盐雾腐蚀混凝土后对其抗剪性能的影响分析.pdf
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1、2 0 1 1年 第 3期 (总 第 2 5 7 期 ) Nu mb e r 3 i n 2 0 1 1 ( To r n l No25 7) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 THEORE TI CAL RES EARCH d o i : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 1 0 3 0 0 7 盐雾腐蚀混凝土后对其抗剪性能的影响分析 阎西康 ,魏志敏 ,丁其元 ( 河北工业大学 土木工程学院,天津 3 0 0 1 3 2 ) 摘要: 滨海地区氯离子对混凝土结构 的侵蚀主要以海边 的水蒸气为媒介进行 。 根据模拟 海边环
2、境下盐雾腐蚀试验 , 主要研究 氯离子腐 蚀混凝土后对其抗剪性能的影响, 为正确评估钢筋混凝土结构在滨海环境中的耐久性和制定相关混凝土结构的耐久性设计规程提供依据。 关键词: 盐雾;混凝土结构;氯离子;侵蚀; 力学性能 中图分类号 : T U5 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 1 ) 0 3 0 0 2 1 0 4 An al y s i s of t he i n f l ue nc e of s a l t f og c or r o sion c onc r e t e s h ea r pe r f or ma nc e
3、 Y ANX 一 k a n g , WE I Z h i mi n , D I NGOi - y u a n ( S c h o o l o f Ci v i l E n g i n e e r i n g , He b e i U n i v e r s i t yo f T e c h n o l o g y , T i a n j i n 3 0 0 1 3 2 , C h i n a ) Abs t r a c t : Th e me d i u m o f c o n c r e t e s t r u c t u r e s e r o s i o n i s ma i n l
4、y c oa s t a l r e g i o n s o f c h l o rin e i o n i n s e a wa t e r va p o r Ac c o r d i n g t o t h e s i mu l a t i o n e n v i r o n me n t t o ma k i n g s a l t f o g c o r r o s i o n t e s t , wh i c h t h e ma i n r e s e a r c h c h l o r i n e i o n i n c o n c r e t e c o r r o s io
5、n a ft e r the s h e a r p r o pe r t i e s wh i c h wi l l p r o v i d e s u g g e s t i o n s f o r e v a l u a t ing t h e d u r a b i l i ty o f t h e s t r u c t u r e s i n c o a s t a l e n v i r o n me n t a n d wo r k i n g o u t r e l a t e d d u r a bi l i ty c o d e s o f c o n c r e t e
