混凝土在硫酸盐冻融中的损伤与离子传输.pdf
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1、第 1 8 卷第 3期 2 0 1 5年 6月 建筑材料学报 J OURNAL OF BUI L DI NG MATERI ALS V0 1 1 8, No 3 J u n , 2 0 1 5 文章编号 : 1 0 0 7 9 6 2 9 ( 2 0 1 5 ) 0 3 0 4 9 3 0 6 混凝土在硫酸盐冻融 中的损伤 与离子传输 金祖权 , 陈惠 苏 , 赵铁 军 ( 1 青岛理工大学 土木工程学院, 山东 , 高 嵩 青岛 2 6 6 0 3 3 ; 2 东南大学 江苏省土木工程材料重点实验室, 江苏 南京 2 1 1 1 8 9 ) 摘要 : 将 C 3 0和 C 5 0系列引气混凝
2、土在质量分数 5 Na 2 S O 或 5 Na S O +3 5 Na C l 溶液 中 自然浸泡或快速冻融循环, 测试盐冻过程 中混凝土表面和 内部 的超声声时、 混凝 土中水溶及 酸溶 s O i 一质量分数 、 孔结构演变和热谱 结果表明: 超声声时能较好反 映混凝土在盐冻过程 中的损伤 演化 , 其表面和 内部超声声时均先轻微上升, 然后保持稳定 , 当混凝土损伤严重 时迅速上升 冻融 过程 中的低 温环 境 可降低混 凝土 中 S O i 一 扩散速 度和反 应 S 0: 一量 , 但 冻融损 伤程 度的增 加将 导致 混凝土中 S O i 一扩散速度增加 混凝土在 复合 盐溶液
3、中冻融循环时, 其 S Oi 一反应能力是 Na S O 溶 液 中盐冻混凝 土 的 2倍 , 生成 的钙 矾 石 、 硅 灰石 膏和石 膏腐蚀 产 物更 多 , 毛 细孔 增加 2 2倍 , 最 可 几孔径提高 了8 n m, 混凝土表面剥落更为严重 关 键词 : 混凝 土 ;冻融循环 ; 硫 酸 盐;离子传输 与反 应 ;孔 结构 ;损伤 中图分类号: TU5 2 8 0 1 文献标志码 : A d o i : l O 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 7 9 6 2 9 2 0 1 5 0 3 0 2 3 Da ma g e a n d I o n P e n e t r
4、a t i o n i n C o n c r e t e S u b j e c t e d t o S u l f a t e F r o s t , N Zu q u a n , CHEN Hu i s u 。 , ZHAO Ti e j u n , GAO S o n g ( 1 S c h o o l o f C i v i l En g i n e e r i n g ,Qi n g d a o Te c h n o l o g i c a l Un i v e r s i t y,Qi n g d a o 2 6 6 0 3 3 ,C h i n a ; 2 J i a n g
5、s u Pr o v i n c e Ke y La b o f Ci v i l En g i n e e r i n g Ma t e r i a l s ,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 1 1 1 8 9 ,Ch i n a ) Ab s t r a c t :Th e d e t e r i or a t i o n,s ul f a t e i on d i s t r i bu t i o n,p o r e s t r u c t u r e a n d c or r o s i on pr o du c
6、 t o f c o nc r e t e s un d e r a t t a c k o f s u l f a t e f r o s t we r e s y s t e ma t i c a l l y i n v e s t i g a t e d Th e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h g r a d e s o f a i r e n t r a i n e d c o n c r e t e we r e C3 0 a n d C5 0 Th e c o r r o s i o n r e g i me s we r e e mp
7、l o y e d:f r e e z e t h a w c y c l e s i n 5 ( b y ma s s )Na 2 S O4 o r i n 5 ( b y ma s s )Na 2 S O4 + 3 5 ( b y ma s s )Na C1 mi x e d s o l u t i o n,a n d n a t u r a l l y i mme r s i on i nt o a bo v e m e nt i o ne d s o l ut i on wi t h s a m e t i me o f f r e e z e - t h a w c yc l e s
8、 The da m a g e d e g r e e o f c o nc r e t e wa s t e s t e d b y u l t r a s o n i c ,i t s p o r e s t r u c t u r e wa s t e s t e d b y M I P,a n d t h e c o r r o s i o n p r o d u c t o f c o n c r e t e s u b - j e c t e d t o s u l f a t e f r o s t wa s a n a l y z e d b y TG DS CTh e e x
