干湿循环与现场暴露混凝土损伤规律的关系研究.pdf
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1、2 0 1 4年 第 1 1期 (总 第 3 0 1期 ) Nu mb e r 1 1 i n 2 0 1 4 ( T o ml No 3 0 1 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 理论研究 T HEORETI CAL RES EARCH 干湿循环与现场暴露混凝土损伤规律的关系研究 李长成 。张立明 ,沈艳东 ( 吉林交通职业技术学院,吉林 长春 1 3 0 0 1 2 ) 摘要 : 研究了 C 3 0 、 C 5 0和 C 8 0 在干湿循环和盐湖现场暴露环境下 的损伤变化规律之间的关系 , 分析了试验环境与混凝土强 度和腐蚀时间对相对动弹模量的影响, 建立混凝土构件 的腐蚀时间与
2、相对动弹模量及干湿循环与现场暴露混凝土损伤的换算方 程 。 试验结果表明 : 混凝土在于湿循环试验 比现场暴露强度损伤的更快。 混凝土构件 强化的时间与混凝土构件强度等级为负相关 关系。 混凝土强度等级与损伤加速度 A 和损伤速度 A 。 分别呈正指数和负指数函数关系 , 混凝 土强度等级与损伤加速度的换算 系数 K 和损伤速度的换算系数 呈指数函数关系 , 可通过换算系数和干湿循环损伤加速度 A 和损伤速度 A 。 预测以建实体 工程混凝土的相对动弹模量。 关键词: 混凝土构件 ;现场暴露;干湿循环 ;相对动弹模量;关系 中图分类号: T U 5 2 8 0 1 文献标志码: A 文章编号
3、: 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 4 ) 1 1 - 0 0 4 7 0 3 Cor r el a t i on be t w e en dr y- w e t c yc l e and f i el d expos ur e f or c onc r e t e c or r os i on LCh a n g c h e ng, ZHANG Li mi n g, S HEN Ya nd o n g ( J i l i nCo mmu n i c a t i o nP o l y t e c h n i c , C h a n g c h u n 1 3 0 0 1 2 ,
4、 Ch i n a ) Ab s t r a c t : T h e c h a n g e s o f C 3 0, C5 0 a n d C8 0 d a ma g e u n d e r s a l t l a k e fi e l d e x p o s u r e a n d d r y - we t c y c l e wa s d i s c u s s e d T h e i n f lu e n c e o f t e s t e n v i r o n me n t a n d c o n c r e t e c o mp r e s s i o n s t r e n g
5、 t h s wa s a n a l y z e d T h e mo d e l o f r e l a t i v e d y n a mi c e l a s t i c mo d u l u s ( E rr ) and c o r r o s i v e t i me wa s e s t a b l i s h e d, a t t h e s a me t i me, the r e l a t i o ns hi p of i mme r s i o n a n d d r y - we t c yc l e wa s e s t a bl i s he d Th e t e
6、 s t r e s ul t s s h o we d t h a t d r y we t c y c l e a c c e l e r a t e d s h a r p l y c o n c r e t e B c o mp a r a s i o n t o s a l t l a k e fi e l d e x p o s u r e T h e r e wa s a n e g ati v e c o r r e l a t i v i t y b e t we e n c o n c r e t e s t r e n gth g r a d e a n d the r
