模拟酸雨环境下混凝土抗拉性能试验研究.pdf
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1、第 1 5卷第 6期 2 0 1 2年 1 2月 建筑材料学报 J OURNAL OF BUI LDI NG MATERI AL S Vo 1 1 5。 NO 6 De C 。 2 O1 2 文章编 号: 1 0 0 7 9 6 2 9 ( 2 0 1 2 ) 0 6 0 8 5 7 0 6 模 拟酸 雨环 境下混凝土抗拉性 能试 验研 究 张英姿 。 , 范颖芳 , 李宏 男。 , ( 1 哈尔 滨工 业大 学 ( 威海 )土木 工程 系 ,山东 2 大连 海事 大学 道 路 与桥 梁工 程研 究所 ,辽 宁 3 大连 理工 大学 海 岸 与近海 工程 国家重 点实 验 室 , 陈 国芳 威
2、海 2 6 4 2 0 9 ; 大 连 1 1 6 0 2 6 ; 辽 宁 大连 1 1 6 0 2 3 ) 摘要 :为揭 示 酸雨环 境 下混凝 土 抗拉性 能 的 变化规 律 , 在 实验 室 配置 了 P H1 0硝 酸硫 酸 混合 溶 液 来模 拟 酸雨环 境 , 采 用 完全 浸 泡的加 速 腐蚀试 验 方 法对 4 0个哑 铃 形混 凝 土试件 进行 不 同程度 的腐 蚀, 完成 了受侵蚀不同程度的混凝土单轴拉伸试验 结果表 明: 在腐蚀初期 , 混凝 土的抗拉 强度 、 弹 性模 量 和峰值 应 变逐 渐递 增 ; 随腐蚀 时间 的延 长 , 抗 拉 强度 和 弹性 模 量逐 渐
3、 降低 , 但峰 值 应 变仍 继 续增 长 ; 在相 同环 境 下 , 混 凝 土抗压 强度 对腐 蚀环 境 的敏 感性 较抗 拉 强度 的敏 感性 大 基 于试 验 结 果, 提 出了酸雨环境下混凝土单轴抗拉应力一 应 变曲线上升段统一数 学表达式 关键 词 :混凝 土 ; 酸 雨 ; 单 轴抗拉 性 能 ;腐 蚀 中 图分 类 号 : TU5 2 8 3 3 文献 标 志码 : A d o i : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 7 - 9 6 2 9 2 0 1 2 0 6 0 2 4 Ex p e r i me n t a l S t u d y o n Te
4、 ns i l e M e c ha ni c a l Pr o pe r t i e s o f Co n c r e t e i n S i mu l a t e d Ac i d Env i r o n me n t Z HANG g i n g z i 1 , 2 , F AN Y i n g f a n g 2 , Ll Ho n g n a n 3 , C HE N Gu o f a n g (1 Dep a r t me nt of Ci vi l Eng i n e e r i n g,Ha r bi n I ns t i t ut e of Te c h nol o gy(
5、a t W e i ha i ),W e i ha i 2 6 420 9,Ch i n a; 2 I n s t i t u t e o f Roa d a nd Br i dg e En gi ne e r i n g,Da l i a n M a r i t i me Uni v e r s i t y,Da l i a n 11 6 02 6,Chi na; 3 St a t e Ke y La b or a t or y of Coa s t a l a nd Of f s ho r e Engi n e e r i n g,Da l i a n Uni v e r s i t y
6、o f Te c hno l ogy,Da l i a n 11 6 02 3,Chi na ) Ab s t r a c t :The a i m o f t hi s p a pe r i s t o i nv e s t i ga t e t he un i a xi a l t e ns i l e p r op e r t y o f c on c r e t e e x po s e d t o t h e a c i d r a i n e n vi r o n m e n t Ac i d s o l ut i on wi t h pH v a l ue o f 1 0 wa
7、s p r e pa r e d by t he mi xt u r e o f s ul f a t e a nd ni t r i c a c i d s ol ut i on i n t he l a bo r a t o r yFo ur t y du mbbe l l s h a pe d c o nc r e t e s p e c i m e ns we r e i mm e r s e d i n t he s i m ul a t e d a c i d s o l u t i o n c o mp l e t e l y Af t e r b e i n g e x p o
