强碱溶液环境下混凝土力学性能试验研究.pdf
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1、第 3 4卷第 1 期 2 0 1 3年 2月 华北水利水 电学院学报 J o u r n a l o f N o r t h C h i n a I n s t i t u t e o f W a t e r C o n s e r v a n c y a n d Hy d r o e l e c t r i c P o we r Vo 1 3 4 No 1 Fe b2 0l 3 DOI : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 25 6 3 4 2 0 1 3 0 1 0 1 3 强碱溶液环境下混凝 土力学性能试验研 究 范向前 ,朱海堂 ,胡 少伟。 ,张启明 ( 1
2、河海大学 力学与材料学院, 江苏 南京 2 1 0 0 2 4 ; 2 郑州大学 水利 与环境学 院, 河南 郑州 4 5 0 0 0 1 ; 3 南京水利科学研究院, 江苏 南京 2 1 0 0 2 9 ) 摘要 : 通过强碱溶液浸泡环境下普通混凝土和钢纤维混凝土 的抗压 、 抗折强度试 验 , 对 比分析 了耐碱剂的掺入对 普通混凝 土和钢纤维混凝土抗压 强度 、 抗折 强度 、 抗压 强度腐蚀 系数 、 抗折强 度腐蚀 系数 的影响 结果 表 明 , 浸泡时间较短时 , 强碱溶液对普通 混凝土 和钢纤维 混凝土均有一 定的增强 作用 , 但 随着浸 泡周期 的延 长 , 强碱溶液对 普通
3、混凝 土和钢纤维混凝土均产生一定程度的腐蚀 劣化 ; 耐碱剂 的加入 可以提高普通混凝 和钢纤维混凝土抵抗强碱溶液腐蚀的能力 , 且掺加 耐碱剂 的钢纤维混 凝土具有较 强的抵抗 强碱溶液腐 蚀 的能力 关键词 : 混凝 土 ; 钢纤维 ; 强碱溶液 ; 耐碱剂 ; 力学性 能 中图分类号 : T U 5 2 8 5 7 2 文献标识码 : A 文章编号 : 1 0 0 2 5 6 3 4 ( 2 0 1 3 ) 0 1 0 0 5 4 0 5 碱性环境对混凝土具有一定的保护作用, 但是, 对于氧化铝厂混凝土建筑物、 碱回收站车间地面等 一 些特 殊环 境 , 混 凝 土 长期 与 强碱 性
4、溶 液 或者 强 碱 性蒸汽接触, 其破坏程度依然相 当严重 迄今 为止 , 提高强碱环境下混凝土耐久性 的试验研究成 果极为少见 随着高效混凝土外加剂技术 的快 速发展 , 耐碱剂应运而生, 为混凝土的抗碱腐蚀提供 了有 利条件 , 但耐 碱 剂 对混 凝 土抗 碱 腐 蚀 能力 的改 善研 究还远 滞后 于工 程 应 用 笔者 在 进 行 耐碱 剂 对 混凝 土力学 性能 影响研 究 的基 础 上 , 研 究 强碱 环 境下 耐碱剂 对普 通混 凝 土 和钢 纤 维 混凝 土抗 压 、 抗 折强度的影响 , 分析耐碱剂对强碱腐蚀的抵抗机理 , 为耐 碱混凝 土在 强碱 环境 中的应用 提供
5、依 据 1 试验概况 1 1试验 材料 水泥 : 强度等级为 4 2 5的普通硅酸盐水泥 ; 粗 骨料 : 粒径为 51 0 1T i m的碎石 , 级配合格 ; 细骨料 : 细度 模数 为 2 5 2的河砂 , 级配 合格 ; 钢纤 维 : 采 用冷 轧带 钢剪 切型 钢纤维 , 纤维 长度 为 1 4 m m, 长 径 比为 4 9 6 ; 添 加剂 : 微 硅 高效 水 泥砂 浆 和混 凝 土 耐碱 剂 , 其 主要成 分 由多种 有机 和 无 机材 料 复合 而成 , 主要 为 C a O S i O A 1 0 , 复合矿 粉 , 少 量 的活 性 二 氧化 硅 粉 和含沸 石粉等
