矿物掺合料对海洋混凝土结构硫酸盐侵蚀影响的试验研究.pdf
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1、文 章编 号 :1 0 0 7 0 4 6 X ( 2 0 1 4 ) 0 卜0 0 3 4 0 4 生态建材 : l _ 1 矿物掺合料对海洋混凝土结构硫酸盐侵蚀影响的试验研究 E x p e r i m e n t a l S t u d y o f E ff e c t o f Mi n e r a l A d m i x t u r e o n S u l f a t e C o r r o s i o n o f C o n c r e t e S t r u c t u r e u n d e r S e a - Wa t e r E n v i r o n me n t 马志鸣
2、,赵铁军z ,王鹏刚z ,卢峰2 ( 1 青 岛市市政工程设计研究院有限责任公司,山东 青岛 2 6 6 1 0 0 ;2 青岛理工大学 ,山东 青岛 2 6 6 0 3 3 ) 摘要: 对不 同配合 比混凝土试件在海洋水下区进行现场暴露试验 ,通过实验室内对混凝土中硫酸根 离子含量测 定 ,研 究腐蚀龄 期 、水胶 比及 矿 物掺合 料对 混凝 土抗硫 酸盐侵 蚀 的影响 ,探 究硫 酸 盐在 混凝土 内部侵 蚀 机理。试验结果表明:侵蚀到混凝土试件 内部的 自由硫 酸根 离子含量与总硫酸根 离子含量 ,随着侵蚀龄 期和水胶比的不同而变化 ,同时向混凝土中掺入一定比例的粉煤灰 、矿粉等矿物掺
3、合料 可以改善混凝土 试件 内部孔隙结构,有效提高其抗硫酸盐侵蚀能力 ,从而延长混凝土结构耐久性能。 关键词: 暴露试验 ;硫酸盐侵蚀 ;矿物掺合料 ;耐久性 中图分类号 :TU 5 2 8 3 3 文献标 志码 :A 0 前 言 混凝土结构耐久性不足是引起其达不到设计使用寿命 的主要原因,如果在恶劣环境下,更易加速其耐久性劣化 速率。海洋环境中含有大量侵蚀介质,随着水分快速侵入到 混凝土结构内部,造成混凝土内部一系列物理化学反应, 尤其以氯离子、硫酸根离子侵蚀最为严重。氯离子侵蚀作 用导致混凝土内部钢筋锈蚀;硫酸根侵蚀作用表现为硫酸 根离子与混凝土的水化产物发生化学反应,形成腐蚀产物, 在内
4、部膨胀压力作用下使混凝土发生破坏。海水盐度含量 在 3 2 一 3 7 ,p H值在 8 8 2之间,是一种天然强电解质 溶液,同时也是悬浮泥沙、溶解气体、生物以及腐败有机 物的复杂混合体系,在海洋环境多种因素耦合作用下加剧 了混凝土损伤程度。由于现代土木技术的发展,海洋暴 露环境下混凝土结构越来越多,故研究实际暴露环境下混 凝土内部硫酸盐侵蚀机理尤为重要 1 _ 。 根据国内外研究试验,多为试验室环境下混凝土中硫 酸盐侵蚀机理的研究,而对实际海洋暴露环境下混凝土内 部硫酸盐侵蚀研究涉及较少 6 - 9 。基于上述原因,本文通 过对不同混凝土试件进行海洋暴露试验,制备不同配合比 的混凝土试件,
5、通过对不同因素下试件内部硫酸根离子的 测定,探究海洋暴露环境下混凝土内部硫酸盐侵蚀机理, 为实际海洋工程中混凝土结构的应用提供理论依据。 1 原材料与配合比 本试验用原材料均来自青岛本地,同时根据海洋腐蚀 环境下硫酸根离子试验结合考虑不同强度等级、不同矿物 掺合料等因素,通过前期大量试验研究对比,从经济与实 用等方面研究了7个混凝土配合比,见表 1 。 表 1 混凝土配合比 k g m 基金项目:国家自然科学基金发展项目 ( 5 0 7 3 9 0 0 1 ),青岛市基础研究- 联合基金计划项目 ( 1 3 1 4 1 1 5 - j c h ) 3 4 CoAL AsH 1 201 4 2