7、e i n f o r c i n g an d d e c r e a s i n g t i me f o r c o n c r e t e s t ruc t u r e d a ma g e a c c e l e r a t i o n a n d r a t e we r e e x p r e s s e d b y s tre n gth g r a d e o f c o n c r e t e wi t h e x p o n e n t i a l f u n c t i o n; c o n v e r s i o n f a c t o r o f d a ma g
8、 e a c c e l e r a t i o n a n d r a t e wa s a l s o e x p r e s s e d b y s t r e n gth g r a d e o f c o n c r e t e wi t h e x p o ne n t i a l f u nc t i o n, t h e r e a l s t r uc t ur e r e l i v e d y nam i c mo d u l us e a r l b e pr e di c t b y u s e of c o nv e r s i o n f a c t o r a
9、nd d a ma g e a c c e l e r a t i o n a nd r a t e of a r y w e t c y c l e t e s t Ke y w o r d s : c o n c r e t e s t r u c tu r e ; fi e l d e x p o s u r e t ; we t d r y t e s t ; r e l a t i v e d yn a mi c e l a s t i c mo d u lu s ; c o r r e l a t i o n 0 引 言 在腐蚀环境下, 硫酸盐腐蚀 、 干湿循环、 氯离子锈蚀钢 筋
10、是引起混凝土耐久性不足的主要原因【 l- 2 。 国内外学者广 泛 的研究 了小尺寸 的砂浆试件 和混凝 土试件的耐久性试 验 , 选用 的腐蚀溶液 大多是单一氯盐或硫酸盐溶液 , 对氯 盐和硫酸盐混合溶液研究还不多 。 金祖权p 描述了混凝土 试件在 的硫酸盐 和氯盐复 合溶液环境下混凝土试件 的氯 离子扩散规律和结构损伤过程, 同时也研究了弯曲荷载一 腐蚀溶液作用下混凝土试件的氯离子扩散规律和结构损 伤过程。 余红发 s 町 研究了六种典型混凝土试件在高浓度盐 湖 卤水环境下 , 进行冻 融 、 干湿单一情况和加载耦合条件 下 昆 凝土试件的应力腐蚀 和氯离子扩散规律 , 并建立了相 应的
11、模型 。 张云清9 】 探讨 了混凝土试件在硫酸盐和氯盐环 境下 , 进行快速冻融 、 自然冻融和长期浸泡 , 混凝土构件 的 表面剥落和应力腐蚀 的规律 。 张立 明摸索了混凝土构件 在室 内浸泡 、 浸烘循环和盐 湖暴露环境下的三种混凝 土的 氯离子扩散 能力 。 而实际工程采 用的多是 钢筋混 凝土结 构 , 研究混凝土构件 的耐久性尤为重要 。 同时对混凝土构 件在不 同试验环境 的换算关系研究还没未见报道 。 本研究 选取青海盐湖 卤水为腐蚀溶液 , 干湿循环和盐湖现场暴露 为试验环境下 , 深入讨论强度等级和试验环境对 昆 凝 土构 件的强度损伤规律 的影响 , 并建立 了干湿循环
12、试验环境与 现场暴露环境 的换算系数 , 可用干湿循环试验数据预测实 体工程强度损伤规律, 为实体工程的为混凝土耐久性设计 提供计算方法 和试验和数据支撑 。 1试 验 1 1 原 材料 湖北 黄石水泥厂生产的华新牌 P I 5 2 5 级水泥 , 镇江 收稿 日期:2 0 1 4 - 0 4 1 6 基金项 目:国家重点基础研究发展计划( “ 9 7 3 ” 计划) 项目( 2 0 0 9 C B 6 2 3 2 0 3 ) ; 国家 自 然科学基金项目( 5 1 1 7 8 2 2 1 ) 4 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 谏壁电厂华源 I 级粉煤灰。
