混凝土盐类腐蚀破坏模拟分析.pdf
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1、第1 0 卷第2 期 石家庄铁路职业技术学院学报 VOL 1 0 No 2 2 01 1年 6月 J OURNA LOF S HI J I A ZHUANGI NS TI T UTEOFRAI L WA YT ECHNOL OGY J u 11 2 01 l 混凝土盐类腐蚀破坏模拟分析 李科兴 宁波 ( 陕西铁路工程职 业技术学院 陕西渭 南7 1 4 0 0 0 ) 摘要 :混凝土盐结 晶破坏是混凝土内毛细孔 中吸提 了基础中的地下水,在混凝土 内某一高度达 到平衡后,当外界相对湿度降低而使毛细孔 中水分蒸发时,盐溶液被浓缩,各种不同的盐将按其特 有的结晶学特征结晶生长。从破坏特征、机理、影
2、响因素等几个方面进行分析。 关键词 :混凝土 盐结 晶 破坏 模拟分析 中图分类号: T u 5 2 g 文献标识码: A 文章编号: 1 6 7 3 1 8 1 6 ( 2 0 1 1 )0 2 0 0 1 2 -0 5 盐碱地区的地表层 ,由于水分蒸发 ,地表层盐碱浓度高于地下 4 5倍 ;在盐碱地中埋设的混凝 土结构,如电杆、站牌等;靠近地表处的混凝土中的盐碱含量也高于埋设在地下的部分,使这一区 域中的混凝土结构的盐碱腐蚀破坏更加严重,产生所谓 “ 烂根”等破坏现象。 1 盐结晶膨胀腐蚀的基本特性 1 1盐结晶膨胀腐蚀的定义 盐类结晶侵蚀系指在水位变化范围内或干湿循环区内的混凝土,在潮湿
3、状态下,通过毛细作用 吸进各种可溶性溶液,在干燥条件下经蒸发、浓缩而析晶,使毛细管产生很大结晶压力而导致混凝 土破坏。 1 2结晶膨胀腐蚀的破坏特征 ( 1 ) 破坏部位为毛细孔吸提平衡高度干湿循环的区域内,均在结构的与水或土壤接触面之上 3 0 0 6 0 0 n l n l 范围之内。接触面之下的破坏 ,可能为盐类的化学腐蚀结果。 ( 2) 呈 由表及里的剥蚀性破坏。这种破坏往往由试件的成型面开始,先出现麻面 ,继续发展为 局部表皮剥落 ,进而大面积露出石子 ,接着石子剥落 ,最后试件完全崩溃。 ( 3 ) 可在破坏处或者裂缝处观察到盐的白色粒状晶体,这是盐结晶物理破坏最为显著的特征。 1
4、 3盐结晶膨胀腐蚀的机理 盐由物理原因所形成的晶体生长压力而对混凝土产生破坏。当混凝土与含大量溶质的水相接触 时, 就会发生盐结晶膨胀腐蚀腐蚀。与混凝土材料相接触的土基中的盐溶液或海水,在毛细管张力 的作用下 ,可被混凝土毛细管提升 ,L a p L a c e 公式可知 ,当毛细孔径为耐 ,贝 j 毛细孔张力为: P : r ( 1 ) 式中 :z _x p毛细孔张力;( ) - 表 面张力;r 一毛细孔孔径。 收稿 日期:2 0 1 1 0 3 2 6 作者简介:李科兴 ( 1 9 8 1 一) ,女,汉,陕西渭南人,硕士,研究方向建筑结构。 1 2 第 2期 李科兴 ,等 混凝土盐类腐蚀
5、破坏模拟分析 在此压力作用下,理想多孔材料中毛细孔 内的液体可被提升高度为: h : P g ( 2) 式中: 一毛细孔内液体提升高度 ;( ) I 表 面张力 ;r 一毛细孔孑 L 径; 孔 内液体密度。 2 盐结晶压力的影响因素及计算 2 1空气相对湿度的影响 按上述原理提升平衡的毛细孔 中的盐溶液 ,当空气中相对湿度变化时 ,水分子将发生蒸发脱附 或吸附凝聚作用。 由K e l v i n方程知 : R T 1 n : 一 P 0 ( 3) 式中: 一摩尔气体常数;卜温度;B T 温度下弯曲液面的蒸汽压;最 r _ T温度下平 液面的蒸汽压; 液体克分子体积; 一毛细孔孔径。 2 2过饱
6、和度的影响及结晶压力计算 从盐溶液中结晶只能发生在一定温度下溶质( c) 的浓度超过饱和浓度( C s ) 时。 一般来讲, c c ( 过饱和度 ) 值越高,结晶压力越大。根据C o r r e n s 提出的盐类结晶压力公式,结晶压力P 与饱合度 有下面的比例关系: : l n v c ( 4 ) 其中:卜盐溶液浓度;e温度 T下的溶液饱合浓度; 盐的摩尔体积; 摩尔气体常数 ; - 温度。 由上式可得出不同情况下溶液的结晶压力 ( 1 a tm= 0 1 1 ),见表 1 : 表 1过饱和度 C C , = 2时结晶压力 3 盐结晶压力作用下混凝土受力的数值模拟 3 1混凝土孔结构计算模
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