盐胀对混凝土劣化机理研究.pdf
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1、2 0 1 4 年 第 1 2期 (总 第 3 0 2 期 ) Nu mb e r 1 2 i n 2 0 1 4 ( T o t a l N o 3 0 2 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 THEoRETI 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 1 2 0 0 9 盐胀对混凝土劣化机理研究 刘宏伟 1 ,2 ,3 ,高培伟 ,李隽 1 l 2 ,吴泽媚 ,孙亚飞 1 I 2 ( 1 南京航空航天大学 土木工程系 ,江苏 南京 2 1 0 0 2 8 ;2 盐城工学院 土木工程
2、学院,江苏 盐城 2 2 4 0 5 1 : 3 江苏荣能集团股份有限公司 ,江苏 扬州 2 2 5 1 0 0 ) 摘要: 以混凝土强度、 氯盐种类 、 氯盐浓度 、 侵蚀方式为评价指标 , 研究干湿循环条件下混凝土所受到的盐胀劣化机理 。 研究表 明, 氯离子侵蚀混凝土表面的量随强度等级的提高而减小; 经多次干湿循环后 , 由于盐结晶作用 , 混凝土会发生膨胀; 干湿循环 比长 期浸泡的混凝土表面氯离子浓度高; 随浸泡龄期的增长, 混凝土表层氯离子浓度不断增长 , 但后期增长缓 幔。 分析混凝土经干湿循环 后表层 X R D图谱以及混凝土在氯盐溶液中浸泡后 S E M 图谱 , 得出氯盐融
3、雪剂对混凝土的盐胀破坏是物理结晶腐蚀和化学腐蚀综 合作用的结果。 关键词: 混凝土 ;盐胀 ;劣化机理 ;试验 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 ) 1 2 0 0 3 2 0 3 Re se ar ch on t he de t er i or at i on m ec hani sm of c on cr e t e f or t he salt expan si on LI UHo ng we i 1 , 2 ,3 GAOPe i wc i J u n 1 , 2 W UZe m SUN Ya f
4、e i1 , 2 ( 1 D e p a r t me n t o f C i v i l E n g i n e e r i n g , N a n j i n g U n i v e r s i t y o f Ae r o n a u t i c a n d A s t r o n o m i c s , N a n j i n g 2 1 0 0 2 8 , C h i n a ; 2 C i v i l E n g i n e e r i n g Co l l e g e , Ya n c h e n gI n s t i t u t e o f Te c h n o l o g y
5、 , Ya n c h e n g2 2 4 0 5 1 , C h i n a ; 3 , J i a n g s uRo n g n e n gGr o u pCo , L t d , Ya n g z h o u2 2 5 1 0 0 , C h i n a ) Abs t r a c t : The d e t e r i o r a t i o n me c h a ni s m o f c o n c r e t e f o r t h e s a l t e x p an s i o n u nd e r we t d r y c y c l e s we r e s t u d
6、 i e d b y u s i n g c o n c r e t e s t r e n g t h, t he t y p e s o f c h l o r i d e, c o n c e n t r a t i o n a n d a a c k wa y s a s e v a l ua t i o n i nd e xRe s u l t s s h o w tha t t h e a mo u n t o f c hl o r i de i on de c r e a s e s wi t h the i mp r o v e me n t o f c o n c r e t
7、 e s t r e n gth o n t h e s u r f a c e Aft e r mu l t i p l e we t t i n g d r y i n g c y c l e s , d u e t o s a l t c r y s t a l l i z a t i o n , c o n c r e t e e x p a n s i o n wi l l o c c ur Th e s u r f a c e c h l o r i d e i on c o n c e ntr a t i o n o f c o n c r e t e u nd e r we t
8、 d r y c y c l e s i s h i g h e r t h a n l o n g t e r m i mme r s i o n Th e c o n t e n t o f c h l o r i d e i o n O 12 t he c o n c r e t e s urf a c e i n c r e a s e s r a p i dl y wi t h t he g r o wt h o fi mme r s i o n, whi l e s l o wl y i n t h e r a t e s t ag e The s a l t e x p a n
9、s i o n i s t h e r e s u l t o f i n t e g r a t i o n e f f e c t o f p h y s i c a l a n d c h e mi c a l r e s i s t a n c e t h r o u g h the a n a l y s i s o f XR D u n d e r we t d r y c y c l e s a n d S E M a ft e r i mme r s i o n Ke y wo r d s : c o n c r e t e ; t h e s a l t e x p ans
