海洋潮汐环境下混凝土碳化行为模拟试验研究.pdf
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1、2 0 1 4年第 1 期 铁道建筑 Ra i l wa y En gi n e e r i ng 1 25 文章 编号 : 1 0 0 3 1 9 9 5 ( 2 0 1 4 ) o l 一 0 1 2 5 0 4 海洋潮汐环境下混凝土碳化行为模拟试验研究 徐 文冰 , 邓 波 , 王 婵 , 房艳伟 , 占 文 ( 1 中交武汉港湾工程 设计研究院有 限公 司, 湖北 武汉4 3 0 0 4 0 ; 2 长大桥梁建设施工技术交 通行业重点实验室 , 湖北 武汉4 3 0 0 4 0 ) 摘 要 : 混 凝 土的抗 碳化 性 能是 混凝 土 耐久 性的 重要 指 标 。在 海 洋潮 汐 环境
2、 下的 干 湿循 环 条 件 直接 影 响 混凝 土 内部 的孔 结构 , 进 而影 响 混凝 土 的碳 化 行 为。本 文模 拟 海工 工程 中的海 洋潮 汐环境 , 研 究不 同配 合 比混凝土在干湿循环条件下的碳化行为, 并探 究其作用机理。研究结果表明: 干湿循环条件加速 了混 凝 土 的碳 化过 程 , 但 粉 煤灰 和矿 粉 的掺 入 可 降低 干 湿循 环 对混凝 土抗 碳化 性 能 的影响 。 关 键词 : 干湿循 环 碳 化行 为 孔 结 构 矿 物掺 合料 中图分 类 号 : T U 5 2 8 5 7 文 献标 识码 : A D O I : 1 0 3 9 6 9 j i
3、 s s n 1 0 0 3 1 9 9 5 2 0 1 4 0 1 3 6 海 洋混 凝 土工 程 极 易 受 到海 洋 自然 环境 的影 响 , 如海洋生物 、 海洋腐蚀介质 、 海洋潮汐循环等 , 其 中海 洋潮汐环境造成的干湿循环对混凝土耐久性的影响显 著 , 尤其是高浓氯盐环境下的海洋潮汐作用对混凝 土 性能的影 响更为 明显 。大量研 究表 明 , 干湿循 环 条件对混凝土内部的氯离子侵蚀和硫酸盐侵蚀均有显 著影响。袁 晓露等 认为干湿循 环易使混凝 土 内部 产生裂缝 , 加剧混凝土 的硫酸盐侵 蚀。丁平华等 的 研究表明干湿循环加速了 自由氯离子在混凝土内部的 积累, 降低 了
4、混凝土的抗氯离子渗透性能 。 混凝土在干湿循环条件下 的氯离子侵蚀和硫酸盐 侵蚀已有了较为完善 的研究 , 而对 干湿循环条件下 的 混凝土碳化性能研究较少 。本文在实验室利用混凝土 加速碳化试验箱和水槽组成干湿循环系统 , 模拟海洋 潮汐环境下的混凝土碳化过程 , 探究干湿循环对混凝 土碳 化行 为 的影 响机 理 。试验 设计 4组 不 同的混 凝 土 配合比, 分析不同的矿物掺合料组成及掺量在干湿循 环条件下对混凝土碳 化行为 的影响 , 并采用孔结构分 析和微 观形 貌 分 析对 其 影 响碳 化过 程 的机 理 进行 探讨 。 1 试验 1 1 试 验原 材料 试验所用水泥为安徽海螺
5、 P 4 2 5水 泥 , 粉煤 灰为厦门嵩屿电厂粉煤灰 , 矿粉为泉州 国道建材有 限 公司的 $ 9 5矿粉, 其化学成分见表 1 。试验所用集料 分别为漳州龙海的河砂和玉峰采石场的凝灰质碎石 , 减水剂为武汉 港湾新 材料公 司生产 的 L N S P型聚羧 酸高效减水剂 , 减水率为 2 9 1 。 表 1试验用原材料化 学成 分 1 2试 验 配合 比 试验所用的混凝 土配合 比及工作 性能 如表 2所 示。混凝土水灰 比固定为 0 3 6 , 并分别单掺 2 0 粉煤 收稿 日期 : 2 0 1 3 0 5 - 2 0 ; 修 回 日期 : 2 0 1 3 1 0 2 5 作者 简
6、介 : 徐文冰 ( 1 9 8 5 一) , 男 , 湖北 武汉人 , 工程 师 , 硕士。 灰 、 单掺 2 0 矿粉 和复掺 2 0 粉煤灰 + 2 0 矿粉 , 通 过调整外加剂掺量使得各组混凝土具有相同或相近的 工作性能 , 研究不 同配 比混凝土在 干湿循环条件下的 碳化 行 为 。 1 3试 验步骤 与 测试 方法 混凝土碳化性能测试参考 普通混凝土长期性能 1 2 6 铁道建筑 J a n u a r y , 2 0 1 4 和耐久性能试验方法( G B T 5 0 0 8 2 -2 0 0 9 ) 进行 , 混 凝土拌合后成型 1 0 0 m m x 1 0 0 mm x 1
