冻融循环作用下混凝土的硫酸盐应力腐蚀特性.pdf
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1、第 3 2卷 第 6期 2 0 1 0年 1 2月 土 木 建 筑 与 环 境 工 程 J o u r n a l o f C i v i l 。Ar c h i t e c t u r a l& En v i r o n me n t a l En g i n e e r i n g VoL 3 2 NO 6 De c 2 01 0 冻融循环作用下混凝土的硫酸盐应力腐蚀特性 张云清 , 余 红发 , 孙 伟 , 张建业。 ( 1 南京航空航天大学 土木工程 系, 南京 2 1 0 0 1 6 ; 2 东南大学 材料科 学与工程 学院,南京 2 1 1 1 8 9; 3 中国土木工程集 团有限
2、公 司, 北京 1 0 0 0 3 8 ) 摘 要 : 在质量分数为 5 0 的 Mg S O 溶液条件 下, 采用快 冻法和常温腐蚀方法研 究了高强混凝 土 ( Hi g h S t r e n g t h C o n c r e t e , HS C ) 、 大掺 量矿 物掺 合 料 混凝 土 ( Hi g h - Vo l u me Mi n e r a l Ad mi x t u r e C o n c r e t e , HVMAC ) 和 综 合 运 用 引 气 剂 、 高效 减 水 剂 、 混 杂 纤 维和 膨 胀 剂 技 术 的 高耐 久性 混 凝 土 ( Hi g h Du
3、r a b l e C o n c r e t e , HD C) 的应 力腐蚀 行 为 。结 果表 明 : 无 论是 常 温 条件 还是 冻融循 环 条 件 , 混 凝土在 应 力腐 蚀 作 用下 的相 对 动弹性 模 量要 经 历 强化 和劣 化 2个发展 阶段 , 强化 和 劣化 阶段 的 时间长度 与 实验 温度 条件 密切 相 关 。冻 融循 环 作 用 显 著加 速 了混 凝 土 的 硫 酸 盐应 力腐 蚀 破 坏 进 程 , HS C在 冻 融循环 作用 下应 力腐蚀 的 强化段 和劣化 段 的 时 间长度 比 常温 条件 的 相应 时间 长度 分 别压 缩 了 9 6 和 8
4、8 以上 , HVMAC的 劣化段 时 间长度 则 压 缩 了 9 8 , 而 HDC压 缩 了 7 1 。在 冻融循 环作 用 下 , HDC发 生应 力腐 蚀破 坏的 冻融循 环 次数 分 别 比 HS C和 HVMAC延 长 了 1 。 5倍 和 1 3 倍 , 因此 , 在 中国寒冷地 区, HDC表现 出更强 的抗硫 酸盐应 力腐 蚀 能力 。 关键词 : 混凝 土 ; 化 学腐 蚀 ; 应 力腐蚀 ; 冻融循 环 ; 相 对动 弹性模 量 中图分 类号 : TU5 2 8 文 献标志 码 : A 文 章编 号 : 1 6 7 4 - 4 7 6 4 ( 2 0 1 0 ) 0 6
5、0 1 4 7 0 6 S t r e s s Co r r o s i o n o f Co nc r e t e Ex p o s e d t o t h e Ac t i o n o f Fr e e z i ng - t h a wi n g Cy c l e s ZHANG Y u n qi n g , Y U Ho n g f a ,SUN W ei ,ZHANG J i a n y e。 ( 1 De p a r t me n t o f Ci v i l En g i n e e r i n g,Na n j i n g Un i v e r s i t y o f Ae r
6、o n a u t i c s a n d As t r o n a u t i c s ,Na n j i n g 2 1 0 0 1 6, P R Ch i n a ; 2 S c h o o l o f Ma t e r i a l s S c i e n c e a n d En g i n e e r i n g,S o u t h e a s t Un i v e r s i t y,Na n j i n g 2 l 1 1 8 9, P R Ch i n a ; 3 Ch i n a C i v i l En g i n e e r i n g Co n s t r u c t