6、试验内容及试验方法 2 1 潮汐区暴露试验 混凝土试块在标准养护室中养护 2 8 d 后取出,取两 个相对侧面为试验用面,其余四面用环氧树脂 ( 环氧树脂 与固化剂体积比为 3 : 1 ) 密封,保证硫酸盐侵蚀为一维扩 散。为了防止运送过程中试块表面的环氧树脂层遭到破坏, 等到环氧树脂完全干透后再送往海洋暴露试验区,并按照 试验设计方案将试块放在规定腐蚀区域。由于水下区试块 会受到水流的冲击,所以都用铁丝网尽量固定住。分别在 6 、1 2 、1 6 个月取出海洋暴露环境下试件,在试验室测定 硫酸根离子含量随深度的变化曲线 2 2 分光光度计测定硫酸根含量 将经过海洋实际暴露后混凝土试件进行烘干
7、处理,用 混凝土磨粉机对试件磨粉取样,置于密封袋中保存;用稀 硝酸 ( 或蒸馏水 ) 和无水硫酸钠配置硫酸钠标准溶液,根 据不同的硫酸根离子质量和吸光光度值标定硫酸根离子曲 线;本试验用 7 5 5 B型紫外线可见分光光度计 ( 根据已标 定的硫酸根离子曲线 ) 测试溶液中的硫酸根离子质量含量, 具体试验步骤如下所示: 取 2 g 经过 0 1 m m筛子的混凝土粉末,用 5 0 m L 蒸馏水或稀硝酸 ( 浓硝酸:水= 1 5 : 8 5 )浸泡,再振荡 2 h , 浸泡 2 4 h ; 用慢速滤纸过滤试样,取 2 5 m L 滤液加入比色管中; 在比色管中先加入2 5 m L盐酸,再加入1
8、 0 m L 混合 均匀的 B a C 1 , -P V A混合液; 定容到 5 0 m L ,用手振荡 2 3 次,静置 5 m i n ,然 后用分光光度计法测定。然后用硫酸钠标定标准溶液曲 线,再经读数换算后即可测定试验样品中硫酸根离子的含 量 。 3 结果分析与讨论 3 1 腐蚀龄期对混凝土硫酸盐损伤的影响 为研究海洋暴露环境下侵蚀龄期对混凝土硫酸盐损伤 的影响,选取c 3 0 、 c 5 0两种配合比试件进行海洋水下区 暴露试验,本试验总持续时间为 1 6 个月,分别将达到6 个 月、1 2 个月、1 6 个月侵蚀龄期试件取出,用分光光度计法 测定不同试件、不同侵蚀龄期下混凝土中自由
9、硫酸根含量 和总硫酸根含量,得到硫酸根离子分布图,如图 1 、图2 所示 深度 m m ( a)自由硫酸根 图 1 C 3 0混凝土在水下区的硫酸根离子分布 由图 1 可知,经过 1 6个月侵蚀后混凝土试件中自由 硫酸根离子和总硫酸根离子含量均较侵蚀龄期 6个月混凝 土试件高,且混凝土表层自由硫酸根离子随着侵蚀龄期的 不同,变化幅度较大,分析其原因有,由于 C 3 0水灰比 大,混凝土试件内部密实度不高,当侵蚀龄期较长时 ( 1 6 个月 ),硫酸根离子在混凝土表面形成的腐蚀产物导致表 层混凝土膨胀破坏,从而导致硫酸根离子快速渗入;而表 层总硫酸根离子含量随着侵蚀龄期的不同,变化较小,这 表明
10、混凝土试件在腐蚀龄期为6个月时,其表层硫酸根离 子含量已趋于饱和状态,故随着侵蚀龄期的增加,其变化 幅度较小。 ( b ) 总硫酸根 图 2 C 5 0混凝土在水下区的硫酸根离子分布 1 2 0 1 4 粉煤灰 3 5 图 2为 C 5 0混凝土在水下区的硫酸根离子分布图, 总硫酸根离子变化趋势与 C 3 0混凝土相同。对比图 1 、 图2数据可知,C 5 0 混凝土的表层总硫酸根离子浓度略大 于 C 3 0混凝土,这是由于 C 5 0混凝土胶凝材料用量高, 其反应的硫酸根离子的量也越多,从而导致混凝土表层硫 酸根离子浓度增加。而 C 5 0的自由硫酸根离子浓度则保持 在 0 0 5 0 0
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