6、1 2碱性 腐蚀溶 液 的配制 根据溶液 p H值 的计算公式, 取 1 k g N a O H并 将其 溶解 于 2 5 k g生 活 饮用 水 中 , 即可 配 制 出试 验 所需 要 的 p H = 1 4的强碱溶 液 1 3试 件设计 与制作 共设 计 4组 试 件 , 每 组 3个 , 混 凝 土 强 度 为 3 5 MP a 昆凝土配 合 比见表 1 表 1中试件 编 号 的含 义为 : C 3 5表示 普通混 凝 土 , F C 3 5 I 表示 纤 维 体 积分 数 为 1 0 的钢纤 维混凝 土 , C 3 5 A表 示普 通 混凝 土 中添加耐 碱剂 , F C 3 5 A
7、 I 表示 钢纤 维混凝 土 中添 加耐 碱 剂 其 中耐碱 剂掺 量为水 泥用量 的 7 为便于进行快 速腐蚀试验 , 参考文献 6 的方 法 , 采用尺寸为 4 0 m i l l 4 0 1T i m1 6 0 m m的棱柱体 试 件 , 并 按 照表 1所示 的设计 配合 比进行 人 工 浇筑 成型 , 置于室 温环 境下 的清水 中养护 2 8 d 其 后 , 将 试件分 别浸 泡 于 清 水 中 ( 作 为 对 比组 ) 和 强 碱 溶 液 收稿 日期 : 2 0 1 21 0 2 5 基金项 目: 河南省高校科技创新人才支持计划资助项 目( 2 0 0 8 H A S T I T
8、 0 2 7 ) ; 河南省教育厅 自然科学基金项 目( 2 0 0 8 A 4 3 0 0 1 5 ) 作者简介 : 范向前 ( 1 9 8 2 ) , 男 , 河南郑州人 , 博士研究生 , 主要从事纤维混凝土理论与应用方面的研究 朱 海堂 ( 1 9 6 4 一 ) , 男 , 河南虞城人 , 教授 , 博士 , 主要从事新 型建 材与结构性能理论与应用方面的研究 第 3 4卷第 1 期 范 向前 , 等 : 强碱溶液环境下混凝土力学性能试验研究 5 5 中( p H=1 4 ) 到达设定的试验龄期时取 出试件进行 抗折强度和折后抗压强度测试 表 1 混凝土 配合 比设计 2 试验结果与
9、分析 2 1主要试 验 结果 以 1 个月 为 1 个 腐蚀 龄期 , 共设 计 6个龄 期 , 总 腐蚀期为 6个月 每个龄期结束次 日, 测试强碱溶液 和 对 比组溶 液 中试 件 的混凝 土抗 折强度 和折后抗 压 强度 抗折 强度按 照 纤维混凝 土试验方 法标准 ( C E C S 1 3 : 2 0 0 9 ) 进行测试与计算 , 对于每组试 件 , 结果取不偏离均值 1 5 的 3个试 件的平均值 ; 折断后 , 按照 聚合物改性水泥砂浆试验规程 ( D L T 5 1 2 6 2 0 叭 ) 中的试 验 方 法 测试 折 断后 试 件 的 抗压强度 , 每个试件测试 2个抗压强
10、度值 , 并参考该 规范 , 去掉 6个数据中偏离平均值最远的 2个数值 , 将剩余 4个数据求平 均值 , 作为该组试件最终试验 结 果 , 具体 结果 见表 2 考虑到试验龄期内, 试件混凝土的抗压强度值 和 抗折 强度 值均会 随着 时 间 的延 长逐 渐 增加 为 了消 除试 验 过 程 中 这 一 增 量 对 试 验 分 析 结 果 的 影 响 , 在 强碱溶 液下 进行 腐蚀试 验 的 同时 , 以清水环 境 作 为对 比组 进行 同龄 期 试 验 , 并 将 各试 验 龄 期 下 强 碱溶液腐蚀环境混凝土抗压强度和抗折强度测定值 除 以同龄期 下对 比组试 件混 凝 土的抗 压强