6、 s t r u c t u r e Ke y wor ds : s a l t f o g; c o n c r e t e s t r u c t u r e; c h l o r i d e i o n; c o rro s i o n; me c h a n i c a l p r o p e rti e s 0 引言 根据 GB 5 0 0 1 0 -2 0 0 2 ( 混凝土结构设计规范 中混凝土结 构环境类别 的有关规定 , 滨海地 区室外环境属于三类环境 , 而海 水环境属于 四类环境。 在这两 种环境下 , 由于海水 的蒸发 , 潮湿 的大气中夹带着大量的电离态氯离子 Ij
7、。 氯离子会随着海风、 海 雾等各种方式吸附到建筑物的混凝土表面, 并通过扩散作用进 入 到混凝 土内部 , 导致结构过早失效 , 这也是 氯盐腐蚀最主要 的方式。目前, 国内外学者对混凝土结构的氯盐腐蚀已经有了一 定的成果。 但是这些成果几乎都是基于混凝土处于盐水浸泡并 进行干湿交替状态下的研究得到的, 与很多处于含盐较高的大 气环境中的混凝土结构并不相符合。 在一些工程实例表明了此 类问题的研究具有重要性。 例如江苏省井神盐业有限公司某制 盐车间提前拆除, 经过调查发现引起此次事故的主要原因就是 由于环境 中所含氯盐渗透到混凝土 内部而造成腐蚀破坏f2 。 本研究采用盐雾模拟手段, 在实验
8、室中模拟出实际工程在 2 O年中由于盐雾中的氯离子在混凝土中的扩散而产生的影响。 为正确评估钢筋混凝 土结 构在滨海大气 环境 中的耐久性 和指 导生产实践提供依据。 1试 验 概 况 1 1 试验 方案 本试验采用加速腐蚀的方法, 通过分析沿海岸空气中的氯 离子浓度确定盐水的浓度, 用盐雾腐蚀箱对试验梁进行腐蚀, 用 4个周期共 2 4 0 d的时间模拟现实当中 2 O年左右的氯离子对 混凝土结构的腐蚀。 之后, 对遭受腐蚀的试验梁进行静力荷载试 验, 通过对数据的分析来找到盐雾腐蚀对试验梁抗剪承载力的 收稿 日期 :2 O 1 0 一 1 0 一 I 6 影响。 本次试验共设计 1 0根试
9、验梁 , 其截面尺寸为 1 0 0 i n r fl x 1 2 0 m l Y l 。 共分为 5组, 每组梁的强度分别为 C 2 0 、 C 2 5 两种。 其 类型如下 : 梁型A: 纵筋 2 +1 4 , 架立筋 6 , 混凝土强度为 C 2 0 , 混凝土 保护层厚度为 1 5 n l n l , 箍筋间距为 1 5 0 I n to。 梁型B: 纵筋 2 +1 4 , 架立筋 6 , 混凝土强度为 C 2 5 , 混凝土 保护层厚度为 1 5 l a i n , 箍筋间距为 1 5 0 ml r l 。 在构件制作时, 用每根梁相同的混凝土制作 3 块 1 0 0 mmx 1 0
10、0 m mx l O 0 mi l l 的立方体试块。 将这些试块与试验梁在相同条 件相同周期下养护和腐蚀, 腐蚀完成之后和此组梁类似在压力 机上进行试验 , 用来测对应梁的抗压强度。 1 2 试验材料 混凝土采用天津滨海汉拿混凝土有限公司的预拌混凝土, 浇筑试验梁的混凝土经过天津市塘沽区滨海建筑工程质量检 测中心的检测 , 质量合格。 采用的钢筋取自于唐山钢铁股份有限公司 2 0 0 8年 5月 3 号售出的 3 Y 2 0 0 8 0 9 1 8 0 0 1 6 产品, 各项力学新能测试皆满足。 1 3 腐蚀 方 案 盐雾腐蚀同样分为4个周期, 每个周期6 0 d 。 试验时把试块 4种试
11、块放入盐雾腐蚀箱中, 采用问断喷雾的方式, 以3 0mi n时 为一个小周期, 喷雾 1 0 mi n间歇2 0 mi n用来以保持盐雾箱内的 盐雾浓度稳定在一个范围内。 参考沿海地区的年平均气温, 将试 验时试验箱的的温度设定为 2 O。 此次试验以距离海岸线 1 0 0 m的氯离子浓度为基准模拟在 现实海边盐雾环境下被腐蚀 2 0年的混凝土结构, 参考文献 2 】 距 21 离海岸 1 0 0 m的氯离子浓度的年月平均值为 1 0 8 5 6 ( c m。 d ) , 实际工程中 2 O 年中每立方厘米的氯离子含量为氯离子的总含量 为7 9 2 4 8 8 t x g , 腐蚀箱的尺寸为
