灌注桩混凝土抗硫酸盐侵蚀试验研究.pdf
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1、2 0 1 2 年 第 6 期 (总 第 2 7 2 期 ) N u mb e r 6 i n 2 0 1 2 ( T o t a l No 2 7 2 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 THEORETI CAL RES EARCH d o i : 1 0 3 9 6 i s s n 1 0 ( 2 - 3 5 5 0 2 0 1 2 0 6 0 1 4 灌注桩混凝土抗硫酸盐侵蚀试验研究 储王应 ( 电子综合勘察研究院 华东分院, 浙江 嘉兴 3 1 4 0 3 3 ) 摘要: 对掺量粉煤灰高性能混凝土和普通混凝土灌注桩进行抵抗硫酸盐和浓度镁盐的双重强侵蚀试验。 试验表明
2、掺量粉煤灰高性能 混凝土, 其可以抵抗硫酸盐和浓度镁盐的双重强侵蚀, 完全能满足混凝土抗侵蚀要求。 在相同配合比条件下, 质量变化在腐蚀早期的质量 变化率很接近 , 随着侵蚀龄期 的增加 , 粉煤灰高性能混凝 土抗侵蚀性能均优于普通水 泥混凝土 , 这与耐 蚀系数得 出的结论基本上相吻合。 关键词: 灌注桩混凝土; 抗硫酸盐侵蚀;混凝土强度 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 2 ) 0 6 0 0 4 0 0 3 Re s e ar ch o f t he p i l e s of c onc r e t e
3、 i n s t r on g su l ph a t e c or r o sive e nv i r onmen t CHU W a n g- y i n g ( E a s t C h i n a B r a n c h , E l e c t r o n i c In f o r ma t i o n I n d u s t r y I n s t i t u t e o f C o mp r e h e n s i v e S u r v e y , J i a x i n g 3 1 4 0 3 3 , C h i n a ) Abs t r a c t : Vo l u me f
4、 l y a s h h i g h p e rfo r ma n c e c o n c r e an d o r d i n a r y c o nc r e t e a r e t e s t e d b y p i l e s d u a l r e s i s t anc e t o s u l f a t e an d t h e c o nc e n t r a t i o n o f ma g n e s i u m s tro n g e r o s i o n E x p e r i me n t s s h o we d t ha t Vo l u m e n y ash
5、 h i g h - pe r f o rm an c e c o n c r e , d o u b l e s t r o n g e r o s i o n r e s i s t an c e t o s ul f a t e a n d t h e c o n c e n t r a tio n o f ma gn e s i u m , C an me e t t h e r e s i s t a n c e o f c o n c r e e r o s i o n r e q u i r e me n t s In the s a me ma t c h r a t i o
6、c o n d i t i o n, q ua l it y c h ang e s i n the f o r e p a r t c o r r o s i o n t o t h e r a t e o f mass c h an g e i s v e r y c l o s e wi t h e r o s i o n a g e i n c r e a s e s 。 the fl y ash hi g h p e rfo r manc e c o n c r e t e ant i e r o s i o n p r o p e i e s a r ebe a e r th an