11、度 和抗 折 强度值 , 即以抗压强度腐蚀 系数和抗折强度腐蚀系 数 的形 式表 述强 碱 溶 液对 混 凝 土 的腐 蚀 劣 化 作 用 , 具 体计 算结 果列 于表 2 表 2主要 试 验 结 果 5 6 华 北水利水 电 学 院 学报 2 0 1 3年 2月 2 2 强度分 析 2 2 1抗压 强度 图 1 给 出 了强 碱溶 液腐蚀 环境 下不 同配合 比试 件在各 试验 龄期 抗压强 度 的变化情 况 由图 1 可 知 , 对 于普 通 混凝 土 C 3 5和 C 3 5 A, 前 4个 腐 蚀 龄期 内 , 添加 耐碱 剂混凝 土 的抗 压 强 度值 并 没 有 明显 提 高 ,
12、 相反 , C 3 5 A的抗压 强度 值 还有 低 于 C 3 5的情 况 , 而 第 4个 龄期 之 后 , 掺 入 耐碱 剂 试 件 C 3 5 A 的 混凝 土 抗 压强度 则大 于普 通混 凝 土试 件 C 3 5的抗 压强 度 ; 强碱腐蚀环境下 , C 3 5 A抗压强度值 随着腐蚀龄期 的增加而降低的速率小 于普通混凝土试件 C 3 5 , 耐 碱 剂 的加入 可 以减 缓 强 碱 溶 液 对 混 凝 土 的腐 蚀 程 度 ; 对于 F C 3 5 I 和 F C 3 5 A I而言, 在各腐蚀龄期 内, 掺 加耐 碱剂钢 纤 维混 凝 土试 件 F C 3 5 A I 的抗
13、压 强 度 均 大于 普通 钢 纤 维 混凝 土试 件 F C 3 5 I , 表 明 在 强 碱 溶 液环 境下 , 钢纤维可 在一定程度上提 高混凝 土 的抗 压强度 7 6 鏊 s 茸 4 3 2 3 4 5 腐 蚀时 间 月 图 1试 件 的 抗 压 强 度 比较 试 件 C 3 5 A 和 F C 3 5 I的 试 验 结 果 可 知 , C 3 5 A和 F C 3 5 I 在各腐蚀龄期 的抗压强度值基本相 同, 在腐蚀龄期的最后 阶段 , C 3 5 A抗压强度值大于 F C 3 5 I 可 以推测 , 强碱腐蚀环境下 , 添加水泥用量 7 的抗碱 剂 的普 通 混 凝 土优 于
14、钢 纤 维体 积 分 数 为 1 的钢 纤维混 凝 土 综 合 以上 分 析可 以得 出 , 在 强 碱溶 液 腐蚀 环 境 下 , 试验 所设计 的 4种配合 比的混凝 土 , 其抗 压强 度 均随试验龄期呈现 出不 同程度 的降低趋势 在其他 条件基 本一 致 的情 况 下 , 耐 碱 剂 的添 加 可 以 提高 普 通混凝 土 和钢纤 维混 凝 土 的抗 压 强 度 , 且 添 加耐 碱 剂 的普 通混 凝土 抗 压强 度 优 于钢 纤 维 混凝 土 , 同时 掺加 耐碱 剂和钢纤 维 的混凝 土抵抗 强碱 溶液腐 蚀 的 能 力最强 另外 , 耐碱 剂 的添 加可 以减缓 强碱溶 液腐