12、1 3 0 c mx 8 5 c mx 1 0 0 c m, 每天工作 8 h , 每个小时喷雾 2 0 rai n , 每天喷出8 L盐水, 一个周期 2 O个T作 日相当于实际工程中5 年的时间, 4个周期相当于2 0 年, 计算得 到盐水的浓度为 5 5 。 梁在腐蚀箱内的摆放位置 , 如图 l 所示。 表 1 不 同腐蚀时间梁的编号 图 1 试件在腐蚀箱内的摆放 1 4 加 载方 法 本次试验在河北工业大学结构实验室进行。 试验 梁剪 支在 混凝土支座上 。 采用液压式千斤顶进行加载。 通过剪支在试验梁 上的分配梁作用形成对称两点 的集 中加载装置。 试验 的加载采 用三分点方式加载
13、, 具体加载方式如图 2 所示实图如 3 所示。 1 分配梁 I “ U 试验梁 图 2 集中力加载试验装置示图 图 3现 场 加载 试 验 图 2 试验现 象 2 1 斜裂缝的出现与斜向开裂 钢筋应变片的位置如网 4所示 。 根据上述加载方案作 出的 试 验梁荷载一 箍筋应变曲线 , 如图 5所示。 加荷初期 , 试验梁处于弹性T作阶段 , 梁表 面对 比梁 L M A 0 在 加载的过程中 , 当荷载加到 1 0 k N之后 , 首先在梁底 会出现 出现一些 列垂直的竖向裂缝 , 裂缝的初始高度大约在 1 5 mm左 右, 宽度在 0 0 4 i l l r n 左右。 此时荷载为极限荷载
14、的 1 9 。 继续下 一 级加载时支座附近处 出现三条斜裂缝并开始发展 , 竖向裂缝 2 2 l I f、 4 4 。 5 35 3 0 1 0 5 图 4试验梁应变 片位置 0 1 00 0 2 000 3 00 0 4000 1 0一 图 5 试验梁 B 2的荷载一 钢筋应变片曲线 也开始发展 。 随着加载 的持续斜裂缝 向上呈 4 5 。 向加载点附近 发展。 斜裂缝出现之前其竖向裂缝的产生和发展与正截面受弯 产生裂缝的特点相似 , 主要 区别是在斜裂缝出现之后。 梁的裂缝 分布如图 6所示。 一 一F F 。 , 撇 蒜 驾 1 1 0 0 J 图 6试验梁 B 2的裂缝分布图 2
15、2 斜裂缝 出现后 梁的工作状况 实 际上斜 向裂缝 出现 的位置 以及 时 间具有不 确定性 , 一 般有 两种 : 一种是直接在 梁的腹剪部位 出现并 延伸 ; 一 种是在 梁底 出现 的竖 向裂缝的基础上开始出现。 两种 出现的斜裂缝大 多成 4 5 度并 向加载点附近延伸发展 。 本次试验中当加载至极限 荷 载的 3 0 5 0 时 , 各 梁都会 出现一 些斜裂 缝 , 集 中荷载 下 梁裂缝 出现之 后便会 向支座处 延伸 , 其宽度为 0 0 3 m i n左右 , 长度 在 3 5 9 0 i r lI n之间 。 继续加 载时 钢筋 的微应 变达 到 0 0 2 钢筋屈服 。
16、 当加载值接近极 限荷载 时斜裂缝进入不稳定状态 , 向下向 支座附近处发展 , 向上 向加载点延伸 , 形成剪压 区, 以前 出现 的 裂缝其长度稳定但是其宽度增大 , 剪压区的混凝土在剪应力和 压应力的共同作用下达到受力极限强度 , 梁承载力丧失 , 出现 破坏形态后发生破坏。 3 承载能力极 限状 态分析 3 1 极 限荷 载 试验过程中记录了梁的斜截面极限荷载的实测值 尸 u , 指 的是结构 已经达到或超过承载力极限状态时 的承载力 , 与正截 面受弯极限荷载的测定相似, 通过文献 3 】 可以认为出现以下 4 种 情况之一 时即认定试验梁遭到破坏此时的荷载 即为极 限荷载。 当结构
17、构件受力情况为受剪时, 其标志如下: 斜裂缝端 毒 部受压区混凝土剪压破坏 ; 沿斜截面混凝土斜向受压破坏 ; 沿斜截面撕裂形成斜拉破坏; 箍筋或弯起钢筋与斜裂缝交 会处的斜裂缝宽度达到 1 5 m l 1 。 本次试验的极限荷载实测值 如表 2 、 图 7 所示。 表 2 试验梁的极 限荷载 k N 期 腐蚀周期 图 7 试验梁的极限抗弯承载 力图 从表 2 , 图 7可以看出梁的极限荷载值都是先缓慢上升在 腐蚀第一、 第二周期左右时达到其最大值, 之后开始下降。 水灰比 大的A型梁其下降的趋势大于水灰比小的B型梁。 3 2 遭受腐蚀的混凝土梁抗剪承载力公式推导 文献【 4 根据对集中荷载作
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