7、i o n Co r p o r a t i o n,Be i j i n g 1 0 0 0 3 8 , P R Ch i n a ) Ab s t r a c t :Thr ou g h t he me t h od o f a c c e l e r a t e d f r e e z i ng t h a wi n g a nd r o o m t e mp e r a t u r e c o r r o s i o n,t he s t r e s s c o r r o s i o n o f t h r e e k i n d s o f c o n c r e t e s S
8、U b i e c t e d t o 5 0 Mg S O4( i n ma s s )s o l u t i o n wa s s t u d i e d Th e c on s i de r e d c o nc r e t e s i nc l ud e H i g h S t r e n gt h Co nc r e t e( H SC), Hi g h Vol u m e M i ne r a l Ad mi xt u r e Co nc r e t e ( H VM AC) a n d Hi gh Du r a b l e Co nc r e t e ( H DC)a dd e
9、d wi t h hi gh v o l u m e mi ne r a l a d m i xt u r e,a i r e nt r a i n i ng a ge nt ,s u pe r p l a s t i c i z e r ,f i be r s a nd e x pa n s i on a ge nt The r e s u l t s s ho we d t h a t t he r e l a t i v e d y na mi c e l a s t i c mo d u l u s o f c o n c r e t e we n t t h r o u g h s
10、t r e n g t h e n a n d d e t e r i o r a t i o n s t a g e s S U b j e c t e d t o s t r e s s c o r r o s i o n, whe t he r t he r o o m t e m p e r a t u r e o r f r e e z i ng a nd t h a wi n g c o nd i t i on s The l e n gt h o f t i m e o f t he s e t WO s t a ge s a r e c l o s e l y r e l a
11、t e d wi t h t he e xp e r i me n t a l t e m p e r a t u r e Fr e e z i ng a nd t ha wi ng a c t i o n s i gn i f i c a n t l y a c c e l e r a t e d t he p r o c e s s o f s u l p ha t e s t r e s s c o r r o s i o n da ma g e Und e r t he a c t i o n o f f r e e z i ng a n d t ha wi n g,s t r e s
12、 s c o r r os i o n 收稿 日期 : 2 0 1 0 0 4 2 0 基金项 目: 国家重点基础研 究发 展计 划 9 7 3计 划 ( 2 0 0 9 C B 6 2 3 2 0 3 ) ; 江苏 省 自然科 学基 金前 期预 研项 目( B K 2 0 0 5 2 1 6 ) ; 2 0 0 8年江苏省“ 六大人才高峰” 高层次人才项 目和南京航空航天大学博士生创新基金( B C X J 0 7 0 4 ) 作者 简介: 张云清( 1 9 7 7 一 ) , 女 , 博士生 , 主要从事 混凝 土结构耐久性设计研究 , ( E - ma i l ) z h a n g y
13、 u n q i n g n u a a e d u c n 。 余 红发 ( 联系人) , 男 , 教授 , 博 士 , 博 士生 导师 , 主 要从 事 混凝 土结 构 耐久性 设计 研究 , ( E ma i l ) y u h o n g f a nua a e du c n 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 4 8 土 木 建 筑 与 环 境 工 程 第 3 2 卷 s t r e ng t he ni ng t he pe r i o d l e ng t h o f H S C s ho r t e r 96 ,d e t e r i o r a
