硫酸盐侵蚀环境下混凝土强度的经时变化模型.pdf
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1、第 2 7卷 第3期 2 0 1 0年 3月 长 江科 学 院 院 报 J o u r n a l o f Y a n g t z e R i v e r S c i e n t i fi c Re s e a r c h I n s t i t u t e V0l _ 2 7 No 3 Ma r 2 O 1 0 文章编号: 1 0 0 1 5 4 8 5 ( 2 0 1 0) 0 3 0 0 5 9 0 3 硫酸盐侵蚀环境下混凝土强度的经时变化模型 袁晓露 , 李北星 , 崔巩 , 赵尚传 ( 1 武汉理工大学 硅酸盐教育部重点实验室, 武汉4 3 0 0 7 0; 2 交通部 公路科学研究
2、院, 北京1 0 0 0 8 8 ) 摘要: 通过干湿循环 一 硫酸盐侵蚀加速试验方法, 研究了高性能混凝土抗压强度的经时演变规律 , 采用统计 回归方 法分析试验数据, 得到了混凝土强度平均值和标准差的经时变化函数, 建立了硫酸盐侵蚀环境下高性能混凝土抗 压强度的经时变化函数概率模型。结果分析表明: 硫酸盐侵蚀环境下, 混凝土的抗压强度平均值呈现出显著的二 次多项式经时变化规律; 抗压强度标准差的经时变化过程表现为典 的一阶指数增长函数。 关键词: 硫酸盐 ; 高性能混凝土; 抗压强度; 经时变化 ; 模型 中图分类号: T U 5 2 8 0 1 文献标识码: A 混凝土结构在服役过程中会
3、经常遭受各种环境 介质的侵蚀, 其中硫酸盐( 通常存在于土壤、 海水及 地下水 中) 侵蚀是最广泛 、 最普通的化学侵蚀形式。 硫酸盐通过渗透扩散进入混凝土内部 , 与水泥石 中 的一些 固相组分反应 , 致使混凝土内部结构 的破坏 以及物理力学性能的迅速劣化 。 混凝土强度是确定混凝土结构构件抗力的基本 参数, 其经时变化规律是建立服役结构抗力衰减模 型的基础。因此 , 硫酸盐侵蚀环境下混凝 土强度 的 演变规律一直是学术 界研究 的重 点 。然而 , 现 有这些研究通常是假设混凝土遭受均匀侵蚀 , 将混 凝土强度作为性质定量, 试验分析其经时变化过程, 而忽视 了侵蚀环境 、 材料性质等因
4、素对强度发展 的 随机影响。 若考虑混凝土强度作为随机变量 , 那么其概率 分布 、 平均值和标准差 的经时变化规律将是服役结 构抗力评价迫切需要解决 的问题。本文通过干湿循 环加速试验方法研究 了高性能? 昆 凝土抗压强度的经 时变化过程 , 并采用回归方法分析试验数据 , 建立 了 硫酸盐侵蚀环境下高性能混凝土强度的经时变化概 率模型 1 试验研究 1 1 原材料 水泥 : 华新 P 0 4 2 5级水泥 ; 粉煤灰 : 阳逻 电 厂 I 级粉煤灰 , 比表面积 6 2 0 m k g ; 细集料 : 巴河 河砂 , 细度模数2 9 , 表观密度 2 6 3 0 k g m ; 粗集料 :
5、 黄石大冶旺仁百花碎石场连续级配石灰岩碎石 , 表 观密度 2 7 2 0 k #m 。 , 压碎指标1 1 6 , 粒径范围 5 2 5 mm。减水剂 : B A S F S P一 8 C R聚羧酸盐高性能减 水剂 , 固含量 2 0 , 减水 率 2 5 。硫酸钠 : 化学试 剂 , 分析纯 。 1 2试验过程 设计了一批高性能混凝土, 胶凝材料用量 4 6 0 4 8 0 k g m , 水 胶 t L 0 3 20 3 4 , 粉 煤灰 掺量 为 0 1 0 , 砂率 4 o 。拌和时 , 调整减水剂用量, 以满足混 凝土的初始坍落度达( 2 2 02 0 ) m m、 扩展度 ( 5
6、 0 0 5 0 ) m m为准。试件 ( 1 0 0 l im a1 0 0 m m 4 0 0 m m) 成 型后, 标 准 养 护 至 2 8 d , 测试 试 件 的抗 压 强 度 为 7 3 1 7 6 4 M P a , 参照D L T 5 1 5 0 2 0 0 1 水工混凝土 试验规程 测试试件的自振频率。 将试件置于 ( 7 5-4 - 5 ) o C烘箱 中烘 干( 61 )h , 冷却 1 h ; 放人( 9 5 0 5 ) N a S O 溶液中室温浸 泡 ( 1 61 )h , 取 出晾干 1 h , 一个循环为( 2 4 2 )h 。 每天对溶液定时进行搅拌 , 每
7、 7 d更换一次侵蚀溶 液 。由于试件是分多层随机放置于烘箱和室温溶液 中, 温度 、 湿度及溶液浓度难于完全 均匀, 因而混凝 土是遭受一个随机 的干湿循环 一硫酸盐侵蚀过程。 每 2 5 d循环测试一次 自振频率 , 计算试件相对动 弹 模量 ; 根据相对 动弹模量值 的排序 , 将 试件分 为 9 组, 每组随机抽取3个试件, 测试抗压强度并计算平 均值。 1 3 试验结果与分析 干湿循环 一硫酸盐侵蚀条件下混凝土的抗压强 度变化过程如图 1 所示 。结果表明, 混凝土抗压强 收稿 日期 : 2 0 0 9 - 0 4 0 8 ;修回 日期 : 2 0 0 9 0 6 0 2 基金项 目