7、0 0 mm的立方体 试 块 , 在温 度 ( 2 0 3 ) , 相 对 湿 度 9 0 条件 下 养 护 2 6 d , 并 置 于 6 0 的烘箱 里干燥 4 8 h后 取 出。混凝 土 试块进行碳化前使用环氧树脂进行密封( 保 留 2个相 对暴露面 , 密封其余 4个面 ) , 并将模拟试块置于加速 碳化试验箱 ( 温 度 ( 2 03 ) 、 相对湿度 ( 7 05 ) 、 C O 浓度( 2 03 ) ) 中的水槽 内, 水槽 内水深约为试 块高度的一半 , 试块暴露面为上下相对的表面, 并且每 隔 2 4 h将试块取出擦干后翻转继续碳化 , 每 2 4 h视为 一 次干湿循环。同
8、时在碳化箱中放置不进行干湿循环 的标 准对 比试 块 ( 标 准 加 速 碳 化 条 件 下 养 护 ) 。 混凝 土碳化深度测试分别在干湿循环碳化 7 d和 2 8 d进 行 , 测试 方法 为 酚酞指 示 剂法 , 即在碳化 7 d和 2 8 d将 试块从碳化箱 中取 出擦干 , 在压力机上劈裂后将 1 的酚酞酒精溶液喷至断面 , 测试其碳化深度。混凝土 孑 L 结构分析试样取 白经过 2 8 d碳 化后? 昆凝土试 块 内 部的未碳化部分 , 使用 A u t o P o r e 1 V9 5 0 0压 汞仪 测试 在干湿循环条件 下混凝土未碳化 部位的孑 L 隙结构分 布, 并使用扫描
9、电镜观察混凝土内部的微观形貌。根据 孑 L 结构和形貌分析结果 , 结合测试的混凝土碳化深度对 其影响碳化机理进行探讨。 2结果与分析 2 1碳 化 结果 分析 干湿循环条件下与标准加速碳化条件 ( 以下简称 为标 准条 件) 下 混凝土 的碳化深 度测试结果见 图 1 。 由图 1可见 , 与标准条件下相 比, 干湿循环条件下混凝 土 7 d和 2 8 d碳化深度均有明显增高 , 表 明其抗碳化 能力显著降低。对于不 掺加矿物掺合料 的 c 1 试样来 说 , 干湿循 环 条件下 的 混凝 土 7 d和 2 8 d碳 化 深度 均 为标准条件下的两倍 以上 , 表 明干湿循环环境对混凝 土的
10、碳化反应过程有较大的影响。而当掺入粉煤灰或 矿粉后 , 干湿循环条件对混凝土碳化的影响有所降低 。 对于同为标准条件下碳化的不同配 比混凝 土试样 , 加 g 繇 宣 隧 谨 图 1 不同条件下的混凝土碳化 深度 对 比 入掺合料显著增加 了混凝土的碳化深度 , 原因是 掺人 的掺 合料进 行 二次水 化 反应 减少 了混凝 土 内部 的可碳 化物质数量, 加速了混凝土的碳化过程。 2 2孔结 构分 析 为 了研 究 不 同碳 化 条 件 下 混 凝 土 内部 的 碳 化 机 理, 针对复掺粉煤灰和矿粉 的 C 4试样 与未掺加掺合 料的 c 1试样 , 分别对其在标准 条件和干湿循环条件 下
11、的孔结构进行分析。c 1 和 c 4在标准条件下养护后 的孔 结构 对 比见 图 2 。由图 2 ( b ) 可 见 , 在 混 凝 土 中加 入粉煤灰和矿粉之后 , 混凝土内部 1 2 0 n m的J I , T L 增 多 , 而孔 径 2 01 0 0 n l l l 的孑 L 隙 则 有 所 减 少 , 表 明混 凝 土内部孔隙由大孔向小孔转化 , 矿物掺合料在混凝土 中起到了改善混凝土孑 L 结构大小分布的作用 , 提高 了 混凝土抗碳化性能。但另一方面 , 粉煤灰 和矿粉 的掺 1 2 8 铁道建筑 掺合料的 c l试样在干湿循环条件下出现 了明显的微 裂缝和粗孔隙, 而对于掺加掺
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- 关 键 词:
- 海洋 潮汐 环境 混凝土 碳化 行为 模拟 试验 研究
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