14、t i o n s e c t i o n o f t he l e n gt h of t i me s ho r t e r 8 8 ,c o mp a r e d wi t h t h e l e n gt h o f t i m e a t t he c o r r e s p on di n g r oo m t e m p e r a t u r e De t e r i o r a t i o n s e c t i on o f t h e l e ng t h o f t i me o f H VM AC i s r e du c e d h y 9 8 ,whi l e t
15、 he H DC r e d uc e d hy 7 1 The e f f e c t o f f r e e z i ng a n d t ha wi n g,HDC f r e e z i n g t ha wi ng c yc l e s whe n t h e s t r e s s c o r r o s i o n d a ma g e o c c ur r e d we r e l on ge r 1 5 t i me s a n d 1 3 t i m e s t ha n t he HSC a nd HVM ACThu s i n t h e c o l d r e gi
16、on sH DC s ho we d mo r e r e s i s t a n c e t o s u l f a t e s t r e s s c o r r o s i o n Ke y wo r d s:c o nc r e t e,c h e mi c a l c o r r o s i o n,s t r e s s c or r o s i on,f r e e z i ng t h a wi ng c y c l e s,r e l a t i v e d y na mi c e l as t i c mod 1 】 1 I 1 S 混凝 土的 耐久 性 问题 一直 是 人
17、 们 关 注 的热 点 , 但是 研究 多集 中 于单 一 耐久 性 因素 的 作用 , 实 际混 凝土 结构往 往处 于 2 个 或者 2个 以上 因素 的耦 合作 用 , 其 中至少 包含 外部荷 载 的应力作 用 , 目前 大 量 的 无应 力状态 下 的耐 久性 成果并 不能 合理 反 映结构 所 处 的状态 。1 9 6 0年 前 苏 联 有 文 献 1 报 道 了混 凝 土 的压应 力腐蚀 和拉 应力 腐蚀 。张 志兴等 口 通 过实 验 发现 , 外部应 力 对 混 凝 土 在 5 0 硫 酸铵 溶 液 中 的 化学腐 蚀具有 加速作 用 。林 毓 梅等 一 研 究混 凝土 的
18、硫酸盐应力腐蚀 , 指出应力促进 了混凝土的腐蚀膨 胀 , 混凝土结 构 同 时存 在 内部 腐 蚀 损 伤 和 外部 应 力 的负 面效 应 。慕儒 等 则 关 注 了高 强 混凝 土 的硫 酸盐 应力腐 蚀 问题 , 发 现 应 力越 大 , 腐蚀 作 用 越 强 。 陈拴 发等 研 究 了粉 煤灰 混凝 土 的硫酸 盐应 力腐 蚀 特性 , 发现掺 加 粉煤 灰 可 有效 地 提 高 混 凝 土 的抗 应 力腐蚀能力。这些基于常温条件下的应力腐蚀研究 成果 , 虽然极 大地 丰富 了混凝 土 的化 学腐 蚀 理 论 体 系, 但是在我 国存在冻融循环破坏作用的华北滨海 盐渍 土和西 北硫
19、 酸 盐盐 渍土 环 境 中 , 仍 然难 以得 到 实际 应用 。余 红 发 等 。 。 纠进 行 的调 查 研 究 表 明 , 西 部盐 渍土地 区 的混 凝 土结 构 因受 到外 部 荷 载 、 冻 融 循 环 和 化学 腐 蚀 作 用 , 服 役 3 5年 就 遭 受 严 重 破 坏 。因 此 , 选 取 冻 融 循 环 、 3 5 外 部 弯 曲 应 力 和 5 0 Mg S O 溶液 化学 腐 蚀 为耐 久 性 因 素 , 进 行 常 温和 冻融循 环作 用 下 的 腐蚀 试 验 , 研 究 高强 混 凝 土 ( Hi g h S t r e n g t h C o n c r e