8、 s e d t o t h e s i mu l a t e d a c i d mi x t u r e f o r a c e r t a i n p e r i o d,u n i a x i a l t e ns i l e t e s t we r e p e r f or me d o n t h e c on c r e t e s pe c i m e n s I t i S s ho wn t ha t e l a s t i c mod ul us , t e n s i l e s t r e ng t h a nd p e a k s t r a i n ha ve
9、a s l i g ht i nc r e a s e a t t he i ni t i a l c o r r o s i on s t a g e,a nd wi t h t he e xt e ns i o n of c o r r os i o n pr o c e s s,e l a s t i c mod ul u s a nd t e ns i l e s t r e n gt h de c r e a s e gr a d ua l l y,whi l e t he pe a k s t r a i n s t i l l i nc r e a s e s I t i s f
10、 ou nd t h a t t he c ompr e s s i ve s t r e ng t h i s mor e s e ns i t i v e t o a g gr e s s i v e e n vi r on m e n t t h a n t he t e ns i l e s t r e ngt h Ba s e d on t h e e xp e r i me nt a l r e s ul t s ,a n e qu a t i on wa s e s t a bl i s he d t o d e s c r i be t h e a s c e n di n g
11、 pa r t o f t he s t r e s s s t r a i n c ur v e of t h e c o nc r e t e e xp os e d t o a c i d r a i n e nv i r o nm e nt Ke y wo r ds :c on c r e t e;a c i d r a i n;un i a xi a l t e ns i l e p e r f o r m a nc e;c or r o s i o n 中国是继欧洲、 北美之后的第三大酸雨区, 酸 雨区面积占国土面积的 3 O 以上 资料显示 , 目 前 中 国 酸 雨 仍 有 逐
12、 步 恶 化 的 趋 势 酸 雨 中 含 有 H S O , HNO 。 等酸性物质, 将导致混凝土 中性化甚 收稿 日期 : 2 o 1 1 一 O 7 1 4;修 订 日期 : 2 0 1 2 0 3 1 3 基金项 目: 国家 自然科 学基 金 资助 项 目( 5 0 7 0 8 0 1 0 ) ; 中 国博士 后科 学 基金 资助 项 目( 2 0 1 0 0 4 8 0 1 2 3 4 ) ; 辽 宁 省 自然科 学 基 金资 助 项 目 ( 2 0 0 9 2 1 4 9 ) ; 哈尔滨工业大学科研创新基金项 目( HI T NS RI F 2 0 1 1 1 1 2 ) 第一作者
13、 : 张英姿( 1 9 7 9 一) , 女 , 山东诸城人 , 哈尔滨工业大学讲师 , 博士 E - ma i l : h a p p y z h a n g y z y a h o o c o rn c n 通信作者 : 范颖芳( 1 9 7 2 一) , 女 , 河南开封人 , 大连海事大学教授 , 博士生导师 , 博士 E ma i l : f a n y f 7 2 y a h o o c o m c n 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 8 5 8 建筑材料学报 第 1 5卷 至酸 化 , 致 使 服役 于 酸 雨 区域 的混 凝 土 结 构受 到不
14、同程 度 的腐蚀 5 , 加快 结构 的 劣化进 程 , 进 而 影 响其 安全性能 , 给国民经济带来巨大损失 混凝土拉伸性 能是研究其破坏机理和强度理论的主要依据 , 直接 影 响钢筋 混凝 土结 构 的 开 裂 、 变形 和耐 久 性 因此 , 开 展酸雨 环境 下混 凝 土抗拉 性能 的试 验和研 究 具 有 重要的理论意义和实用价值 迄今为止, 国内外学者相继展开 了酸沉降对混 凝土性能影响方 面的研究工作 , 研究 中多采用实验 室 加速 腐蚀 的试验 方法 , 对 氢氧 化钙 、 硫 的含量 _ 6 。 、 不 同劣化程 度 混 凝 土 的 外 观 、 质 量 和抗 压 强 度_
15、 8 。 以及不 同类型水泥的抗酸雨腐蚀性能口 。 。 。 等方面得 到 了初步定 性 的结 论 , 并对 大 气 酸 沉 降 对混 凝 土 的 侵蚀 机理 进行 了探讨 u , 研究 表 明所 有 反 应 产物 对 混凝土的产生破坏作用主要包括溶解型化学腐蚀 和 膨胀 型化 学腐 蚀等 两种 方式 然而 , 这些 研究 成 果 尚 不能 很好 地 揭 示 酸 雨 环 境 中混 凝 土结 构 的 劣 化 过 程 , 有关 酸雨腐 蚀 混 凝 土 抗 拉力 学 性 能 变 化 规律 的 试验研究及理论分析尚未见报道 本文采用加速腐 蚀试验方法, 在实验室配制 了硫酸硝酸混合溶液来 模拟酸雨环境,