10、i o n; d e t e r i o r a t i o n me c h ani s m; e x p e r i me n t ( ) 引 言 混凝土工程所处环境复杂多样 , 在含盐的使用环境或 受盐溶液侵蚀 , 在毛细孔隙中的盐溶液达到饱和状态后 , 混凝土裂缝或破坏表面会产生很多 白色的盐晶体 , 而这些 结 晶体会使混凝土结构 出现结 晶压力 , 产生体积膨胀 , 导 致 混凝土结构的 自应力破坏 。 关于氯离子侵蚀导致混凝土 结构破坏方面的研究有很多 , 重点是研究氯盐环境中混凝 土 的耐久性 , 主要考虑氯盐对混凝土 的化学侵蚀破坏 , 而 对 由于盐结晶所引起的的破坏不够重
11、视r 1 - 8 。 很多工程实际 表 明, 混凝土 的盐胀通常发生在干湿交替 的环境 中 , 特别 是 临海 、 沿湖地 区的建筑 物和构筑物特别 明显 , 遭受 的盐 胀破坏使得结构混凝 土层层剥 落 , 导致 内部钢筋锈蚀 。 现 有 的研究表 明, 混凝 土在干湿交换环境下更容易加速氯离 子侵蚀 0 。 氯盐融雪剂对 混凝土 的破坏 作用 已引起业 内的高度 重视 , 研究其所产生 的盐胀破坏及微观 机理 , 对 提高寒冷 地 区公路 和桥梁 的安全耐久性具有 重要 的理论 指导意 义 和实际应用价值 。 1混 凝 土 盐胀 破 坏 试 验 1 1 试验原材料 水泥 : 采用 P 5
12、2 5 级水 泥 ; 粉煤灰 : I 级粉煤 灰 ; 硅 灰 : 比表面积为 1 9 2 1 m2 g , S i O 2 含量约 9 6 8 ; 矿粉 : 石灰 岩矿粉 ; 砂 : 采用细度模数为 3 5 的粗砂 ; 石子 : 粗细集料都 选用玄武岩碎石 。 采用两种氯盐融雪剂 A 和 B, 其 中 A氯 化钠含量约 8 0 , 氯化钙含量约 2 0 ; B氯化钠含量约 7 0 , 氯化钙和氯化镁含量约 3 0 。 溶液浓度采用 3 、 5 和 2 0 三种 , 氯离子含量见表 1 。 收稿 日期 :2 0 1 4 - 0 5 1 1 基 金项 目 :中国博士后科学基金项 目( 2 0 1
13、4 M5 5 1 5 8 8 ) ; 江苏省博士后基金项 目( 1 3 0 1 0 5 7 B) ; 江苏省六大人才基金( 2 0 1 2 一 J Z 0 1 0 ) ; 交通部西部交通建 设科 技项 目( 2 0 0 9 CB 0 1 ) 32 表 1 三种浓度的 A和 B氯盐溶液的氯离子含量 1 2 试 验 配合 比设 计 本试验 采用公 路 工程 中常 用 的两种 强度 等级 分别 为 C 3 0和 C 5 0中等强度混 凝土进行研 究 , 详 细配合 比见 表 2: 1 3试 验 过 程 选用 3 、 5 和 2 0 三个浓度 的 A、 B两种融 雪剂溶 液 , 将标准养护 2 8 d
14、的混凝土试件分两组 , 一组置于三种 浓度的 A、 B氯盐溶液中全浸泡至设计 2 8 、 6 0 、 9 0 、 1 8 0 d 龄 期 , 另一组分别置于相应浓度氯盐溶液 中浸泡 1 8 h , 再于 6 0 烘箱 中烘 6 h , 干湿循环至规定龄期。 并根据试验需要 对不同龄期进行 X R D分析和扫描电镜 S E M 微观观察 。 表 2 盐胀混凝土配合比 注: 引气剂品种为 T S A E型。 2 盐胀试验 结果 分析 2 1 氯离子在不同强度等级混凝土中的渗透性 C 3 0和 C 5 0 混凝 土在浓度 为 2 0 的 A型氯盐融雪剂 溶液中全浸泡 1 8 0 d 后 , 通过曲线
15、拟合 , 发现不同位置处游 离氯离子量与扩散深度之间呈指数 函数关系 , 氯离子随扩 散深度 的变化规律如图 1 所示 : 连 蛏 褪 穰 熄 避 毯 矮 键 瓣 越 熄 0 1 0 2 0 3 O 4 0 5 0 扩散深度 mm ( a ) C3 0 扩 散 采厦 mm 0) c5 o 图 1 氯离子在不同强度等级混凝土中的扩散 从图 1 可知 , 随着扩散深度 的增加 , 游离氯离子浓度 降低。 当氯离子在 昆 凝土中扩散到 3 0 I n lT l 深度后, 强度对 氯离子扩散影 响不大 。 2 -2 不同品种和浓度氯盐融雪剂中氯离子在混凝 土中的渗透性 C 3 0混凝土在 A和 B两
16、种氯盐融 雪剂溶 液 中( 3 、 5 、 2 0 的浓度 ) 浸泡 2 8 d 后 中氯离子含量 的变化如 图 2 所示 。 从图 2 : 表明, 随溶液浓度 的增加 , 混凝 土内部氯离子 1 2 连 1 0 o 8 寝 。 一 6 饔 。 一4 热 0 2 O 浓度 , 图 2 混凝土在不同品种和浓度氯盐融雪剂溶液中 浸泡 2 8 d后氯离子含量 含量显著增 大。 不 同品种 和浓度的氯盐融 雪剂 , 因氯离子 含量不同 , 混凝 土内部氯离子浓度也有所不 同。 2 3 侵蚀方式对混凝土中氯离子渗透性的影响 C 3 0 混凝土在浓度为 2 0 氯盐融雪剂溶液 中经 两种 不 同浸泡方式至
17、 9 0 d龄期 , 混凝土 中氯离子量随扩散深 度 变化规律如 图 3 所示。 1 4 1 2 避1 0 裟o 6 鬓。 一4 0 2 O 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 扩散深 度 m m 图 3 不 同浸泡类型对混凝土中氯离子量的影响 从 图 3中可以看 出, 干湿循环混凝土表层 的氯离子量 比全 浸泡 时要 高 , 氯 离子量 随扩散 深度 的变化规 律相 似 , 当氯 离子扩散到混凝 土内部 3 0 mi n 深度后 , 浸泡方式 影 响可忽略不计 。 2 4 浸泡龄期对混凝土中氯离子渗透性的影响 图 4为 C 3 0和 C 5 0混凝 土在 3 的氯盐融雪剂溶 液 中浸泡至
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- 混凝土 机理 研究
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