9、 p e r i me n t a l r e s u l t s s h o w t h a t t h e u l t r a s o n i c t i me p a s s e s t h r o u g h t h e i n t e r i o r a n d s u r f a c e o f c o n c r e t e u n d e r a t t a c k o f s u l f a t e f r o s t i n c r e a s e s s l i g h t l y a t f i r s t , t h e n k e e p s s t e a d y
10、 ,f i n a l l y d e c r e a s e s t o f a i l u r e d u e t o ma s s l o s s a n d d e t e r i o r a t i o n o f c o n c r e t e Th e l o w t e m p e r a t u r e i n s u l f a t e f r o s t e n v i r o n me n t r e d u c e s s u l f a t e i o n p e r me a b i l i t y v e l o c i t y a n d t h e s u
11、l f a t e i o n r e a c t i n g a b i l i t y wi t h c o n c r e t e Bu t i n c r e a s i n g d a ma g e d e g r e e i n c o n c r e t e r e s u l t e d b y s u l f a t e f r o s t wi l 1 a c c e l e r a t e s u l - f a t e i o n p e n e t r a t i o n i n t o c o n c r e t e Co mp a r e d wi t h c o
12、 n c r e t e s u b j e c t e d t o 5 Na 2 S O4 f r o s t ,t h e s u l f a t e i o n r e a c t i ng a bi l i t y wi t h c o nc r e t e i nc r e a s e s t o do ub l e a nd t he c a p i l l a r y p o r e e n l a r g e s by 2 2 t i me s f o r c o nc r e t e s S U b j e c t e d t o mi x e d s o l u t i o
13、 n f r o s t Du e t o t h e e x i s t e n c e o f c h l o r i d e i o n i n mi x e d s o l u t i o n 。t h e a mo u n t o f c o r r o s i o n p r o d u c t o f c o n c r e t e u n d e r a t t a c k o f mi x e d s a l t f r o s t ,i n c l u d i n g e t t r i n g i t e ,g y p s u m a n d t h a u ma 一 收
14、稿 日期 : 2 0 1 3 1 1 0 5 l修订 日期 : 2 0 1 3 1 2 3 1 基金项 目: 国家 自然科 学基金资助项 目( 5 1 3 7 8 2 6 9 , 5 1 1 7 8 2 3 0 ) ; 青岛市科技 计划项 目( 1 3 1 4 1 7 6 - j c h , 1 3 1 4 一 l l 5 - j c h ) ; 山东省高校 优秀创 新 团队基金资助项 目( 2 0 1 2 7 9 ) 第一作者 : 金祖权( 1 9 7 7 一 ) , 男 , I t t l 南充人 , 青 岛理工大学教授, 博 士 E - ma i l : j i n z u q u a
15、n 1 2 6 c o rn 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 4 9 4 建筑材料学报 第 1 8卷 s i t e ,i s mo r e t h a n t h a t o f c o n c r e t e s u b j e c t e d t o s o d i u m s u l f a t e f r o s t Ad d i t i o n a l l y ,t h e d e g r e e o f s u r f a c e s c a l e o f c o n c r e t e S U b j e c t e d t o mi x e
16、d s a l t f r o s t i s mo r e s e r i o u s c o mp a r e d t o c o n c r e t e i n s u l f a t e f r o s t Ke y wo r d s:c on c r e t e;f r e e z e t h a w c y c l e;s ul f a t e;i on pe ne t r a t i o n a nd r e a c t i on;po r e s t r uc t ur e;da ma g e 冻融损伤是中国北方地 区混凝土结构破坏的主 要形式口 而盐湖 、 海洋 中的 S o
17、 i 一在 低温下会在 混凝土中产生结 晶压力 , 与水化产物反应生成硅灰 石膏 、 氢氧化镁等腐蚀产物 , 从而影响混凝土冻融损 伤速度 3 - s 为此 , 孙伟、 金祖权 等 6 - 7 系统研究 了混 凝土在复合因素作用下的损伤规律, 并从 抗冻角度 优化 了混凝土配合 比 文献 8 1 0 研究 了盐冻过程 中混凝土力学性 能的演变 然 而, 冻融过程 中 S O: 一 在混凝土中的渗透与反应规律如何鲜见报道 为系统分析混 凝土在盐 冻过程 中的微结 构演 变 , S o r o u s h i a n , J o h a n n e s s o n等I 1 采用 E S E M 和
