地铁混凝土硫酸盐腐蚀研究.pdf
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1、2 0 1 4 年 第 8 期 (总 第 2 9 8 期 ) Nu mb e r 8 i n 2 01 4( T o t a l No 2 9 8) 混 凝 土 Co nc r e t e 理论研究 THE ORETI CAL RES EARCH d o i : 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 4 0 8 0 0 5 地铁混凝土硫酸盐腐蚀研究 张淑媛 。迟守慧 z ,金祖权 ( 1 青 岛理工大学 土木学院,山东 青 岛 2 6 6 0 3 3 ;2 青岛市政建设发展有限公司 ,山东 青岛 2 6 6 0 7 1 ) 摘 要: C 4 5 混
2、凝土在地铁施工现场养护和标准养护 , 测试混凝土强度发展, 并研究混凝土在硫酸盐浸泡环境和干湿循环条件下 的强度演变与硫酸根离子渗透。 研究结果表明: 相比标准养护, 地铁现场养护降低混凝土 2 8 d 抗压强度 1 0 左右, 硫酸盐浸泡环境 下二者强度演变差别很小, 干湿循环 1 2 0 d 后现场养护混凝土强度下降 2 MP a , 养护制度对混凝土抗硫酸盐腐蚀能力影响较小。 混凝 土在硫酸盐环境下强度先增加后下降 , 硫酸根离子随深度增加而下降, 随腐蚀龄期增加而增加 , 符合扩散规律。 相比浸泡腐蚀, 干湿 循环加速了混凝土的硫酸盐腐蚀速度。 关键词: 混凝土;养护环境 ;硫酸盐 ;
3、干湿循环 ;抗压强度 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 4 ) 0 8 0 0 1 4 0 3 S t u d y o n m e t r o c on c r e t e s u l f a t e c or r o s i o n ZHANG S hu yu a n , CHIS ho u h u i 2 , J I NZu q u a n ( 1 S c h o o l o f Ci v i l E n g i n e e r i n g, Qi n g d a o Te c h n o l o g
4、 i c a l Un i v e r s i t y , Qi n g d a o 2 6 6 0 3 3 , Ch i n a ; 2 Qi n g d a oC i v i l E n g i n e e rin gCo n s t r u c t i o nDe v e l o p me n t Co , L t d , Qi n g d a o 2 6 6 0 7 1 , C h i n a ) Ab s t r a c t : C 4 5 c o n c r e i n t h e s u b wa y c o n s t r u c t i o n s it e c o n s
5、e r v a t i o n a n d c o n s e r v a t i o n s t and a r d s , t e s t i n g c o n c r e s tre n g t h d e v e l o p me n t , a nd t o s t u dy t h e c o n c r e t e s u l f a t e s o a k i n g we t a nd d r y c y c l i n g c o n di t i o n s e n v i r on me n t a nd t h e e v o l u t i o n o f t h
6、 e i n t e ns i t y an d s ul f a t e i o n pe n e trati o n Th e r e s ul t s s ho we d tha t c o mpa r e d t o s t an d a r d ma i n t e n an c e, s u b wa y s c e ne 2 8 d c o 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 c u r i n g r e d uc e d b y a bo u t1 0 , s ul f a t ei mme r s i o
7、n e n v i r o nm e n t , t h e r eWa Sl i t t l ed i ffe r e n c e b e twe e nt h etw o s t r e n g t h e v ol u t i o n, b u tt hewe t a n dd r y c yc l e s 1 2 0 d s c e ne a Re r c ur i n g c o n c r e t e s t r e ng t h d e c r e a s e d2MPa S t r e n g t h o fc o n c r e t ei n s u l f a t e e
8、n v i r o n me n tfi r s ti nc r e a s e d a n dthe nd e c r e a s e d s ul f a t e i o n p e n e t r a t i o n i n l i n e d i ff u s i o n r e g u l a r i ty, we t and d r y c y c l e s a c c e l e r a t e d c o n c r e s u l f a t e c o r r o s i o n Ke y w o r d s : c o n c r e t e ; c o n s e r
9、 v a t i o n o f t h e e n v i r o nm e n t ; s u l f a t e ; we t a n d d r y c y c l e s ; c o mp r e s s i v e s tr e n g t h 0 引言 硫酸 盐侵 蚀是 混凝 土结 构化 学侵 蚀 中最 广 泛 的形 式 。 在沿海 和 内陆盐湖 地 区 , 在含 酸性 地下 水 以及含 高 黏土土壤的地区中, 混凝土结构都易受到 S O l - 、 C 1 一 等化学 侵蚀 1 。 这使 得混凝土破坏 的形式将是脆性 破坏 , 轻 者影 响混凝土的耐久性 , 严重者将对人类的生