20、 t e , HS C) 、 大掺 量 矿 物 掺 合 料 混凝土(Hi g h v o l u me mi n e r a l a d mi x t u r e c o n c r e t e , HVMAc ) 和综 合运用 引气剂 、 高效 减水 剂、 混杂 纤 维 和 膨 胀 剂 技 术 的高 耐 久 性 混 凝 土 ( Hi g h Du r a b l e C o n c r e t e , HD C) 的应力腐蚀规律及 其 与冻融循 环条 件之 间的规律 性 。 1 实验 1 1 原 材料 采用 江 苏嘉 新 京 阳 水 泥 厂 生 产 的 P 1 I 5 2 5 R 硅 酸盐水
21、 泥 , 化学成 分见 表 1 。镇 江产风 选 1 级 粉煤 灰 ( F l y a s h ,F A) , 细度 6 8 , 含 水率 0 0 4 , 需 水 量 比 9 3 。江 苏 江 南 粉 磨公 司 的 $ 9 5级 磨 细 矿 渣 ( S l a g , S G) , 比表 面积 4 6 1 m k g 。埃 肯 国 际 贸 易 ( 上 海 ) 有 限公 司提供 的埃 肯牌 微硅 粉 ( S i l i c a F u me , S F ) , 平 均粒径 为 0 2 , m。安 徽 巢 湖速 凝 剂 总 厂生 产 的 铝 酸 盐 混 凝 土 膨 胀 剂 ( Al u mi n
22、a t e E x p a n s i v e Ag e n t , AE A) , F A、 S G、 S F和 AE A 的化 学成分 见表 1 。南京 产黄砂 , 表 观密度 2 5 0 0 k g m。 , 堆 积 密度 1 6 1 5 k g m。 , 含 泥量 1 0 , 细度模 数 2 7 2 , 属于 区 级 配 , 中砂 。南 京 六 合 产 玄 武 岩 碎 石 , 最 大 粒 径 1 0 mm, 表观密度 2 8 2 0 k g m。 , 堆积密度 1 4 3 5 k g m。 , 含 泥量 0 3 0A , 针 片 状 颗 粒 含 量 1 1 4 , 压 碎 指 标 6
23、, 基本 属于 5 1 0 mm 连续 级 配 。常 州市 天怡 工 程 纤维有 限公 司 生产 的束 状 单 丝 聚丙 烯 纤 维 , 密 度 0 9 1 g m。 , 长度 1 9 mm, 直径 0 0 4 8 mm, 弹性 模 量 3 5 G P a 。北京 海 达工 顺 科 技有 限公 司 生产 的工 顺牌 GS 一 2 0 0 5 3哑铃 型钢纤 维 , 长度 2 O mn l , 等 效直 径 0 4 5 mm, 长径 比 4 4 4 , 弹性 模量 2 0 0 GP a 。上海 华登 外加 剂 厂 生 产 的 HP 4 0 0 R 型 聚 羧 酸缓 凝 高 效 减 水剂 , 减
24、水率 3 O 以上 , 无 氯 离子 , 碱 含 量小 于减 水 剂干 重 的 1 。江 苏 省 建 筑 科 学 研 究 院 生 产 的 J M B型 萘 系 高 效 减 水 剂 , 减 水 率 达 2 O 以 上 , Na S O 含 量小 于 2 , 氯 离子含 量小 于 0 0 1 。江 苏省建筑科学研究院生产的液体 J M一 2 0 0 0 c 高效引 气剂, 推荐掺量为万分之 0 5 1 0 。 表 1 原材料化学成分 ( Wt t ) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 6 期 张 云清 , 等 : 冻 融循 环 作 用下混凝 土 的硫 酸 盐应 力
25、腐蚀特 性 1 4 9 注 :Fl y a s h F A;S l a g S G;SF S| l i c a f u me;AEA -Al u mi n a t e e x p a n s i o n a g e n t 1 2混 凝土 配合 比 实验 制 备 了 HS C、 HVMAC 和 HD C, 其 中 , HS C掺 加 了 2 O F A, 水 胶 比为 0 4 3 ; HVMAC掺 加 了 4 O F A、 l 0 S G 和 5 S F, 水 胶 比为 0 2 3 ; HD C 是 在 HVMAC 基 础 上 引 气 、 并 掺 加 1 0 AE A, 同 时 运 用 混 杂
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- 循环 作用 混凝土 硫酸盐 应力 腐蚀 特性
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