不同腐蚀盐环境下的混凝土耐久性.pdf
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1、2 0 1 1年 第 1 1期 (总 第 2 6 5 期 ) Nu mb e r l 1 i n 2 0 1 1 ( T o ml No 2 6 5 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 THE0RETI CAL RES E ARCH d o i : 1 0 3 9 6 9 0 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 1 1 1 0 0 5 不同腐蚀盐环境下的混凝土耐久性 王伦 ,秦鸿根 。庞超明 。黄健 s ( 1 东南大学 材料科学与工程学院 江苏省土木工程材料重点实验室, 江苏 南京 2 1 1 1 8 9 ; 2 江苏省交通科学研究院,江苏 南京
2、2 1 1 1 1 2 3 江苏省崇启大桥建设现场指挥部,江苏 南通 2 2 6 6 0 0 ) 摘要: 通过3 5 N a C 1 溶液、 5 N a 2 S O 4 溶液、 3 5 N a C l + 5 N a 2 S 0 4 复合溶液以及模拟海水进行干湿循环腐蚀试验 , 研究干湿循环条件 下, 不同腐蚀溶液中混凝土超声波传播速度的变化规律, 通过X R D、 C T分析混凝土在不同腐蚀环境下的损伤劣化机理。 结果表明: 干湿循 环显著加速了混凝土的劣化过程; 对于不配筋混凝土, 氯盐的腐蚀较弱, 只有干湿循环作用下F O 组发生明显劣化; 在氯盐和硫酸盐共存环 境下, 硫酸根的存在加速
3、了氯离子对混凝土的腐蚀; 模拟海水的腐蚀速度最快; F 3 0 S 3 0 组混凝土在腐蚀环境下生成物主要有钙矾石、 F盐 和石膏等, 在氯盐和硫酸盐共同腐蚀条件下, 没有发现 F 盐的存在。 关键词: 混凝土;干湿循环;氯盐;复合盐;超声声速; X R D;X C T 中图分类号 : T u5 2 8 0 1 文献标志码 : A 文章编号 : 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 O l 1 ) 1 1 - 0 0 1 4 0 4 Du r a bi l i t y of c on c r e t e unde r t h e c or r osi on o f di ffer e nt
4、s alt WA NGL u n 1 ,2 , Q I NHo n g - g e n , P ANGC h a o - mi n g , HU ANGJ i a n ( 1 J i a n g s u K e y L a b o r a t o r y o f C 0 n s t r u c t i o n Ma t e ri a l , 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 E n g i n e e ri n g , S o u t h e a s t U n i v e r s i t y , N a n j i n
5、g 2 1 1 1 8 9 , C h i n a 2 J i a n g s uT r a n s p o r t a t i o nR e s e a r c hI n s t i t u t e , Nanj i n g2 1 1 1 1 2, c h i n a ; 3 J i a n g s uC o n s t r u c t i o nC o n d u c t o r i nF i e l d o f C h o n g q i B ri d g e , Na n t o n g 2 2 6 6 0 0 , C h i n a ) Abs t r a c t :Ba s e d
6、 o n t a k i n g c o r r o s i o n t e s t o f c o n c r e t e i mme r s e d o r we t t i n g - d r y i ng c y c l e i n 3 5 Na C1 s o l u t i o n, 5 Na 2 S O4 s o l u t i o n, 3 5 Na CI + 5 o Na 2 S O4 c o mp o u n d s o l u t i o n a n d s i mu l a t i o n o fn a t u r a l ma r i n e e n v i r o n
