室内加速与暴露试验混凝土损伤的关系研究.pdf
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1、2 0 1 4 年 第 1 0期 (总 第 3 0 0 期 ) N u mb e r 1 0 i n 2 0 1 4 ( T o t a l No 3 0 0 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 理论研究 THE0RET I CAL RES EARCH d o i : 1 0 3 9 6 9 8 i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 4 1 0 0 0 9 室内加速与暴露试验混凝土损伤的关系研究 李强 。张立明 。何忠茂 。 ( 1 浙江建设职业技术学院,浙江 杭州 3 1 1 2 3 1 ;2 吉林交通职业技术学院 ,吉林 长春 1 3 0 0 1 2 ;
2、3 甘肃土木工程科学研究院 ,甘肃 兰州 7 3 0 0 2 0 ) 摘要 : 研究 了C 3 0 、 C 5 0 和 C 8 0 S F 1 0 在长期浸泡、 干湿循环和现场暴露环境下的强度损伤变化规律 , 测定不同腐蚀时间相对动 弹模量, 以长期浸泡为标准 , 分别建立不同暴露试验的损伤加速度和损伤速度与标准环境的转换关系。 试验结果表明: 混凝土损伤与 抗压强度呈反 比。 与暴露环境相比, 长期浸泡和干湿循环都加速了混凝土的损伤 , 干湿循环更显著; 混凝土强度等级与损伤加速度 A 和损伤速度A。 分别呈正指数和负指数函数关系 , 混凝土强度等级与损伤加速度的换算系数 K A 和损伤速度
3、的换算系数 K v 呈指 数 函数关系, 可通过换算系数和浸泡损伤加速度 A 和损伤速度A。 预测现场暴露环境和现场暴露一 千湿循环环境下的混凝土的相对 动弹模量。 关键词: 混凝土构件;室内加速试验 ;现场暴露试验;相对动弹模量 ;相关性研究 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 4 ) 1 0 0 0 3 4 0 4 Co r r e l a t i o n be t w e e n a c c e l e r a t e d i n d oo r a n d e x p o s e d t e s t f
4、 o r c o n c r e t e da m a g e L a n g , zHANG 2 HEZho n g ma o。 ( 1 Z h e j i a n g C o l l e g e o f C o n s t r u c t i o n , H a n g z h o u 3 1 1 2 3 1 , C h i n a ; 2 J i l i n C o m mu n i c a t i o n P o l y t e c h n i c , C h a n g c h un 1 3 0 0 1 2 , C h i n a 3 E n g i n e e r i n g t
5、e c hn i c a l o f Ga n s u, La n z h o u 7 3 0 0 2 0 , C h i n a ) Abs t r a c t : Th e v a r i e t y o fC3 0、 C5 0、 C8 0S F1 0 d a ma ge r u l e i n s a l t l a ke b r i n e p e r ma n e n t i mme r s i o n、 we t - d r y c y c l e a n d s a l t l ak e e x po s u r e e n v i r o n me n t w a s d i
6、s c u s s e d , t h e m o d e l o f r e l a t i v e d y n a m i c e l a s t i c mo d u l u s( E ) and c o r r o s i v e t i m e w a s e s t a b l i s h e d T h e t e s t r e s u l t s s h o w e d t ha t c o nc r e t e d a ma g e t e n ds t o v a r y i n ve r s e l y wi th c o nc r e t e c o mpr e s