16、 对酸雨腐蚀混凝 土的单轴抗拉力学 性 能 ( 包 括轴 心抗 拉强 度 、 弹性模 量 、 应 力一 应 变 关 系 以及峰值 应 变等 ) 劣化 规律 展开研 究 , 探讨 了酸 雨 环 境 中混 凝土 抗拉 力 学 性 能 的退 化 规 律 , 为 进 一 步 揭 示 酸雨环 境 下混凝 土结 构力 学性 能 的劣化 规律 和 耐 久 性研 究提 供基 础和科 学依 据 1 试验研 究 1 1 原材 料 试 件所 用水 泥为 大连水 泥 厂生产 的 3 2 5普 通 硅 酸盐 水泥 , 石子 为 5 2 5 mm 的青 碎石 , 砂 子 为大 沙 河 中砂 , 水用 普 通 自来 水 ,
17、 无 外 加 剂 , 试 验 中 昆凝 土 设计标号为 C 3 0 , 详细配合 比如表 1 所示 表 1 混凝土配合 比 Ta b l e 1 M i x p r o p o r t i o n o f t h e c o n c r e t e 1 2试 件制作 混凝 土单 轴轴 心抗 拉试验 采用 高为 2 0 0 mm 的哑铃形试件( 见图 1 ) , 其 中间段长 1 0 0 mm, 截面 形状为正 方 形 , 中部 为 7 1 F i l m7 1 mm, 端 部 为 1 O 0 mm1 O 0 ml T l , 采 用 弧 线 形 进 行 过 渡 , 并 同 期 制作 了 1 0
18、 0 mm 1 O 0 mm1 O 0 mm 的立 方 体 试 块 图 1哑 铃 型 试 件 尺 寸 Fi g 1 Di me ns i o n o f du mbbe l l s ha p e d s p e c i me n( s i z e: mm) 1 3试验 过 程 采用实验室快速腐蚀方法 , 鉴 于中国属于硫酸 型酸雨国家, 本试验所配制酸雨溶液主要成分是硫 酸和硝酸, 酸性溶液 p H值为 1 0 将 4 O个哑铃形试 件 和 同期 制作 的 3 0个 立 方体 试 块 浸 泡 于所 配 制 的 酸性 溶液 中 , 对 浸 泡 不 同时 间混 凝 土 进 行轴 心 抗 拉 和抗
19、压强 度试 验 研 究 与分 析 试 件 的分 组及 腐 蚀 条 件 如表 2所示 表 2 试件分组及腐蚀时间 Ta b l e 2 Ex p e r i me n t a l c o n d i t i o n s 达 到 标 准 养 护 期 后 , 将 试 件 放 置 通 风 干 燥 处 1 2 0 d , 使 其 强 度 增 长 比较缓 慢 且 平 稳 ; 而 后 按 照 试 验设定将试件分组放入装有模拟酸液的容器中进行 腐蚀 试验在室温、 常压下进行 , 为保持试验中模拟 酸雨 溶 液 p H 值 恒 定 , 浸 泡溶 液 的 酸 度 每 天 用 p H 值酸度计测定 , 当溶液酸度不
20、足时 , 采用硝酸滴定法 将溶液调至原酸度 浸泡过程 中, 温 、 湿度均以试验 室 内环境为准, 不加任何控制 一旦达到设计腐蚀时 间, 将试件取出, 然后 自然放置 5 d , 使其干燥 , 进行 外观检查 , 同时对每个试件称重 ( 精确至 0 1 g ) , 准 备进行立方体抗压和单轴抗拉等力学性 能试验 立 方体 混 凝 土 试 件 抗 压 强 度 试 验 利 用 YAw YAW2 0 0 0 A 型 2 0 0 t 微 机 控 制 电 液伺 服 压 力 试 验 机完成 , 混凝土抗拉试验采用美国 MT S 8 1 0电液伺 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o
21、 m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 8 6 O 建筑材料学报 第 1 5卷 表 3 不 同腐蚀 时间的混凝土强度 Ta b l e 3 S t r e n g t h o f c o n c r e t e e x p o s e d t o a c i d s o l u t i o n f o r d i f f e r e n t p e r i o d s I mme r s i o n t i me d 0 5 1 1 1 5 1 8 2 1 2 4 2 7 3 0 3 3 Te n s i l e s t r e n g t h MP a 2 7
22、3 8 2 9 1 5 2 9 3 8 2 9 4 6 2 8 3 7 2 7 0 4 2 6 9 8 2 7 0 2 2 6 7 6 1 7 2 7 C o mp r e s s i v e s t r e n g t h MP a 4 2 7 4 6 4 4 2 4 0 4 4 7 5 8 3 5 8 3 5 3 5 4 7 5 3 2 1 0 6 3 4 3 4 2 3 4 3 2 9 3 4 3 0 9 3 0 8 4 7 式中: DD 分别为受腐蚀混凝土的抗压强度损失 率 与抗 拉 强 度损 失率 ; f f 分 别 为腐 蚀 t 天 混凝 土的抗 压强 度 和抗 拉强 度 ; f
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- 模拟 酸雨 环境 混凝土 性能 试验 研究
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