7、 me n t s o l u t i o n, r e s e a r c h t h e u l tr a s o n i c wa v e v e l o c i t y o f c o nc r e t e i mme r s e d o r we t t i n g d r y i n g c y c l e i n d i ffe r e n t c o rros i o n s o l u t i o n s , a n a l y z e d e t e rio r a t i o n me c h a n i s m o f c o n c r e t e u n d e r
8、 d i ff e r e n t c o r r o s i o n e n v i r o n me nt wi t h XRD a n d CTTh e r e s u l t s s h o we d t h a t : we t a n d d r y c y c l e s i g n i fic a n t l y a c c e l e r a t e d the d e t e r i o r a t i o n p r oc e s s of c o n c r e t e; f o r p l a i n c o n c r e t e, c h l o r i d e
9、c o r r o s i o n i s we a k, c o n t r o l s p e c i me n s d e t e r i o r a t e d o n l y u n d e r we t a n d d ry c y c l e ; t h e s u l f a t e a c c e l e r a t e d the c h l o rid e c o rro s i o n o f the c o n c r e t e; c o t r os i o n r a t e o f s i mul a t e d s e a wa t e r i s f a
10、s t e s t ; t h e c o rro s i o n p r o d u c t s o fF 3 0 S3 0 are e t t r i n g i t e, f r i e d e l S s a l t an d g y p s u m , i n t h e c h l o rid e an d s ul f a t e c o rro s i o n c o n d i t i o n, F r i e d e l S s a l t c a n no t b e f un d Ke ywor ds : c o n c r e t e; we t a n dd r y
11、 c y c l e; c h l o rid e s a l t ; c o mp o u n d s a l t ; u l tra s o ni cwa v e v e l o c i t y; XRD; X CT 0 引言 现有混凝土结构耐久生 劣化机理, 主要基于不同环境下材料、 构件耐久陛试验研究成果获取l” 。 目前对环境作用的研究方法主要 有 自然暴露试验法、 室内快速试验法及人工气候环境法2 - 3 。 当前海 工混凝土耐久1生 研究主要集中在氯离子侵入引发的钢筋锈蚀及硫 酸盐侵蚀两个方面。 相关研究结果表明, 盐份存在条件下, 干湿循 环作用导致混凝土内部氯离子含量及向内扩
12、散速率均明显提高。 在海洋环境下, 一般都是硫酸盐、 氯盐和镁盐等复合作用 , 已有研究大都采用氯离子快速渗透法 以及混凝土强度等间接 性试验来研究混凝土的耐久性及寿命预测 。 Y X u研究在混凝 土中掺硫酸盐对氯离子结合能力、 孔溶液的影响 。 金祖权嘲 等 研究了氯盐、 硫酸盐作用下高性能混凝土的损伤劣化, 结果表 明矿物掺合料提高了混凝土抗氯离子渗透和抗硫酸盐损伤能 力 , 硫酸盐降低了混凝土抗氯离子腐蚀能力 , 氯盐减缓了硫酸 盐对混凝土的损伤速度。 在干湿交替条件下( 如浪溅区与潮差区) , 氯离子侵入混凝土主要依靠混凝土表层的毛细管吸入作用和 深层的扩散作用 。 这样通常情况下用
13、 F i c k扩散模型来描述氯 离子侵入混凝土行为得出的寿命预测模型不能用来预测干湿 循环作用下的结构混凝土 , 同时不同盐分间的相互作用也使得 氯盐侵蚀机制发生变化。 本试验结合承受海洋环境的崇启大桥 的建设工程 , 针对工程中大量使用的高性能混凝土, 研究其在 硫酸盐、 氯盐及镁盐复合腐蚀下的损伤失效过程 , 以及复合盐 和干湿循环的相互影响。 1 原材料 与试验 方法 1 1 试验原材料 与配合比 试验所用原材料为金宁羊 P I I 4 2 5 R级水泥; 镇江谏壁 I 级 粉煤灰( F A) ; 比表面积为 4 7 8 m2 k g的磨细矿渣( S L ) ; J M P C A 高
