应力腐蚀对混凝土结构力学性能影响.pdf
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1、张德尧等: 应力腐蚀对混凝土结构力学性能影响研究 3 7 DO I : 1 0 1 3 9 0 5 j e n k i 。 d w j z 2 0 1 5 0 1 0 1 3 应 力腐蚀对混凝土结构 力学性能影响 张德尧 , ( 大庆石化工程有限公 司 。 张永军 黑龙江大庆1 6 3 7 1 4) 【 摘要】 对混凝土结构的耐久性影响最大的是结构所处的环境 , 但是仅考虑环境影响因素的研究存在着 局限性。在实际工程当中, 混凝土结构会处在较为复杂的环境当中, 需要综合考虑环境因素与荷载共同作用的影 响, 故文中进行了环境因素与荷载共同作用下产生的应力腐蚀对结构力学性能影响的研究 , 发现了应
2、力腐蚀对结 构强度的影响规律。 【 关键词】 应力腐蚀; 力学性能 【 中图分类号】 T u 3 7 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 5 ) 0 1 0 0 3 7 0 3 应力腐蚀是指混凝土结构在外部荷载的作用下 其内部的应力和环境腐蚀的共 同作用下产生的结构 腐蚀现象。目前多数的混凝土结构腐蚀研究还是只考 虑环境影响因素对结构的腐蚀作用, 而且在结构设计 中也很 少会 考 虑到 混凝 土 结构 所处 环境 对其 力 学性 能的影响, 多是按照规范的要求进行满足结构强度的 结构设计和符合基本的耐久性的设计, 与工程实际中 混凝土结构服役的
3、复杂环境情况不符。 为了避免结构设计工作与考虑环境腐蚀影响的 脱离, 提高结构的安全性和耐久性, 进行应力腐蚀对结 构强度的影响研究是非常必要的。应力腐蚀对混凝土 结构力学性能影 响的研究会综合考虑应力与腐蚀溶 液的共同作用, 也就是会考虑外部荷载与化学介质的 共同作用, 研究在这两种影响因素作用下, 对结构的影 响情况, 发现规律, 为结构设计工作与结构抗腐蚀研究 提供有利的依据。 u 。 1 试验试件 的制作 ( 1 ) 水泥。用于搅拌混凝土结构试件的水泥采 用强度等级为 4 2 5的普通硅酸盐水 泥。 ( 2 ) 粉煤灰。选用的粉煤灰是以煤为燃料的电 厂 中的一级 电吸尘粉 煤灰 , 该
4、 粉煤灰 中含有 大量 的二 氧化硅和氧化铝。粉煤灰的各项参数分别为烧失量为 2 4 , 比表面积为 9 9 0 0 e m 2 g , 需水量 为 9 6 。 ( 3 ) 砂。对于搅 拌混凝土采用 中粗砂比较合 适 , 故文 中选择 的搅 拌用砂 为颗粒级 配 良好的 中粗颗 粒砂, 其各项参数分别为视密度 2 6 0 g c m , 细度模数 2 9 5 , 含 泥量小于 2 0 。 ( 4 ) 碎 石 。碎 石采 用连 续级 配 的石灰 岩 碎石 , 最大粒径 1 0 ra m。 ( 5 ) 试件尺寸。混凝土抗腐蚀试验标准中有规 定的试件的尺寸 , 但是其规定的尺寸都比较小, 与工程 实
5、际情况存在差别, 故文中增大了腐蚀试验试件的尺 寸 , 确定试件尺 寸为 4 0 ra m 4 0 ra m1 5 0 r n m。 2 腐蚀溶液的配制 不同功能的混凝 土结构会 处在 不 同环境 中, 一 般 民用建筑结构并不会处在腐蚀严重的环境中, 但是某 些工业建筑、 公路或桥梁等结构就会处在较为严重的 腐蚀环境下。尤其是建设在沿海地区的混凝土结构, 会受到海水的腐蚀 , 所以对于这些混凝土结构就要求 其具有更强的抗腐蚀能力和耐久性, 以适应不同的环 境 。 良好的抗腐蚀能力和耐久性能够增加混凝土结 构服役的年限, 保证在使用过程中的安全。通过资料 的查阅和以往的工程经验, 发现混凝土结
6、构会受到很 多形态 的物质的腐蚀, 包括固态、 液态和气态腐蚀介 质。在自然条件下空气中的有腐蚀性的水分遇到混凝 土结构会变成液态形式对结构产生腐蚀, 而干燥的空 气和固体物质对混凝土结构的腐蚀相对较弱, 几乎可 以忽略。所以对混凝土结构造成腐蚀情况影响最大的 物质形态就是液态形式。混凝 土结构一般会遇 到一定 浓度的酸或盐的腐蚀, 比如氯盐和硫酸盐。文中为便 于试验的操作, 选用了硫酸钠和硫酸镁溶液为腐蚀溶 液, 选择清水作为腐蚀溶液的参照对比进行试验。经 查阅相关的文献, 发现前人的研究中, 腐蚀溶液的浓度 设定过低时不会产生腐蚀作用力, 没有明显的腐蚀效 果。如果腐蚀溶液浓度过大, 会使
7、混凝土结构产生较 为严重 的破坏 , 无法得到准确的试 验数据 , 影响结构试 件 的力学性能 的研究 。 、 故文中综合前人试验的数据和相关书籍 的分析 最终确定模拟实际环境 中的腐蚀 的溶液确定为硫酸 钠和硫酸镁溶液 , 浓度均为 1 0 , 经过后期的试验也 表明, 这个浓度水平基本符合试验的需要, 最终结果也 比较合理 。 3腐蚀试验 前人的研究很多都是基于试件没有应力的情况 下的腐 蚀情况 , 而针对试件承受外部荷载 , 产生应力腐 3 8 低温建筑技术 2 0 1 5 年第 1 期( 总第 1 9 9 期) 蚀的情况研究的却不多。混凝土结构在外部荷载的作 用下 , 内部 分 出现一
8、些 细微 裂缝 , 随着外 部荷 载 的增 加 , 裂缝会逐渐扩展 , 结 构最终发 生开裂破 坏 的情况 。 在承受荷载在 3 0 5 0 极限荷载的范围内时, 随着 荷载的逐渐增加细微裂缝会连续增多, 但裂缝扩展的 并不严重 , 混凝土结构一直处于弹性阶段。在承受荷 载在 4 0 8 0 极限荷载的范围内时, 裂缝平稳并且 缓慢的增加和扩展, 如果外部荷载不再增加, 出现的裂 缝也不会继续扩展。在承受荷载在 8 0 一 9 0 极限 荷载的范围内时 , 裂缝开始快速增加并且出现联通的 情况, 最后结构发生破坏。在实际的工程结构当中, 混 凝 土结构都是 处于弹性 阶段 , 只有 在 出现
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