13、 江苏江南粉磨公司生产的 $ 9 5 级 磨细矿渣 , 比表 面积 4 6 1 m g 。 胶凝材料化学成 分见表 l 。 兰州产 河砂 , I I 区级 配 , 中砂细度模数 为 2 5 。 甘肃省 临洮 河 口产石灰岩碎石 , 5 2 0 m m连续级配 , 最大粒径 2 0 mm。 饮用水 , 江苏省苏博特 P c A ( I ) 聚羧酸类 高性能减水剂 , 减水率达 2 0 以上 。 表 1 胶凝材料的化学成分 1 2配合 比 试件尺寸 5 0 0 m r r 1 0 0 mm x 7 5 m l T l 棱柱体。 矿物掺合料 分别为 : 硅灰掺 1 0 , 粉煤灰掺量 3 0 , 矿
14、粉掺量 5 0 0 0 。 水灰 比为 0 5 3 、 O 3 5 和 O _ 2 3 。 其配合 比及 2 8 d 抗压强度见表 2 。 表 2 混凝土配合 E 及抗压强度 从青海察尔汗盐湖运 回卤水 , 到中科 院青海盐湖研究 所进行等离子光谱测定化学成分件见表 3 : 表 3 察尔汗盐湖卤水化学成分 总含量 化学成分 ( m g L) ( gL) Na K Mg C a C1 一 S 0 HCO3 COl - 3 21 68 3 6 0 5 9 77 8 3 5 1 30 4 2 41 2 0 4 20 9 2 2 2 90 1 2 7 4 1 7 1 6 1 3试 验 方 法 本试验确
15、定的干湿循环制度 : 恒温 6 0烘箱 烘 8 h , 室温下冷却 2 h , 浸泡 5 0 h ; 作 为一 次干湿循环 。 干湿循环 与长期浸泡试验同时开始 。 相对动弹模量用北京康科瑞公司生产的 N M一 4 B非金 属超声波检测仪测定如图 2 所示 。 混凝土的相对动弹模量 可用式( 1 ) 计算 : r= E t 鲁 ( 1 ) 式中: E相对动弹模量 ; 、 。混凝土试 验前的初始 动弹模量和超 声波 波速 ; 巨、 混凝土在 t 时刻的动弹模量和超声波波速。 参照 国标 G B T 5 0 0 8 2 -2 0 0 9 ( 普通混 凝土长 期性能 和耐久性能试验方法标准 闻 当
16、E降低到 6 0 ; 质量损失 率达到 5 以上可认为混凝土 已经发生应力破坏 , 详 细测 定方法参考文献 6 。 棱柱 体试件为 5 0 0 minx 1 0 0 m inx 7 5 mm,混凝 土构 件标准养护 2 8 d 。 测定好初始超声波值后 , 依次放置在 长 期浸泡 环境 和干 湿循 环环境 下 。 分别 在 9 0 、 1 8 0 、 2 7 0 、 3 3 0 、 3 6 0 、 4 8 0 、 5 4 0 d 测 定各棱 柱体 的相对 动弹模 量及 质 量 损失 。 2试 验 结果 2 1 混凝 土强度 等级对 混凝土构 件 的损 伤规律 的 影 响 各混凝土构件在两种试
17、验环境下 , 其相对动弹模量 变化规律如 图 1 所示 : 不同混凝土构件在相 同的试验环境 48 下 , 其相对动弹模量 变化规律是一致 的。 可划分为两个 阶段 : 相对 动弹模量 强化 阶段 : 没有 反应 的水泥继续水 化 , 混凝土构件孔隙 、 缺陷处生成腐蚀产生 , 密实了混凝土 结 构。 随着混凝土强度的增 大 , 混凝土构件 增加速率 明 显降低 , 其达到最大值 的时间明显缩短 。 如图 l ( a ) 所示 : 在 现场暴露环境下 , 各构件的相对动弹模量还没有达到最大 值 ,经过 5 4 0 d的腐蚀 , C 3 0和 C 8 0的 分别为 C 8 0 的 1 0 4 倍
18、和 1 0 2 倍 ; 如图 1 ( b ) 所示 : 在干湿循环环境下 , C 3 0 和 C 5 0分别在 2 7 0 d和 3 9 0 d混凝 土构件 达 到峰 值 , C 5 0 到 达 峰值 的时间是 C 3 0 的 1 4 4 倍 ; C 8 0 经过 5 4 0 d 的腐蚀还没有达到峰值。 相对动弹模量下降阶段 : 混凝 土水化减缓 , 腐蚀产物填满孔隙后 , 产生裂纹 导致混 凝土 孑 L 壁破坏 , 裂纹引发 、 扩展 , 并最终导致混凝 土构件破 坏 , 例如在干湿循环 环境下 , C 3 0 在 5 4 0 d相对动弹模量 日下 降到 9 9 5 , 为最大值 的 0 8
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- 关 键 词:
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