7、s i o n i n c r e a s e Co mp a r i s o n t o fie l d e x p os u r e, bo th pe rm a ne nt i mme r s i o n an dy - we t c y c l e we r e a l l a c c e l e r a t e c o nc r e t e d am a g e, y - we t c y c l e wa s mo r e a p pare n t Th e r e l a t i o n s h i p b e t we e n c o n c r e t e s t r e n
8、g t h s g r a de a n d the c o n c e nt r a t i o n of da ma ge a c c e l e r a t i o n an d d a ma g e r a t e wa s e x p r e s s e d b y e x p o ne n t i a l f u n c t i o n The r e l ati v e d yn a mi c mo d ul u s of c o n c r e t e i n e xp o s u r e fie l d o r d r y - we t c y c l e a nd e x
9、p o s u r e fie l d wa s p r e d i c t e d b y us e o f c o n ve r t p a r a me t e r an d d a mag e a c c e l e r a t i o n an d dam a g e r a t e i n pe r man e n t i mme r s i o n K e ywor ds : c o n c r e t e s t r u c t u r e ; a c c e l e r a t e dt e s t ; e x p o s uret e s t ; r e l a t i v
10、 ed yn am i c e l a s t i cmo d u l u s ; c o rre l a t i o n 0 引言 在腐蚀环境下 , 硫酸盐腐蚀、 干湿循环、 氯离子锈蚀 钢筋是引起混凝 土耐久 性不足 的主要原 因 1 - 2 。 国内外学 者广泛的研究 了小尺寸 的砂浆试件和混凝土试件的耐久 性试验, 选用的腐蚀溶液大多是单一氯盐或硫酸盐溶液, 对氯盐 和硫 酸盐 混合溶液研究还不 多 。 金祖权 口 - 4 描述 了 混凝土试件在的硫酸盐和氯盐复合溶液环境下混凝土试 件 的氯离子扩散规律和结构损伤过程 ,同时也研究 了弯 曲荷载和腐蚀溶液作用下混凝土试件 的氯离子扩散规
11、律 和结构损伤过程。 余红发5 _ 8 研究了六种典型混凝土试件 在高浓度盐湖卤水环境下 , 进行冻融、 干湿单一情况和加 载耦合条件下 了混凝 土试件 的应力腐蚀 和氯离子扩 散规 律 , 并建立 的相应 的模 型 。 张 云清 9 1 探讨 了混凝土试 件在 硫酸盐和氯盐环境下 , 进行快速冻融 、 自然冻融和长期浸 泡 , 混凝土构件的表面剥落和应力腐蚀的规律。 张立明 1 o l 摸 索了混 凝土构件在室 内浸泡浸烘循环和盐湖暴露环境 下 的三种混 凝土 的氯 离子扩散 能力 。 而 实际工 程采用 的 多是钢筋混 凝土结构 , 研究混凝 土构件 的耐久性 尤为 重 要 。 同时对 混
12、凝土构 件在不 同试 验环境 的转换关 系 的研 究还没未 见报道 。 本 研究选取青 海察尔 汗盐 湖 卤水为 腐 蚀溶液 , 分别进行 了现场暴露试验 、 室内长期浸 泡和干湿 循环试验 , 讨论钢筋 混凝土 梁在不 同试 验环 境下 的腐 蚀 规律 , 是长期浸泡 为标 准环境下 , 建立现场暴露环境与标 准环境的关系式。 为盐湖地区混凝土结构耐久性设计提 供试验数据 。 收稿 日期 :2 0 1 4 - - 0 4 1 6 基金项 目:国家重点基础研究发展计划( “ 9 7 3 ” 计划 ) 项 目( 2 0 0 9 C B 6 2 3 2 0 3 ) ; 浙江省 自然科学基金项 目(
