受酸腐蚀混凝土的剪切性能及声发射特征研究.pdf
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1、第 1 4卷第 3期 2 0 1 1年 6月 建筑材料学报 J 0URNAL OF BUI L DI NG MATERI ALS Vo 1 1 4, No 3 J u n , 2 0 1 1 文 章编 号 : 1 0 0 7 9 6 2 9 ( 2 0 1 1 ) 0 3 0 3 8 5 - 0 5 受酸腐蚀 混凝土 的剪切性能及声发射特征研 究 张力伟 , 赵 颖华 , 江阿兰 , 倪 庆清 ( 1 大连海事大学 道路与桥梁工程研究所 , 辽 宁 大连 I 1 6 0 2 6 ; 2 信州大学 机能机械学科 ,长野 上田 3 8 6 8 5 6 7 ) 摘 要 :用 p H 值 为 1 5的
2、硫 酸和硝 酸混合 溶 液 对 Z型 混凝 土 试 件进 行 侵 蚀 , 对 腐 蚀后 试件 进行 加 载并全程进行声发射信号采集 结合应力一 应 变曲线与声发射参数对腐蚀前后 混凝土剪切性能进行 分析 结果表明: 随着腐蚀周期增加 , 试件剪切 强度和声发射参数 均有 明显 降低, 且声发射参数 衰 减率远大于剪切强度衰减率 ; 未腐蚀试件加载过程声发射参数呈 3阶段特征 , 受腐蚀试件加载初期 声发射信号较 少, 加栽接近极限荷 载时能量集 中释放 在试件加 载过程 中, 声发射信 号先后 出现 2 个主要峰 值 频 率 , 其 中 9 O 1 0 0 k Hz 信 号 的集 中 出现 预
3、 示混凝 土材 料进 入 了非稳 定破 坏 阶段 关 键词 :混凝 土 ;腐蚀 ;剪切 ; 应 力一 应 变曲线 ; 声 发射 中图分 类号 : TU5 2 8 0 1 文献标 志码 : A d o i : l O 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 7 9 6 2 9 2 0 1 1 0 3 0 1 9 A S t u d y o n S he a r Be ha v i o r a n d AE Ch a r a c t e r i s t i c o f Co nc r e t e Co r r o d e d b y Ac i d i c S o l u t i o n Z
4、HANG Li we i , ZHAO Y i n g h u a , J I ANG A l a n , NI Qi n g q i n g。 ( 1 I n s t i t u t e o f Ro a d a n d B r i d g e E n g i n e e r i n g,Da l i a n M a r i t i m e Un i v e r s i t y,Da l i a n 1 1 6 0 2 6 ,Ch i n a ; 2 De p a r t me n t o f F u n c t i o n a l Ma c h i n e r y& Me h h a n
5、i e s ,S h i n s h u Un i v e r s i t y,Ue d a 3 8 6 8 5 6 7, J a p a n ) Ab s t r a c t :Z s ha p e c on c r e t e s p e c i me ns f o r s he a r t e s t w e r e i mme r s e d i n mi x e d s o l ut i on o f v i t r i o l a n d ni t r i c a c i d wi t h p H v a l u e o f 1 5 t o a c c e l e r a t e
6、t h e c o r r o s i o n Ac o u s t i c e mi s s i o n ( AE)p a r a me t e r s a n d s t r e s s s t r a i n c u r v e s we r e r e c o r d e d d u r i n g t h e s h e a r p r o c e s s ,a n d t h e v a r i a t i o n t e n d e n c y o f s h e a r p r o p e r t i e s wa s a n a - l y z e d Re s u l t