15、 蚀环境下混凝土抗压强度的降低速率 2 。 2 2抗 折强度 图2给出了强碱溶液侵蚀环境下不 同配合比试 件 在各试 验龄 期抗 折强度 的变化 情况 由图 2可 知 , 随着腐蚀龄期的增加 , 4种设计配合 比的混凝土抗 折强度均呈现出不 同程度的增长趋势, 且仅有 同时 掺加钢 纤维 和耐 碱剂 的 F C 3 5 A I 试 件 的抗 折 强度 呈 直线增长趋势 , 其他 3种配合 比混凝土的抗折强度均 呈 曲折增 长 1 慧 妪 2 3 4 5 腐蚀时间 月 图 2 试 件 的抗 折 强 度 对 比耐 碱 剂 添 加 前 后 的 普 通 混 凝 土 C 3 5和 C 3 5 A, 在前
16、 2个腐 蚀 龄 期 内 , 耐 碱 剂 的 添 加 可 以 优 化混凝 土 的抗折强 度值 ; 第 36个腐蚀 龄期 内, C 3 5 A的抗折强度值小 于 C 3 5的抗折强度值 就整 个腐 蚀龄期 来看 , 耐碱 剂 的加 入可 以减 小混 凝 土 抗 折强度值的波动 , 有利于保证混凝 土抗折强度值的 稳定 对比添加耐碱剂的普通混凝土 C 3 5 A和掺人钢 纤维 体积分 数 为 1 0 的钢纤维混 凝 土 F C 3 5 I , 可 以 看 出 , C 3 5 A与 F C 3 5 I 的抗折 强度均 随试 验龄期 的增 加呈 现 出微弱增 加 的趋势 经历 2 5个龄 期 的强碱
17、溶 液腐蚀 后 , C 3 5 A 的抗 折 强 度 低 于 F C 3 5 I , 但 其 差 值逐渐 趋于减小 , 至第 6个腐 蚀龄期 时 , C 3 5 A 与 F C 3 5 I 的抗 折强度 基本 一致 对 比 F C 3 5 I 和 F C 3 5 A I , 可 以明 显 看 出 , 在 钢纤 维混凝土中加入耐碱剂之后 , 对处于强碱溶液腐蚀 条 件下 的钢纤 维混 凝 土 抗折 性 能有 显著 改 善 , 在 整 个试验周期 , 其抗折强度几乎仍呈线性增长 通过对 4种配合 比的混凝 土试件经 历强 碱溶 液 环境腐 蚀后 的抗 压强 度 和抗 折 强 度 分析 可 知 ,
18、在 试 验龄 期范 围 内, 抗 碱 剂 的加 入 对普 通 混 凝 土和 钢 纤 维混 凝土 的抗压 强度 和 抗 折 强度 均 有所 提 高 , 含 有 耐碱 剂 的普通混 凝 土抗 压 、 抗 折 强度 值 稍 高 于钢 纤 维混 凝 土 , 而含 有抗碱 剂 的钢 纤维 混凝土 抗压 、 抗 折 强度 值在 整个试 验 龄期 内均 基本 处 于 较 大值 , 从 而 使得 含耐 碱剂 的钢纤 维混凝 土具 有较强 的抵抗 强碱 腐蚀 的能力 2 3强度腐蚀 系数分 析 抗 压强度 和抗 折强度 绝对值 的变化 虽 能直观 地 反映出试件遭受强碱溶液腐蚀 的变化情况 , 但在长 达 6个
19、 月 的试 验 龄期 内 , 试 件 充分 水 化 强度 逐 渐 增 加这一 因素不能消除, 可能会给试验的分析结果造 成一 定 的误 差 在此 , 通 过试件 抗压 强度腐 蚀 系数 和 抗折强度腐蚀系数进行试验结果分析, 以消除试件 强度 随龄 期增加 这一 不利 因素 的影 响 2 3 1 抗 压强 度腐蚀 系数 图3给出了强碱溶液腐蚀环境下不同配合 比试 O O O 0 0 第 3 4卷第 1期 范向前 , 等 : 强碱溶液环境下混凝土力学性能试验研究 5 7 件在各试验龄期抗压强度腐蚀 系数的变化情况 由 图 3可知 , C 3 5和 C 3 5 A, F C 3 5 I 和 F C
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- 强碱 溶液 环境 混凝土 力学性能 试验 研究
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