模拟海水低温环境下混凝土抗压性能试验研究.pdf
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1、2 0 1 5 年 第 4期 (总 第 3 0 6 期) Nu mb e r 4 i n 2 0 1 5 ( T o t a l N o 3 0 6 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 理论研究 THE ORET I 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 5 0 4 0 1 2 模拟海水低温环境下混凝土抗压性能试验研究 张英姿 , 陈 国芳 , 范颖芳 ( 1 哈尔滨工业大学 土木工程系,山东 威海 2 6 4 2 0 9 ; 2 大连海事大学 道路与桥梁工程研究所, 辽宁 大连 1 1 6
2、0 2 6 ) 摘要: 为了研究低温海水环境下混凝土的抗压力学性能变化 , 依据实测温度变化记录( 不同于以往快速冻融试验 ) , 在试验室 模拟了低温海水环境下混凝土的腐蚀过程, 对在不同腐蚀程度下 6 O 个混凝土棱柱体试件进行抗压性能试验 , 得到了不同腐蚀时 期混凝土抗压性能指标( 轴心抗压强度 、 静力受压弹性模量等) 。 试验结果表 明: 低温海水侵蚀后混凝土试件的外观、 质量和破坏 形态等均随侵蚀时间发生变化 , 且随着腐蚀时间的延长 , 轴心抗压强度逐渐降低, 但弹性模量变化不明显 ; 分别采用质量损失 、 抗 压强度、 弹性模量和吸能能力等指标的变化率为损伤指标 , 对不同腐
3、蚀程度混凝土力学性能的退化进行分析, 得到了各损伤指标 与混凝土抗压性能退化程度之间的变化规律。 关键词 : 混凝土; 腐蚀; 抗压性能; 低温 ; 海水 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 5 ) 0 4 0 0 4 4 0 5 E x p e r i me n t a l s t u d y o n c omp r e s s iv e p r op e r t y o f c o n c r e t e c o r r o d e d b y s i m u la t e d s e a wa t
4、e r i n l o w t e m p e r a t u r e ZHANG Yi n gz i , CHEN Gu o f a ng , FAN Yi n g f a n g ( 1 De p a r t me n t o f C i v i l E n g i n e e ri n g , Ha r b i n I n s ti t u t e o f T e c h n o l o g y a t We i h a i , We i h a i 2 6 4 2 0 9, C h i n a ; 2 I n s ti t u t e o f R o a d a n d Bri d g
5、 e E n g i n e e ri n g , Da l i a n Ma r i ti me U n i v e r s i t y , Da l i a n 1 1 6 0 2 6 , C h i n a ) Abst r a c t: To i n v e s ti ga t e c o mp r e s s i v e pe r f o r ma nc e o f c o n c r e t e s e r v i c e d i n t h e l o w t e mpe r a t u r e s e a wa t e r e n v i r o n me n t , a c
6、c e l e r a t e d c o r r o s i o n t e s t s we r e e x e c u d o n 6 0 c o n c r e p ris m s s pe c i m e ns i n the l a bo r a t o r y S pe c i m e ns we r e e x p os e d t o th e s i m u l a t e d l o w t e m p e r a t u r e s e a wa t e r e n v i r o n me n t , a n d t h e c h a n g e o f the t
7、 e mp e r a t u r e i s d i f f e r e n t f r o m the r a p i d f r e e z i n gtha wi n g c y c l e Ax i a l c o mp r e s s i v e s t r e n g t h, e l a s t i c mo du l u s , we i g h t a n d a p p e a r a n c e o f the c o rro d e d s p e c i me n s we r e a c hi e v e d I t i s s ho wn that, i n t
