混凝土劣化与渗透性相关性研究.pdf
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1、第 3卷第 1 期 2 O O 6年 2月 铁道科学与工程学报 J OURN AL OF R AI l W A Y S ClENCE AND ENGI NEE RI N G V O 1 3 NO 1 F e b 2 0 o 6 混凝土劣化与渗透性相关 性研究 刘运华 ( 郴州市建设工程安全管理监督站, 湖南 郴州 4 2 3 0 0 0 ) 摘要: 针对混凝土劣化的主要原因与机理, 研究了混凝土碳化、 水和盐溶液备件下的冻融破坏、 硫酸盐物理结晶破坏与混 凝土渗透性之间的相关关系 研究结果表明: 混凝土的劣化与混凝土的渗透性能密切相关, 以混凝土渗透特性作为基本参 数评价和预测混凝土的劣化行为
2、具有可行性。 关键词 : 混凝 土劣化 ; 渗 透性 ; 耐久性 中图分类号: T U 5 2 8 0 1 文献标识码: A 文章编号: 1 6 7 27 0 2 9 ( 2 【 x 】6 ) 0 1 0 0 8 0 0 3 S t u d y o n t h e r e l a t i o n s h i p b e t we e n c o n c r e t e p e r me a b i l i t y a n d d e t e r io r a t i o n U U Yu n h u a ( S t a t i o n o f l n s p e c l i o n a n d
3、 S u p e r v i s e o f Q u a l i t y o i 。 C o n s t ruc t i o n E n g i n e e rin g ,C h e n z h o u 4 2 3 0 0 0 ,C h i n a ) Ab s t r a c t : T h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n d a m a g e s o f c o n c r e t e s s u c h a s c a r b o n a t i o n,t h a w a n d f r e e z e u n d e r w a t
4、e r a n d s a l t S O l u t i o n c o n d i t i o n ,s u l f a t e c r y s t a l l i z a t i o n c o r r o s i o n a n d a b r a s i o n a n d p e r me a t i o n c h a r a c t e r i s t i c s w e re ana l y z e d i n d e t a i l R e s u h s i n d i c a t e t h a t t h e r e e x i s t s a c l o s e r
5、 e l a t i o n s h i p b e t we e n c o n c ret e d e t e ri o r a t i o n and i t s p e r me a b i l i t y I t f o l l o w s t h a t p e n e t r a t i o n c h a r a c t e ri s t i c p a r a me t e r c a n b e u s e d t o e v a l u a t e t h e d u r a b i l i t y o f c o n c r e t e Ke y wo r d s :
6、c o n c r e t e d e t e r i o rat i o n; p e rm e abi l i t y ; d u r abi l i t y 混凝土是应用最广泛的建筑材料之一 , 混凝土 与钢筋的独特结合使混凝土材料的应用领域大大 拓宽。然而 , 由于缺乏对混凝土长期性能的了解 以 及恶劣环境条件的影响 , 混凝土结构出现了严重问 题。全世界每年对混凝土工程的维修费用难以估 计 I 。引起混凝土结构劣化的原因很多l l I 6 J , 如由 于碳化和氯离子的渗透使钢筋发生腐蚀, 冻融破坏 作用, 硫酸盐侵蚀, 碱骨料反应等; 此外, 材料使用、 设计不当, 没有足够的质量