18、 微量热仪测试了混凝土的微观形貌及微孔 中冰含量 演变 , Ye o等 1 动态测试了混凝土冻融循环过程 中 的水分迁移速度 为进一步探讨 混凝 土在盐冻过程 法系统研究了混凝土在硫酸盐冻融过程 中的微结构 演变与腐蚀产物类型 1 试验 1 1 原 材料 及 配合 E 匕 山东山水集 团提供 的 P 0 4 2 5水泥, 其化学 组成见表 1 ; 青岛电厂鲁青 工级粉煤灰 , 其烧失量为 3 5 6 ( 质量分数) , 化学组成见表 1 ; 粗骨料 为花 岗 岩 , 5 2 5 mm 连续级 配, 压碎值为 1 3 7 ( 质量分 数) , 化学组成见表 1 ; 大沽河中砂 , 细度模数为 2
19、 7 , 其化学组成见表 1 ; 江苏博特聚羧酸高效减水剂 , 通 过合理掺量将混凝土坍落度 控制在 1 6 0 1 8 0 mm; S J 一 3型高效引气剂 , 调整掺量使新拌混凝土含气量 达到 2 6 9 6 ( 体积分数) 混凝 土强度等级为 C 3 0 中的性 能演变 , 本文采用压汞法 、 超声法 、 热分析方 和 C 5 o , 配合 比及性能如表 2所示 裹 1 原 材料 的化学 组成 T a b l e 1 C h e ml e fl c o mp o s i t e s ( b y ma s s ) o f r a w ma t e r i a l s C3 O S 1 S
20、 Z S 3 2 8 0 3 7 6 3 7 6 3 7 6 1 2 试验 方 法 成 型 1 0 0 mm1 0 0 mm4 0 0 mm 的 混 凝 土 试 件 , 实验 室标 准养 护 2 4 d后 饱 水 4 d 采 用 质 量 分 数 5 的 N a 2 S O4或 5 Na 2 S O4 +3 。 5 9 , 6 Na C 1 作 为浸 泡溶液进行快 速冻融循 环试验 , 同时 , 在室 内环境 下, 将养护 2 8 d的试件浸泡在上述硫酸盐溶液 中进 行腐蚀 混凝土冻融循环 5 0 , 1 5 0 , 2 0 0次及浸泡相 同 时间后 , 按不 同深度取样 , 称取过 0 1 m
21、m筛 的混凝 土粉末 2 g , 将其浸泡在 5 0 mL蒸馏水 或稀 HNO 。 ( 由浓 HN0 。 与水 的质量 比 1 5:8 5配制) 中, 振荡 2 h 浸 泡 2 4 h后过 滤 在 比色管 中先 加 入 2 5 mL盐 酸 , 再加入 1 0 mI 混合均匀的 B a C 1 。 一 P VA混合液 , 并将其定容到 5 O mL, 然后加入 2 5 mL滤液 , 手工振 荡 2 3次 , 静置 5 mi n后用分光光度计测定水溶 和 酸 溶 S 0 一 质 量 分 数 Na S O 在 水 中溶 解 度 为 1 9 5 ( 质 量分数 ) , 石膏 在水 中溶 解度 为 0
22、2 1 ( 质量分数) , 在酸中的溶解度约 3 4 ( 质量分数) ; 钙矾石在水中溶出的 S 质量分数约为 0 0 1 7 4 , 在酸性溶液 中容易分解L 1 测试 表 明, 用分光 光度 计测得的酸溶 S O ; 一质量分数 与用硫酸钡重量法测 m m m 一 一 一 一 O O O 0 M 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 期 金祖权 , 等 : 混凝 土在硫酸盐冻融 中的损伤与离子传输 4 9 5 得的结果线性相关, 是后者的 1 O 7倍 1 因此 , 混 凝土粉末在水中溶解的 S O: 一主要由 Na z S O t 带入 , 而在稀 HN
23、0。中溶解 的 S 0 i 一不仅包括 Na z S O , 还 包括石膏 、 钙矾石等 故酸溶与水溶 S O: 一含量之差 为腐蚀产物石膏 、 钙矾石等引入的 S Oi 一含量 采用超声检测仪在混凝土试件两端对测和沿混 凝土试件表 面测试超 声声 时, 利用美 国康塔 公 司 P o r e - ma s t e r 一 3 3型压汞仪测试混凝土在盐冻过程中 的孔结构 , 利用 NE TZ S CH S TA 4 4 9 F 3热分析仪测 试混凝土粉末的差热和热重曲线 譬 如 + | + h 8 0 Th r o ug h t h e int e r i o r 藿 ,。 量 6 o Th
24、r o ug h t h e s u r f a c e 5 o 1 , O 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 Numb e r of f r e e z e - t ha w c y c l e t ime s ) C3 0 i n Na : S O, s o l u t i o n Num be r o f f r e e z e - t ha w c y c l e t i me s ( c )S l i n Na S O4 s o l u t i o n 2 结果 与分析 2 1 混凝 土在硫 酸盐 冻融 过程 中 的超 声声 时 混凝土在 Na S O 及复
25、合盐冻融过程的超声声 时如图 1所示 由图 1可见 , 混凝土两端对测的超声 声时与表面的超声声时先小幅上升 , 然后保持稳定, 当混凝土破坏严重时迅速上升 在冻融循环初期 , 对 测的超声声时比表面的超声声时大 1 5 2 O s , 但随 着混凝土冻融损伤程度加剧 , 表面 的超声声时逐渐 增加 , 其上升点时间早于对测的上升点时间 , 而且这 Num be r of f r e e z e t ha w c y c l e t i me s ( b ) C3 0 i n mi x e d s o l u t i o n Num be r of f r e e z e t ha w c y
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- 关 键 词:
- 混凝土 硫酸盐 中的 损伤 离子 传输
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