7、 o r dina r yc e me n t c o nc r e t e, th e r e s i s t a n c e c oe ffi c i e n t a n dthe c o n c l u s i o nb as i c a l l yc o i n c i d e K e y wo r d s : p i l e s o f c o n c r e t e ; s u l f a t e r e s i s t a n c e ; c o n c r e t e s t r e n g t h 0 引言 深基础包括桩基、 沉箱基础等几种类型 , 而桩基应用范围 广, 其中
8、灌注桩在中国的桩基工程中占据了主导地位 1 。 灌注桩 的桩长可长可短, 灌注桩的基桩是在工厂制作 养护, 运到施工 现场后采用打人或静压方式沉桩, 几乎不受地质条件的影p 2 - 3 , 所以抗腐蚀性较好。 而预制桩受到的限制就比较多 , 打入式预 制桩沉桩时会产生严重的噪声。 灌注桩通常比预制桩有许多明 显的优点, 但也有 自己的某些不足, 最重要的问题之一是混凝 土桩在高腐蚀性的环境适应性。 灌注桩是在项 目现场施工 , 属 于隐蔽工程, 混凝土输送泵直接向桩孔混凝土浇筑。 影响成桩 质量的因素较多 网 0 浇筑的混凝土仍然是液体状态, 难以振捣 , 影响混凝土压实 , 施工质量难以控制
9、 。 当混凝土桩接触到腐 蚀性介质, 在施工过程中, 造成断桩、 蜂窝麻面等桩身缺陷, 可 能会削弱桩耐腐蚀。 和预制桩相比, 混凝土灌注桩在强腐蚀环境 中使用的可行性尚需进一步研究。 1 灌注桩混凝土抗硫酸盐腐蚀的机理及影响 因素 1 1 硫酸盐对灌注桩混凝土的腐蚀机理 水泥是组成混凝土的基本材料, 水泥的水化过程是水泥与 水发生反应的过程。 该凝胶体内约有 2 8 的凝胶孔隙, 硅酸三 钙和硅酸二钙同时水化生成 C S H胶 , 存在范德华力和化学结 合键, 主要水化产物是水化硅酸钙( C s H凝胶) , 该水化产物是 收稿 日期 :2 0 1 1 - 1 2 - 0 2 4 0 以胶体
10、微粒的形式析出, 使得它具有巨大的比表面积和刚性凝 胶的特性。 逐渐凝聚成 C S H凝胶体, 具有很高的强度且几乎不 溶于水。 氢氧化钙晶体数量较多, 氢氧化钙在溶液中很快达到饱 和, 层间结合力较弱嘲 。 铝酸三钙为立方晶体 , 由于硅酸三钙迅 速水化 , 在氢氧化钙饱和溶液中, 分别生成水化铝酸四钙和水 化铁酸四钙。 它们的水化产物对水泥石的性能有很大影响。 硫 酸盐对混凝土的化学腐蚀是硫酸根离子进入混凝土内部 , 生成 了一些难溶性的盐类物。 受硫酸盐腐蚀的混凝土最显著的特征 是表面发白, 当膨胀内应力超过抗拉强度时, 混凝土的表面会 不断出现掉渣现象 , 这些盐类物由于结和了大量结晶
11、水引起体 积膨胀, 最先受损坏的部位是在棱角处, 将在混凝土内部产生 微裂缝 , 当膨胀内应力超过混凝土的抗拉强度时, 将在混凝土 内部产生微裂缝, 随着微裂缝的不断开展贯通 , 使得表层混凝 土逐渐开裂剥落裂缝的产生又助长了外界硫酸盐的渗透, 进一 步加剧了混凝土的膨胀破坏。 最终使 昆 凝土成为一种易碎的, 甚至松散的状态, 混凝土的硫酸盐化学腐蚀破坏机理主要有三 种情况: 钙矾石结晶破坏、 石膏结晶破坏、 碳硫硅钙石结晶破坏。 1 2 灌注桩混凝土抗硫酸盐腐蚀的主要影响因素 c 水化反应生成的水化铝酸钙, C , S 水化生成的C a ( O H) : 和C S H是形成钙矾石的必要组分