7、保证 , 养护不足等都会 使混凝土结构的使用寿命减少。目 前, 用以估算已 有结构的剩余服务年限或新建结构的耐腐蚀性能 研究, 都把有害介质进入混凝土中的渗透特征作为 混凝土劣化过程的控制因素l 。然而, 混凝土的耐 久性是一个非常复杂的课题。在此, 作者针对混凝 土劣化的主要原因 , 研究混凝土碳化 、 冻融循环破 坏、 硫酸盐结晶侵蚀破坏以及磨蚀性能与混凝土渗 透性能的相互关系, 分析混凝土孔隙率与渗透系数 之间的相关性 。 1 混凝土碳化深度与其渗透系数之 间关系 碳化不仅导致混凝土内部孔溶液中的 p H值下 降, 而且还可能会造成钢筋表面的保护层溶解, 引起 钢筋发生腐蚀。C 也可以与
8、混凝土中的铝酸盐及 CS H产物反应, 使凝胶分解成 C a C O s 以及无定 型硅胶的多孑 L 结构。混凝土碳化后的孔结构改变, 影响混凝土与侵蚀离子的化学结合能力。可能导致 混凝土中化学结合和物理吸附的 C l 一 能释放出来, 增加了自由 C l 一 的数量。混凝土碳化很可能是大多 数严重腐蚀问题的主要原因之一。 碳化是 C O 2 通过混凝土表面向内部扩散的过 程。混凝土碳化速率主要受扩散到孑 L 系统中的 收稿 13期 : 2 0 0 51 2 2 5 作者简介: 刘运华( 1 9 6 8 一) , 男。 湖南衡南人 , 高级工程师, 从事建筑材料研究 维普资讯 http:/ 第
9、 1 期 刘运华 : 混凝土劣化与渗透性相关性研究 8 1 c 0 2 影响 , 混凝土中 c 0 2 的浓度梯度可以作为 c f h 迁移的驱动力。显然 , 碳化过程与t 昆 凝土渗透性有 密切联系。图 1 所示为混凝 土渗透性能与按现行 国家标准中加速碳化 2 8 d 条件下普通水泥混凝土 碳化深度之间的相关性结果。可见, 用 2 8 d 氯离 子渗透系数( R C M方法, 以下同) 表示的混凝土渗 透性能与混凝土碳化深度存在 良好 的线性关系, 随 着渗透系数的增大 , 混凝土碳化深度逐渐增加。另 有资料表明, 气体渗透 系数测定 的? 昆 凝土渗透性能 同样与混凝土快速碳化条件下碳化
10、深度存在显著 的线性关系, 这表明不管是采用气体渗透系数还是 氯离子渗透系数表示的混凝土渗透性能均与混凝 土碳化深度存在良好的线性关系。这可从混凝土 碳化的机理得到合理的解释, 混凝土的渗透系数增 大, 表明 C O , 在混凝土中的扩散速度加快, 因而其 碳化深度增加。 2 混凝土冻融破坏性能与渗透系数 之间的相关性 混凝土在冻融作用下的破坏是一个非常复杂 的现象, 混凝土冻融破坏的作用机理主要有以下几 方面: 毛细孔在冻害作用下引起的水压力差; 凝胶 水向毛细管的扩散 ; 局部收缩及膨胀而产生的应变 差; 毛细管孔中盐溶液部分受冻而产生的渗透压。 冻害作用的发展 主要取决于毛细管孑 L 中
11、水的饱 和 程度以及混凝土 内部孑 L 结构特征l 7 j 。混凝土中孔 径分布控制冻融循环条件下的破坏程度, 存在于毛 细管孔中可冻水的数量也起着非常重要的作用。 试验研究表明, 在盐溶液下的冻融循环造成的混凝 土破坏更为严重。因此 , 从混凝土冻害引起的因素 及其发生机制 , 混凝土的冻害与其 内部孔结构参数 密切相关 2 1 雠 聪 1 舔 1 2 3 4 5 氯离子渗透系 ( 1 O m 2 8 ) 图 l 混凝士渗透系数与碳化深度之间的关系 F i g 1 R e l a t i o n s h i p b e t w ee n p e r me a b i l i t y c o
12、e ffi c i e n t a n d d e p th o f c a r b o n a t i o n o f c o i l c l t e 图 2所示为普通混凝土和掺矿物掺合料混凝土 在水和盐溶液 中快速冻融循环条件( 现行国家标准 快冻法) 下 , 混凝土相对动弹模量损失率与2 8 d时混 凝土渗透l生 能相关性的试验结果。可见, 不管是在 水中还是在盐溶液中快速冻融循环, 随着混凝土氯 离子渗透系数增大, 混凝土冻融前后 的相对动弹模 量损失率逐渐增加 , 即混凝土的抗冻融循环破坏的 能力降低。表明混凝土的抗冻性能与其氯离子渗透 系数存在较好的相关关系。混凝土氯离子渗透系数
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- 混凝土 渗透性 相关性 研究
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