8、 h e l o w t e mp e r a tur e s e a wa t e r e n vi r o n me n t , p h ys i c a l a nd me c h a n i c a l p r o p e r t y o f c o n c r e t e s p e c i me ns c h a ng e d I t i s d i s c o v e r e d t h a t the c o mp r e s s i v e s e n g th o f the c o n c r e t e d e c r e a s e wi t h t h e i n
9、c r e a s e o f c o r r o s i o n d u r a t i o n, whi l e e l a s tic m o d u l u s h a s n o r e g u l a r c h a ng e Ta ki n g t h e m a s s los s r a t i o, s tr e n g t h d e g r a d a ti o n r a t i o a n d e l a s t i c m o d u l us d e g r a d a t i o n r a t i o a n d e n e r g y l os s a s
10、 d a m a g e i n d e x, e f f e c t s o f t h e c o r r os i o n s o l u t i o n o n the p r o pe r t y o f c o n c r e t e we r e di s c us s e d i n d e t a i l Re l a t i on s h i p s b e t we e n the d a ma g e i n d i c e s a nd c o r r o s i o n s t a t e o f s p e c i m e ns we r e a c h i e
11、v e d Key wor ds: c o n c r e t e; c o rro s i on; c o mp r e s s i v e p e rfo r man c e; l o w t e mp e r a t u r e; s e a wa t e r 0 引言 海洋面积 占地球 表 面面积 的 7 1 8 , 仅 我 国就有 约 1 8 0 0 0 k m漫 长的海岸线 。 我国正处于经济高速发展时期 , 许 多耗资巨大的重要构筑物 , 如跨海大桥 、 海底 隧道 、 海上 采油平台 、 海港 、 近海工程等 已经或正在兴建 , 在这些大量 的海洋工程中混凝土一直是使用量最大和
12、最基本的材料 , 而今后很长的一段 时间内, 海岸 、 海 中和海底 工程结构 的 材料仍将以 昆 凝土材料为主, 但是混凝土在服役期间要遭 受低温环境下海水各种离子 ( 如氯离子 、 硫酸根离子 、 镁离 子等 ) 的侵蚀 。 这些处于海洋或氯离子环境条件下混凝土 结构 的耐久性 自然成为土木工程界关注 的焦点 , 因此受海 水腐蚀混凝土力学性能退化 规律的探讨是研究整个结构 力学性能退化 的基础 , 意义重大。 迄今 为止 , 国内外学者 对混凝 土在海水 冻融循环下 力学性能 的影 响 开展 了一定 的试 验研 究 。 和 理论 分 析 。 J 。 B a d e r l l 通过试验研
13、究 了沿 海地区地下 部位 的混 凝土 , 研究结果表明水灰比及水泥量等配合 比参数对混凝 土中氯离子扩散和硫酸盐的抗腐蚀性有着重要的影响 ; 杨 全兵 结合现场调研 和试 验研 究对除冰盐引起 的混凝 土 剥蚀破坏 的机理和影 响因素进行了系统 的研究 , 提出了抗 冻设计参数 ; 覃丽坤 等采用快速冻融方法对浸泡在模仿 海水 3 5 N a C 1 溶 液 中的混凝土进行 0 、 2 5 、 5 0 、 7 5 、 1 0 0次 冻融循环试验 , 研 究 了冻 融循环对 海水 中混凝 土抗压 强 度 、 弹性模量及 应力 一应变关系 的影响 , 并在此基础 上建 立了相应 的破坏准则 ;