14、效减水剂; 细度模数为 2 9 0的赣江中砂 ; 5 - 2 5 1 1 1 1 1 3 连续级配石 灰岩碎石。 水胶比为 0 3 5掺不同矿物掺合料的混凝土配合比列 于表 1 。 收稿 日期 :2 0 1 1 _ J 0 5 6 基金项目:江苏省崇启大桥建设现场指挥部项目( C Q H T Z G 一 0 9 0 0 2 ) ; 9 7 3 项目( 2 0 0 9 C B 6 2 3 2 0 0 ) 1 4 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 1 掺不同矿物掺合料的混凝土配合比 1 2试验 方 法 1 2 1 腐蚀溶液配制 成型试件标准养护到 2 8 d龄期取
15、出, 自 然干燥约 1 2 1 5 h 后, 在试件的成型面和底面刷涂环氧树脂, 使离子仅沿两个相对面 渗透混凝土内部, 待环氧树脂 固化后 , 测试试件的初始超声声 速 , 然后将试件置于不同的溶液中, 进行不同侵蚀性离子干湿 循环研究。 选择 4种腐蚀溶液为: 3 5 氯化钠腐蚀溶液( 编号 C) 、 5 0 硫酸钠腐蚀溶液( 编号 s ) 、 3 5 Na C l + 5 Na z S O 复合腐蚀 溶液( 编号 C S ) 、 模拟海水腐蚀溶液( 按最高盐度 2 5 g L和海 水的主要成分复配 ) , 即 2 0 Na C I + 0 3 5 MG C 1 2 + 0 2 5 N a
16、 2 S O 4 ( 编号 C Q) 。 本试验采用超声波检测混凝土中声速的变化研究混 凝土在腐蚀溶液中的损伤劣化过程。 1 2 2 干湿循环方案 对于干湿循环过程中, 干燥过程水分由混凝土内部向外界 传输 , 由于孔结构的特殊性存在墨水瓶效应, 而湿润过程由于 毛细吸水作用 , 水溶液进人毛细管的深度与时间的平方根成线 性关系, 水或水溶液进入干燥混凝土的移动速率很快, 在几小 时盐溶液就能被毛细孔吸入到混凝土 5 1 5 n m 。 所以为了加 速试验达到更好的效果 , 平衡干湿过程 , 干燥过程要明显长于 湿润过程。 试验中采取的浸烘循环制度为 : 浸泡 8 h , 表面风干 1 h ,
17、 6 0烘箱中烘 3 8 h , 冷却 1 h , 共 2d一个循环。 每隔 1 4 d或 干湿循环 7次进行一次数据测试。 1 3试验 仪 器 本试验采用的x射线衍射分析仪的生产厂家为德国B r u k e r 公司, 仪器型号为D8 , 可用来定l生或定量分析样品的物相、 晶体结 构。 试验样品为细度达4 0 m的粉末样品, 扫描范围为7 D 7 0 。 。 X C T试验在混凝土离子腐蚀试验基础上, 混凝土在不同腐 蚀环境下干湿循环 3 6 0 d后取样 , 试件尺寸为: 4 0 mmx 4 0 mmx 4 0 mm。 通过 X C T研究干湿循环加速腐蚀 3 6 0 d后混凝土内部 的
18、微结构特征。 图 1显示 了电脑断层摄像系统的工作原理。 试 验所用设备采用 Y C T精确系统( Yx L 0 N、 德国) 对所有的样本 进行形貌测试, x光管的电压和电流分别为 1 8 5 k V和 0 3 3 mA。 该探测器类型是平板型 , 探测元件数是 1 0 2 4 , 投影数为 1 0 8 0 。 三维像素尺寸为 O 0 6 3 m mx 0 0 6 3 mmx 0 0 6 3 mi l l , 样品旋转角为 36 0。 8 图 1 平板探 测器 X CT的原理 测 器 2 结果和讨论 2 1 混凝土基本性能研 究 采用表 1 的配合比制备混凝土, 含气量为 1 6 2 1 ,
19、 坍落 度为 1 7 0 1 8 0 m m, 0 5 h坍落度损失 9 5 ) 进行养护, 养护至规定的测试龄期进行相关性能的测 试, 2 8 9 0 d的强度和氯离子扩散系数如表 2所示。 表 2 混凝土 2 8 、 9 0 d的强度和 氯离子扩散 系数 ( RC M) 从表 2可以看出: F 6 0 、 F 4 0 S 2 0 、 F 3 0 S 3 0 、 F 4 0混凝土的2 8 d 抗压强度在 4 2 5 1 MP a 之间, 达到C 3 5 设计强度。 F 6 0组混凝土 2 8 d强度较低 , 说明粉煤灰掺量超过 4 0 会严重影响混凝土早 期强度。 随着龄期的增长, 掺合料组
20、混凝土抗折强度略有增长。 双掺组抗折强度高于 F 6 0 组 , 说明相比粉煤灰, 矿粉的掺人可 提高混凝土的抗折强度。 采用 R C M A法测量了各组混凝土的 2 8 、 5 6 、 9 0 d氯离子 扩散系数, 试验结果如表 2所示。 可以看出, F O组的 2 8 d氯离子 扩散系数为 2 1 8 x l O z mz s , 而掺合料各组混凝土的 2 8 d氯离子 扩散系数仅为 F O的 1 5 5 0 , 双掺组的氯离子扩散系数为F 6 0 的 3 0 左右。 由此可见矿物掺合料的掺加有利于降低氯离子扩 散系数, 矿渣微粉对增加抗氯离子侵蚀性的作用高于粉煤灰的 影响, 而双掺磨细矿
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