荷载存在的条件下 ， 当侧向压荷载 低于 3 O 极限荷 载时， 随着侧 向压荷载 的增加 ， 混 凝土抗氯 离子渗 透性 能增 强； 当侧 向压荷 载高 于 3 O 极限荷载时 ， 随着侧向压荷载的增加 ， 混凝土抗 氯离子渗透性能逐渐减弱 ( 2 ) 当双 向荷 载水 平 低 于 3 0 极 限荷 载 时 ， 养 护龄期对损伤的修复大于荷载对混凝土 的损伤， 混 凝 土抗 氯离 子 渗 透性 能 随龄 期 的增 长逐 渐 增 强 ； 当 荷 载 水平 高于 3 0 极 限荷 载 时 ， 养护 龄 期 对损 伤 的 修复小于荷载对混凝土的损伤 ， 混凝土抗氯离子渗 透性能随持荷龄期的增长逐渐降低 ( 3 ) 在双 向压荷载条件下 ， 混凝土电通量与持荷 龄 期近 似满 足对数 函数 关 系 参 考 文献 ： 4 5 6 7 r 8 1 3 ME HTA P K Du r a b i l i t y o f c o n c r e t e -f i f t y y e a r s o f p r o g r e s s c P r o c e e d i n g s o f t h e 2 n d I n t e r n a t i o n a l C o n f e r e n c e F a r m i n g t o n H i l l s ： ACI ， 1 9 91 ： 卜3 1 2 3 洪定海 混凝土中钢筋的腐蚀 与保护 M 北京 ： 中国铁道出版 社 ， 1 9 9 8： 1 4 4 23 6 H 0NG Di n g ha i Co n c r e t e a n d p r o t e c t i o n o f r e i n f o r c e me n t i n c o n c r e t e M B e i j i n g： C h i n a Ra i l wa y P r e s s ， 1 9 9 8 ： 1 4 4 2 3 6 ( i n Ch i n e s e ) 刘秉京 混凝土结构耐久性 设计 M 北 京 ： 人 民交 通出版社 ， 2 0 0 7： 2 0 1 - 2 1 4 9 L I U B i n g j i n g Du r a b il i t y d e s i g n o f c o n c r e t e s t r u c t u r e M B e i J i n g： Ch i n a Co mmu n i c a t i o n s Pr e s s ， 2 0 07 ： 2 01 2 1 4 ( i n Chi n e s e ) 赵 铁 军 混 凝 土 的渗 透 性 M 北 京 ： 科 学 出 版 社 ， 2 0 0 5 ： 1 O 5 1 2 0 Z HAO Ti e j u n P e r me a b i l i t y o f c o n c r e t e M B e i j in g ： S c i e n c e Pr e s s ， 2 0 05： 1 0 5 1 2 0 ( i n Ch i n e s e ) 赵尚传， 盖 国晖 荷载 作用 下氯 离子 侵蚀 性研 究现 状与 发展 J 公路 ， 2 0 0 9 ( 9 ) ： 2 6 4 2 6 8 ZHA0 S h a n g c h u a n， GAI GU O h u i Pr e s e n t s i t u a t i o n a n d d e v e l o p m e n t f o r s t ud y o n c h l o r i n e i o n c o r r o s i o n i n c o n c r e t e u n d e r l o a d e f f e c t J Hi g h wa y ， 2 0 0 9 ( 9 ) ： 2 6 4 2 6 8 ( i n C h i n e s e ) LI M C C G0W RI PALAN N ， S I RI VI VATNA N( ) N VM i c r o c r a c k i n g a n d c h l o r i d e p e r me a b i l i t y o f c o n c r e t e u n d e r u n i a x i a l c o mp r e s s i o n J C e me n t& C o n c r e t e C o mp o s i t e s ， 2 0 0 0 ， 2 2 ( 5 ) ： 3 5 3 - 3 6 0 邢锋 ， 冷发光 ， 冯乃谦 ， 等 长期持续 荷载对素 混凝土氯离 子渗 透性 的影响_ J 混凝土 ， 2 0 0 4 ( 5 ) ： 3 - 8 XI NG Fe n g， LENG F a g u a ng， FENG Na i q i a n e t a 1 Th e i n f l u e n c e o f l o n g t e r m s us t a i n i n g l o a d o n t he p e r me a b i l i t y o f p l a i n c o n c r e t e t o c h l o r i d e i o n J C o n c r e t e ， 2 0 0 4 ， 3 1 ( 5 ) ： 3 - 8 ( i n C h i ne s e ) 方永 浩。 李志清 ， 张亦涛 持续荷载作用下混凝土 的渗透性 J 硅酸盐学报 ， 2 0 0 5 ， 3 3 ( 1 0 ) ： 1 2 8 1 1 2 8 6 F A NG Yo ng ha o， LI Zh i q i n g， ZHANG Yi t a o Pe r me s b i l i t y o f c o n c r e t e u n d e r s u s t a i n e d c o mp r e s s i v e l o a d J J o u r n a l o f t h e Ch i n e s e Ce r a mi c S o c i e t y， 2 0 0 5， 3 3(1 0)：1 2 81 1 2 8 6 (i n Ch i n e s e ) CHOI NS KA M ， KHEI I DJ A， CHATZI GEORGI OU G， e t a 1 Ef f e c t s a n d i n t e r a c t i o n s o f t e mp e r a t u r e a n d s t r e s s l e v e l r e l a t e d d a ma g e o n p e r me a b i l i t y o f c o n c r e t e J C e me n t a n d C o n c r e t e Re s e a r c h， 2 0 0 7， 3 7( 1 )： 7 9 88 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m