12、, 降低 C A或 C S的含量凝 胶 , 形成石膏的必要组分, 配制的抗硫酸盐水泥, 也就相应地减 少了生成钙矾石的含量, 低 c 含量的水泥通过控制水泥孰料 中的C 3 A含量, 一直被推荐用于受硫酸腐蚀的工程当中。 在抗钙 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 矾石型硫酸盐侵蚀破坏时有一定效果, 提高了混凝土的抗硫酸 盐腐蚀的能力, 但在碳硫硅钙石型硫酸盐侵蚀方面效果并不显 著。 加入的矿物掺合料 , 降低混凝土的孑 L 隙率, 能够取代水泥 , 二次水化反应还使得水泥石中 C a ( O H) 含量减少 , 由毛细孔中 C a ( O H) 浓度降低, 减少
13、C , A和 C S含量外 , 从而减少了钙矾 石形成 的可能性拥 。 毛细孔隙的数量和与拌和时的用水量有很大关系, 硫酸盐 对混凝土的腐蚀通常会受到各种因素的影响, 但为了保证拌和 中要求的和易性 , 多余的水分最终会形成孔隙或毛细管, 降低了 混凝土的密实性。 对混凝土抗硫酸盐腐蚀的影响有差别, 不同浓 度的硫酸盐溶液对混凝土腐蚀速度也有影响, 在特定浓度的硫 酸盐溶液中, 硫酸盐对混凝土的腐蚀是一个非常复杂的过程, 会 产生最大的硫酸腐蚀破坏速度。 2 试验材料 水泥 P I I 5 2 5级水泥、 4 2 5 级抗硫酸盐硅酸盐水泥。 骨料 分为粗骨料和细骨料 , 粗骨料的粒径为 5 1
14、 0 1n l T l 连续级配的碎 石 , 细骨料采用细度模数为 2 9 8的二区中砂。 粉煤灰采用 I 级 低钙粉煤灰。 高效减水剂采用 U NF 一 1 型萘系高效减水剂, 掺量 在 0 6 1 2 时, 减水率在 1 2 - 2 0 。 腐蚀介质为的无水硫酸 钠粉末。 拌和用水均使用 自来水。 表 1 混凝土试验配合比设计 由于混凝土 的侵蚀破坏通常需要检测各个侵蚀龄期 , 1 号溶 液为淡水 ; 2号溶液为硫酸根 2 5 0 0 mg L, 镁离子 1 4 0 0 mg L; 3 号溶液为硫酸根 8 0 0 0 mg L , 镁离子 l 4 0 0 mg L, 测试试件在 侵蚀溶液和
15、淡水中养护的抗折强度。 3 结果及分析 普通水泥胶砂试件和粉煤灰高性能混凝土胶砂试件在淡 水中为空白比较样, 各月抗折强度和在不同浓度侵蚀溶液中的 不同侵蚀龄期的抗蚀系数列于表 2 。 出现抗蚀系数 O 8 0的 值, 表示该试件在相应侵蚀溶液中已丧失抗蚀能力。 ( 1 ) 】 曲 式中: K 抗折强度耐蚀系数; 试件在硫酸盐溶液中浸泡 n天的抗折强度平均值 , M Pa: 厂 曲 试件在自来水中浸泡 n 天的抗折强度平均值, MP a 。 国外关于水泥混凝土抗硫酸盐腐蚀试验方法标准主要包 括美 国 AS T M 标准中的两个系列标准 : S t a n d a r d T e s t Me
16、t h o d f o r Po t e nt i a l Ex pa ns i o n of Por t l a nd Ce me n t M or t a r s Ex po s e d t o S u l f a t e ( AS T M C 4 5 2 ) 、 S t a n d a r d T e s t Me t h o d f o r L e n g t h C h ang e o f Hy d r a u l i c Ce me n t M o r t a r s E x p o s e d t o a S u l f a t e S o l u t i o n ( AS T
17、M C 1 0 1 2 ) 8 - 9 。 这两个标准主要介绍了水泥抗硫酸盐腐蚀 试验方法, 对混凝土抗硫酸盐腐蚀试验研究具有一定的指导意 义。 灌注桩桩身混凝土在凝结硬化前直接与腐蚀介质接触, 即 新拌混凝土的腐蚀问题 , 这可能会使混凝土的抗腐蚀性降低。 所以, 本试验的研究对象主要是新拌混凝土, 为了能和预制桩 桩身混凝土的抗腐蚀性进行比较, 也考虑了标准养护后的混凝 土作为研究对象。 从表2可看出, 1 和 2 试件侵蚀试验结果证明, 普通水泥自 身的抗侵蚀能力很差 , 发生弯曲、 胀裂破坏 , 不能抵抗硫酸盐 、 镁盐环境水的侵蚀。 抗侵蚀性能较差, 不能单独使用在抗侵蚀混 凝土工程
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