14、陈妤 等从冻融与氯盐侵蚀机理出 发 , 通过试验测定 了不同冻融条件下 的氯离子 扩散深度 , 建立 了冻融条件下预应力混凝土结构氯离子扩散模型 ; 孙 洋 等采用快冻法 , 以 3 的氯化钠和 5 的硫酸钠混合溶 液为侵蚀介质 , 对水灰 比为 0 4 4 、 0 5 0和 0 5 5的混凝土试 收稿 日期 : 2 0 1 4 0 9 1 4 基金 项 目 : E 日 家 自然科学基 金资助 ( 5 0 7 0 8 0 1 0, 5 1 3 0 8 1 6 6 ) ; 威海 市科技发展计划项 目( 2 0 1 3 D XG J 0 8 ) ; 哈工大科研创新基 金( 2 0 1 5 1 1
15、9 ) 44 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 件进行 了 0 、 5 0 、 1 0 0 、 1 5 0 、 2 0 0次 的冻融循 环试 验 , 试验 结 果表明 : 混凝土随之冻融循环 次数 的增加 , 其 质量和力 学 性能呈现 出不 同程 度 的下降趋势 , 且 水灰 比越大 下 降越 快 ; 基于热力学和线 弹性理论 , P e n t t a l a 计算 了湿混 凝土 在冻融循环 中的压力 、 应力和应变 ; C h o 川利用响应面方法 预测了混凝土 因冻融循环发生破坏的概率 。 综上所述 , 目前 的研究成果大多都是根据快速冻融循 环法进 行试
16、验分析 , 针对抗 冻等级安全性 展开 的, 且 在两 个或者多个腐蚀介质共 同作用下受腐蚀 混凝土力学 性能 的相关研究资料甚少 , 对正常使用温度范 围偏低温度下受 海水侵蚀混凝土力学特性缺乏系统而全面的研究。 区别以 往试验研究 , 为 了使试验结果 更接近真实情 况 , 本试验 主 要研究模拟真实持续低温作用下 受海水侵蚀混凝 土静 力 抗压弹性模 量、 单 轴轴 心抗压 强度等 力学 指标 的变化 规 律 , 试 图探讨复合 因素作用下混凝 土的腐蚀机理及其损伤 劣化特性 。 1 试 验 研 究 1 1 原材料 为与实际工程相接 近 , 尽量减小混凝土配制过程中的 离散性 , 本次试
17、 验混凝 土试件 采用大 连彤 阳建 筑材料 有 限公 司生产 的 C 3 0预拌混凝 土。 坍落 度为 1 8 0 m m, 水 泥 为小野 田普通 4 2 5 R级水泥 , 砂子为大 沙河 中砂 , 石子 为 5 - 2 5 m m青碎石 , 配合 比如表 1 所示 。 表 1 混凝土配合比设计 1 2试 件 制 作 制作尺寸为 1 5 0 m m 1 5 0 m m 3 0 0 m m 标准棱 柱体 试件 6 0个 , 并同期制作了标 准立 方体试件测试 2 8 d抗压 强度。 试件形成静置两昼夜后脱模 , 在养护室 里养 护 2 8 d 后 , 测试立方体抗压强度为 4 5 9 MP
18、a 。 1 3试 验 方 法 及 过 程 1 - 3 1 试 验方法 目前 国内外针对 冻融条件 下混凝土力 学性能变 化规 律研究 , 大多数 试验 都推行 快冻 法。 区别 以往试 验研 究 , 本研究 主要探 讨 在 实际 持续 低 温 环境 下 受 海水 侵 蚀 混 凝 土的力学性 能劣化规律 。 针对我 国黄海海域海水中的主 要盐分及含量 , 并 依据各种离 子在水 中的饱 和度 , 本试验 模拟 的海水为黄海流域海水主要离子浓 度的 5倍 , 所 配制 海水溶液主要离子的浓度为 : S O 一为 1 2 0 0 0 g L, Mg 为 6 7 5 0 g L , C 1 一 为 9
19、 0 0 0 0 g L , 依据冯 乃谦 关 于硫酸盐 、 镁盐 、 氯盐对混凝土侵蚀等级 的分类 ( 分 为强 、 中、 弱三个 等级 ) , 试验中各种离子 的浓 度均 已达 到对混 凝土 的强腐 蚀等级, 采用市场所售分析纯进行配制。 试验制作了6 0个 棱柱体试件, 分为 l 0组 , 常温下 1 组 , 其余 9组进行加速 腐蚀低温试验 , 其分组如表 2 所示 。 表 2试验设置 混凝土试件进行 的侵蚀 时间均为该 日( 2 4 h ) 的不 同循 环 天数 。 图 1温厦 变化 1 3 2 试验过程 待混凝土试件标准养护后 取 出, 进行外 观检查 , 然后 放在模拟海水 中浸
20、泡 。 因本试验于 2 0 0 8 年 1 0月浇筑混凝 土 , 故试验按照我国现行规范 G B T 5 0 0 8 2 -2 0 0 9 普通混 凝土长期性和耐久性 能试验方法 1 9 1 的相关规定 , 混凝 土 试件在模拟海水溶液 中浸泡至少 4 d , 为尽量使海水渗透 到试件中 , 本试验中拟定将试 件浸泡 6 d 。 浸泡完毕后 , 取 出试件 , 用布擦除表面水分 , 利用 B W3 2 K H岛津 中型电子 天平 ( 精度 0 1 g , 量程 3 2 k g ) 称重。 按照规程 的规定 , “ 需将试件放入装有海水的试件盒中” , 由于试验仪器的局 限l 生, 本试验 中试
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