7、s s h o w t h a t t h e s h e a r s t r e n g t h a n d AE b o t h d e c r e a s e g r a d u a l l y wi t h t h e c o r r o s i o n t i me ,a n d t he de c r e me n t o f AE i s gr e a t e r t ha n t ha t of s he a r s t r e ng t h AE pa r a m e t e r s o f un - c or r o de d s p e c i m e ns d ur -
8、 i n g l o a d i n g p r o c e s s f a l l s i n t o t h r e e s t a g e s ,b u t f o r t h e c o r r o d e d s p e c i me n s ,t h e r e a r e f e w s i g n a l s i n t h e p r o p ha s e o f t h e l oa d i ng pr o c e s s,AE e ne r g y r e l e a s e s c ol l e c t i v e l y n e a r t he ul t i ma
9、t e l o a dI t i s a l s o s h o wn t h a t AE s i g n a l s i n t h e t e s t h a v e t wo d o mi n a n t f r e q u e n c i e s ,a n d t h e 9 0 一 1 0 0 k Hz s i g n a l s i n d i c a t e t h e a r r i v a l o f t h e no n - s t e a dy f r a c t ur e Ke y wo r d s:c o nc r e t e;c or r o s i on;s h
10、 e a r ;s t r e s s s t r a i n c ur v e;a c ou s t i c e mi s s i o n 混凝土的碱性成分及其内在的多孔特性使其极 易受到酸性介质的侵蚀而退化 , 并引起 内部钢筋的 锈蚀 , 导致其结构的使用性能降低 目前 国内外关于 酸溶液对混凝土腐蚀 的研究还不多, 而且大部分或 是基于腐蚀机理的分析 引, 或着重于腐蚀后混凝土 的抗压性能研究 , 关于酸环境下混凝土剪切性能 和损伤规律的研究还鲜有报道 本文采用实验室加 速腐蚀的方法, 将混凝 土试件放人硝酸和硫 酸的混 合溶液中进行腐蚀 , 然后研究腐蚀后混凝 土的剪切 性能 , 并
11、采用声发射 ( a c o u s t i c e mi s s i o n ) 技术实时监 收稿 日期 : 2 0 1 0 0 1 2 5 ;修订 日期 : 2 0 1 0 0 6 1 3 基金项 目: 中国博士后科 学基金 资助项 目( 2 0 0 8 0 4 3 1 1 3 3 ) 第一作者 : 张力伟( 1 9 8 2 一 ) , 男 , 河南驻 马店人 , 大连海事大学博士生 E ma i l : z l w 1 9 8 2 1 6 3 c O m 通信作者 : 赵颖 华( 1 9 5 4 一 ) , 女 , 辽宁大连人 , 大连海事大学教授 , 博士生导师 , 博士 E ma i
12、l : y h z h a o d l mu e d u c n 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 8 6 建筑材料学报 第 1 4卷 测试件整个破坏 过程 , 以此来评价腐蚀后混凝 土的 退化和损伤规律 1 混凝土腐蚀反应 众所 周知 , 混凝 土 是 由水 泥 、 水 、 骨 料 按 一定 比 例混合而成的碱性胶凝材料, 其 中的水泥水化产物 起黏结作用 这些水化产物主要包括 C a ( OH) 、 水 化 硅酸钙 、 水化 铝酸 钙等 本试 验采用 的腐 蚀介 质 为 p H 值 1 5的硫 酸 和 硝 酸 的 混 合溶 液 , 该 溶 液 中 的 硝酸