13、 L Y 1 2 E 0 8 0 0 3 ) ; 浙江省科技计划项 目 ( 2 0 1 3 C 3 1 0 1 1 ) ; 住房和城乡建设部科技项 目( 2 0 1 2 K 2 1 3 ) 3 4 1试 验 1 1 原材料 湖北黄石水泥厂生产的华新牌 P I 5 2 5 级水泥, 镇江 谏壁 电厂华源 I 级粉煤灰 。 江苏江南粉磨公 司生产 的 $ 9 5 级磨细矿渣 , 比表面积 4 6 1 m2 k g 。 胶凝材料化学成分见表 1 。 兰州产河砂, I I 区级配, 中砂细度模数为 2 5 。 甘肃省临洮 河 口产石灰岩碎石 , 5 2 0 mn l 连续级配 , 最大粒径 2 0 1
14、 T U T I 。 饮用水 , 江苏省 苏博 特 P c A ( I ) 聚羧 酸类高性 能减水剂 , 减水率达 2 0 以上。 表 1 胶凝材料的化学成分 1 2配 合 比 试件尺寸 5 0 0 mm 1 0 0 m mx 7 5 to n i 棱柱体 。 矿物掺合 料分别为 : 硅灰掺 1 0 。 水 灰 比为 0 5 3 、 0 3 5和 0 2 3 。 其配 合 比及 2 8 d 抗压强度见表 2 。 表 2混凝土配合比及抗压强度 青海察尔汗盐湖运 回卤水 , 到 中科院青海盐湖研究所 进行等离子光谱测定化学成分件见表 3 : 表 3 青海察尔汗盐湖卤水化学成分 总含量 化学成分 (
15、 m g L) ( g L) Na +K M8 2 + C a 2 _ C 1 一 S O 4 - H C O j C O 3 21 68 3 6 0 5 97 7 8 3 5 1 30 4 2 41 2 0 4 2 0 9 2 2 29 0 1 27 4 1 71 6 1 3试 验 方 法 相对动弹模量用北京康科瑞公司生产的N M 4 B非金 属超声 波检测仪测定 如图 2 所示 。 混凝土的相对动弹模量 可用式 ( 1 ) 计算 : T Z 2 = = ( 1 ) E 0 5 式中 : 相对动弹模量 ; 混凝土试验前的初始动弹模量 ; 混凝土试验前 的超声波波速 ; E混凝 土在 t 时刻
16、的动弹模量 ; 混凝土在 时刻 的超声波波速。 参照国标 G B T 5 0 0 8 2 -2 0 0 9 普通混凝土长期性能 和耐久性能试验方法标准 阍 当降低到 6 0 ; 质量损失率达 到 5 以上可认为混凝土已经发生应力破坏 , 详细测定方 法参考文献 6 。 棱柱体试件为 5 0 0 m mx l O 0 m mx 7 5 1 1 1 11 1 , 混凝 土构件 标准养护 2 8 d 。 测定好 初始超 声波值 后 , 依次放置在 如下 持续浸泡环境 、 干湿循环 ( 盐湖 卤水 中浸泡 2 d 和 6 0烘 2 0 0 4 0 0 6 0 浸 蚀 时间 d ( a ) 长 期浸 泡
17、 图 1 盐湖暴露现场 1 d 为一个循环 ) 及现场暴露环境下。 分别在 9 0 、 1 8 0 、 2 7 0 、 3 3 0 、 3 6 0 、 4 8 0 、 5 4 0 d 测定各棱柱体的相对动弹模量。 2试 验 结果 2 1 抗压强度等级对混凝土损伤规律的影响 混凝土构件在三种试验环境下 , 其相对动弹模量 E变 化规律见 图 2 。 如 图 2 所示 : 不 同混凝土构件在相同的试验 环境下 , 其相对动 弹模量 E变化规律是 一致 的。 可划分为 两个 阶段 : 相对动弹模量强化阶段 : 没有反应的水泥继 续水化 , 混凝土构件孔隙、 缺陷处生成腐蚀产生, 密实了混 凝土结构。
18、 随着混凝土强度的增大 , 混凝土构件 E增加速 率明显增大 , 其达到最大值的时间明显缩短 。 如 C 3 0 构件在 干湿循环环境下 , C 3 0 在 2 7 0 d 达到最大值 , 增加了 1 7 8 , C 5 0 在 3 3 0 d 达到最大值 , 增加了 2 0 6 , C 8 0 S F 1 0 在 4 8 0 d 达到最大值 , 增加 了 2 0 6 。 相对动弹模量下 降阶段 : 混 2 0 0 4 0 0 浸蚀 时间 , d ( c ) 现 场暴露 3 5 凝土水化减缓 , 腐蚀产物填满孔隙后 , 产生裂纹导致混凝 土孔 壁破坏 , 裂纹引发 、 扩 展 , 并最终 导致
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