10、命财产产生巨 大威胁 。 根据相关调查 , 我国西部地区的盐渍土 中普遍含有大 量硫酸根离子 , 使得这些地区的许多房屋建筑 、 地下管道 、 桥梁等受硫酸盐侵蚀非常严重 ; 一些水利工程也存在硫酸 盐侵蚀 , 其 中尤 以黄河 中上游 的工程为重 ; 由于海水 中也 含有一定量的硫酸根离子 , 因此沿海地区的一些跨海大桥 、 海底隧道 、 海上采油平 台、 海港 、 近海工程等也不 同程度的 遭受 了硫酸盐 的侵 蚀破坏 ; 铁路方 面 , 成昆铁路 、 枝 柳铁 路 、 武广客运专线 、 石太 客运专线 等铁路工程 中均遇 到硫 酸盐侵蚀破坏混凝土的问题嘲 。 美 国垦务局的研究表明 :
11、干 湿循环引发的劣化速度远 比连续浸泡 的快 , c o d y 等D 也通 过试验研究得 出了类似的结论 。 沿海城市地铁在服役过程中会受到含较高浓度 s 0 j 一 地下水作用 , 且混凝土 的养护条件与 目 前试验常用的标 准 养护存在差别。 为此 , 笔者针对某地铁混凝土开展现场养 护与标准养护 , 并对其进行硫酸盐浸泡与干湿循环作用 , 测 试混凝土 的强度演变与硫酸根离子渗透规律 。 通过研 究 , 为上述工程 的耐久性评估提供试验依据。 1试验 1 1 原材料及配合比 山东 山水 5 2 5 级 硅酸盐水 泥 , I 级 粉煤灰 , $ 9 5级矿 粉, 上述胶凝材料化学组成如表
12、 l 所示 ; 粗集料采用粒径 为 5 2 5 i n r n的花 岗岩碎石 , 连续级 配 , 细集料 采用 的河砂 为 中砂 , 混凝土坍落度控制在 1 6 0 - 2 2 0 m r n , 配合 比如表 2 所 示 , 上述混凝土由预拌混凝土生产 。 收稿 日期:2 0 1 4 - - 0 2 1 5 基金项 目:国家 自然科学基金项 目( 5 1 1 7 8 2 3 0 , 5 0 7 0 8 0 4 6 ) ; 青岛市科技计划项 目( 1 3 1 4 1 7 6 c h ) ; 山东省高校优秀科研创新团队基金 l 4 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m
13、表 1 水泥、 粉煤灰、 矿粉的化学组成 2 50 1 4 5 7 5 7 3 0 1 0 9 5 1 7 4 6 0 1 2试 验 方 法 混凝土试件尺寸为 1 0 0 m inx 1 0 0 m mx 1 0 0 m m, 现场养 护 2 4 4 8 h 拆模 , 然后置于施工现场与标准养护室分别养护 2 8 d , 测试其不同龄期强度发展 , 并将其取 回置于试验室室 内环境 。 当混凝 土继续养护至 6 0 d , 对其开展硫 酸盐腐蚀 试验 。 实地测试地铁环境 中的氯离子浓度为 8 6 9 0 mg L , 硫 酸根离子浓度为 l 0 4 7 mg L 。 为加速混凝 土的硫酸盐腐
14、蚀 速度 , 腐蚀试验中采用腐蚀介质为 5 Na 2 S O 溶液, 混凝 土采用浸泡腐蚀 与干湿循 环腐蚀 , 其 中干湿循 环制度为 : 混凝土试件在烘箱 中 6 5烘 1 4 h , 冷却 1 h , 晾干 1 h , 然 后在腐蚀溶液中浸泡 8 h ; 这为浸烘循环一个周期 。 混凝土 在硫 酸盐环境下腐蚀 3 O 、 6 O 、 9 0 、 1 2 0和 1 8 0 d时拿出烘干 后 , 测试其抗压强度, 同时对混凝土分层研磨, 采用紫外线 可见 分 光光 度 计 测试 混凝 土 不 同深 度 ( 1 、 3 、 5 、 7 、 9 、 1 2 、 1 5 、 2 0 m m) 的硫
15、酸根离子浓度 。 2 结果与讨论 2 1 混凝土在不同养护环境下强度发展 在地铁的两个工点开展现场试验 , 混凝土在现场养护 与标 准养护不同龄期的强度发展规律如 图 1 所 示。 显然 , 无论是现场养护还是标准养护室养护 , 随养护时间增加 , 混 6 5 霎 4 警s 鬟z 1 室 骥 i 60 5 O 40 3 0 2 0 1 0 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 养护龄期, d ( b ) 工 点2 图 1 混凝土在工程施工现场养护与标准养护下的抗压强度 凝土强度相应增加 。 但与标准养护室养护相 比, 现场养护 导致混凝土 2 8 d 抗压强度降低 1 0 左右。 因
16、此 , 在耐久性 评估 中应尽量注意两种养护制度 的区别 。 2 2 混凝土在硫 酸盐环境下的强度演 变 混凝土在不同环境下养护 2 8 d 后取 回, 放置与试验室 室 内养护至 6 0 d , 然 后在硫 酸盐溶液 中浸泡或干湿循环 , 测试其强度发展 , 其结果如图 2 所示 。 醴 龄 期 d ( a ) 全 浸泡试 块抗压 强度 龄 期 , d b ) 干 湿循环 试块抗 压强 度 图 2 不同条件养护混凝土在不同硫酸盐腐蚀制度下的强度发展 由图2可知 ,无论是标准试验室养护还是现场环境养 护, 混凝土在硫酸盐腐蚀环境下的强度演变规律基本一致 。 在浸泡环境下 , 混凝土强度在 1
17、2 0 d 时达到最高 , 强度提高 2 0 左右; 然后随腐蚀增加而强度下降, 经过 1 8 0 d 浸泡腐 蚀 , 混凝土强度与初始强度相等 。 在干湿循环条件下 , 在前 3 0 d , 混凝土强度基本不变或略有提升 , 后随腐蚀时间增加 而强度 下降 , 经过 1 2 0个循环腐蚀 , 混凝土 强度下 降 2 5 左右。 显然, 干湿循环加速了混凝土的硫酸盐腐蚀速度, 分 析其原 因: ( 1 ) 浸泡环境下 , 混凝 土只受到硫酸盐 的作用 , 变化 比较缓慢 。 初期 由于水泥水化 的 自然规律 , 内部逐渐 水化密实 , 而且硫酸盐的作用混凝土内部产生一些钙矾石 对混凝土也起到密
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