13、根离子对混凝土侵蚀作用较小, 所以对混凝土 的腐蚀实质上是硫酸根离子与氢离子对混凝土的腐 蚀 , 它们可以与水泥水化产物发生化学反应, 生成非 胶凝性物质或易溶于水 的物质 , 从而造成混凝土腐 蚀 退化 主要 腐蚀 反应 为 : 2 H + C a ( ( ) H) 2 Ca 。 +2 H2 0 ( 1 ) C a O S i O2 +2 H 一Ca + S i 02 + H2 O( 2 ) Ca O A1 2 +2 H。 。 一( + A1 ( + H。 O ( 3 ) C a ( OH) 2 +S ( ) ; 一 +2 H2 ( ) 一 Ca SO 2 H2 ( ) + 2 OH ( 4
14、 ) 4 C a O A1 2 O 。 1 2 H 2 O+3 S ( ) j +2 C a ( OH) 2 + 2 0H 2 O 一3 Ca O Al 2 O33 Ca SO43 1H 2 O + 6 0H ( 5) 可 以看 出 , 混 凝土 的腐蚀 反应 分为 2个部 分 , 一 是在 H。 。 的中和作用下生成易溶于水 的物质, 二是 在 s O 作用下生成石膏和钙矾石等膨胀性物质 只要硫 酸 根 和 氢 离 子 浓 度 能 长期 维 持 在 相 当 的 水 平 , 这两种反应都将持续发生下去 , 从而使混凝土腐 蚀由表及里不断深入 , 进而影响整个结构 2 试验 2 1 试 件制备
15、本文采用 Z型纯剪 切试件 ( 见 图 1 ) , 试 件 厚度 为 1 0 0 mi l 1 为尽量减 小混凝 土浇 筑导致 的离 散性 , 本试 验采用 C 4 O商品混凝土, 其出厂坍落度为 1 8 0 m m, 水 泥为小 野 田生产 的普通 4 2 5 R级水泥 , 砂子 为大沙 河 中砂 , 石子为 5 2 5 mi l l 连续级配青碎石, 具体配合 比如表 1 所示 试件浇筑成型 2 4 h后脱模, 标准养护 室养护 2 8 d , 其立方体抗压强度为 4 3 MP a 2 2 试 验方 法 在本文采用的酸性混合溶液 中, 硫酸与硝酸的 初始摩尔比为 3: 1 试件在标准养护室
16、养护 2 8 d后 取出, 自然风干 , 然后放入混合溶液中进行侵蚀 试 件共分 3组 , 每组 3个 , 腐蚀周期分别为 0 , 3 0 , 6 0 d 图 1 Fi g1 纯 剪 切 试件 外形 尺 寸及加 载永 : 直 Sc he ma t i c of di me n s i o ns a n d l oa di ng me t h o d( s i z e: rain) 表 1混凝 土配 合 比 T a b l e l Mi x p r o p o r t i o n o f c o n c r e t e k g r 腐蚀过程中每两天测量 1次混合溶液的 p H 值 , 并 及时
17、补充硫 酸 以维 持 混 合 溶 液 的酸 度 至腐 蚀 周 期 后 , 取 m 试件 , 将 其表 面 打磨 平 整 , 在前 后 两 面 对称 粘贴 混凝 土应变 花 , 然 后进行 加 载试验 , 加 载速 率 为 0 5 MP a s 为使试 件受 力 集 中并 减 少 噪声 影 响 , 仵 其上 下两 面 中间位置 各放 置 1 层 约 5 F i l m 厚 的橡 胶 垫 , 其宽度 1 0 0 Fi l m 在加 载 过 程 中 全程 进 行 声 发射 信号 采集 加载 装 置采 用 上 海 新 一思 电液 伺 服试 验 机 , 应变 采 集 采 用 东 华 动 态 应 变 采
18、集 与 分 析 系 统 DHD AS 5 9 3 7 , 采 集 频 率 为 l O Hz 声 发 射 设备 采 片 j 美国 P Ac公司生产的 P C I 一 2型声发射系统 传感器 对称粘贴在试件两侧 , 用胶带绷紧 , 接触 面使用凡 十 林作 为耦 合剂 根据 实验 室环境 条件 , 没置 门槛 值 为 4 5 d b , 传感器 内置放大器增益为 4 O d b , 主放大器增 益 为 3 5 d b 应变 花及传 感器 粘贴 位置 如 图 1 所永 2 3 试 验现 象 试件在混合溶液中腐蚀 3 5 d后 , 其表面即开 始有 白色物质生成 , 随着腐蚀时间的延长, 白色生成 物
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- 关 键 词:
- 酸腐 混凝土 剪切 性能 声发 特征 研究
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