8、: 西部交通建设科技项 目( 2 0 0 6 3 1 8 2 2 3 0 2 0 8 ) 作者简 介: 袁晓露 ( 1 9 8 0 ) , 女 , 四川乐 山人 , 博士研究 生 , 主要从事混 凝土耐久 性方 面的研究 , ( 电话 ) 1 3 9 8 6 2 8 5 0 5 1 ( 电子信箱 )y u a n x i a o l u1 9 8 0 y a h o o c o rn c n 。 长江科学院院报 2 0 1 0生 度在侵蚀初期 增大 , 1 0 0 d循 环侵蚀 后快 速下 降。 强度测试值在侵蚀 中前期较为均匀, 侵蚀后期 由于 受到侵蚀环境 、 材料性质等因素的影响, 呈现
9、出较大 的随机性 。 图 1 混凝土的抗压 强度 Fi g 1 Co mpr e s s i v e s t r e n g t h o f c o n c r e t e 2 硫酸盐侵蚀环境下混凝 土强度的 经时变化概率模型 2 1 混凝土强度的概率分布 结构设计中, 混凝土强度作为随机变量, 服从对 数正态分布。当混凝土遭受硫酸盐侵蚀时, 其强度 随服役时间劣化 , 需采用非平稳随机过程模型描述 服役混凝土的强度 , 认为强度仍服从对数正态分布 , 任意时刻 t 混凝土抗压强度的概率密度函数可以表 示为 f ) 1 e x p ( 一 ), ( 1 ) 式中: 胁, 卢 为模型参数, 由抗
10、压强度的平均值 函数 肛 ( t ) 和标准差函数 盯 ( ) 相应确定。 -t R ( ) 叼( ) ; ( 2 ) R( t ):8 ( t ) 册。 册, 册为混凝土 2 8 d ( 即 t =0 ) 抗压强度平 均值和 标准差; 卵 ( t ) , ( ) 是随时间变化的函数 , 分别表示 混凝土强度平均值和标准差的变化规律 j 。 干湿循环制度会加快硫酸盐侵蚀进程和混凝土 力学性能的劣化速率。A t k i n s o n研究了硫酸盐长期 浸泡制度与干湿循环制度下混凝土性能的相关性 , 得出等效系数 K=8 。因此认 为干湿循环加速试 验条件下试件抗压强度的变化速率与硫酸盐侵蚀环 境
11、下混凝土抗压强度的变化规律线性相关 , 即 ( ): , 7 ( ) ; ( 3 ) R( t ):k ( t ) 册 。 式中: 为干湿循环加速条件与硫酸盐侵蚀环境中 混凝土抗压强度的等效系数 ; 叼 ( t ) , ( t ) 分别表 示干湿循环加速试验条件下混凝土抗压强度平均值 和标准差的经时变化函数。记 K。 = 加, = 舳,( 3 ) 式可表示为 月( t )=K 1 叼 ( t ); L斗 J R( t )=K 2 ( t ) 。 于是 , 研究干湿循环加速试验条件下混凝土抗压强 度平均值和标准差的经时变化函数将是建立硫酸盐 侵蚀环境 中混凝土抗压强度经时变化模型的关键。 2 2
12、 抗压强度平均值的经时变化 函数 卵 ( t ) 基于图 1中混凝土抗压强度测试值 , 研究高性 能混凝土抗压强度平均值 的经时变化 函数 叼 ( t ) 。 平均抗压强度经时变化值如 图 2所示 , 对散点 图进 行数据拟合 , 得到如下回归曲线函数 叼 ( ):0 9 7 7 3 6+0 0 0 2 9 4 t 一1 9 5 1 9 2 e t 。 利用非线性最小二乘 回归方法计算曲线相关系 数 R = 0 9 8 5 8 。这说 明硫酸盐侵蚀环境下混凝土 的抗压强度平均值呈现出显著的二次多项式经时变 化规律。 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 t | a 图 2
13、 强度平均值经时变化函数 F i g 2 Fu n c t i o n o f me a n v a h l e o f s t r e n g t h 2 3抗压强度标准差的经时变化 函数 图3为高性能混凝土抗压强度标准差的经时变 化 散点图 , 混凝土的抗压强度标准差在侵蚀中前期 t d 图 3强度标 准差经 时变化 函数 F i g 3 Du r a t i o n c u r v e o f s t a n d a r d d e v i a t i o n o f s t r e n g t h 第 3期 袁晓露 等 硫酸盐侵蚀环境下混凝土强度的经时变化模型 6 1 无显著变化 ,
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- 硫酸盐 侵蚀 环境 混凝土 强度 变化 模型
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