混凝土在不同硫酸盐浓度环境下的抗冻机理分析.pdf
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1、理论研究水利技术监督 年第 期:/混凝土在不同硫酸盐浓度环境下的抗冻机理分析邓丽娟(新疆水利水电科学研究院 新疆 乌鲁木齐)摘要:针对在不同硫酸盐浓度环境下混凝土抗冻耐久性问题 开展了混凝土在 溶液、溶液下的抗冻试验并对其冻融机理进行分析讨论 结果发现:混凝土损伤程度并不是与硫酸盐浓度呈正相关 在冻融初期硫酸盐浓度高的混凝土损伤较小 混凝土气孔结构比较完整 随着冻融循环次数的增加硫酸盐的浓度加剧了混凝土的劣化 混凝土气孔结构也发生了较大变化关键词:硫酸盐 抗冻耐久性 冻融循环 气孔结构中图分类号:文献标识码:文章编号:()收稿日期:基金项目:寒旱环境混凝土结构抗裂关键技术研究创新基地()寒区水
2、利工程高韧性表面喷涂防渗材料集成与应用()作者简介:邓丽娟(年)女 高级工程师:混凝土在硫酸盐环境中的侵蚀机理众多学者都有研究 邓德华在关于“混凝土硫酸盐结晶破坏”理论的研究进展中指出 硫酸盐对混凝土的腐蚀是一个非常复杂的物理化学过程 混凝土是由砂石、水和水泥等外掺料组合而成的非均匀多孔介质 在其浇筑过程中不可避免地会产生一些气泡或微小裂缝等 当外部环境中的 侵入混凝土内部 与水化产物氢氧化钙()、水化铝酸钙()、水化硅酸钙()、钙矾石()、单硫型水化硫铝酸钙()发生化学反应 生成石膏、钙矾石、碳硫硅酸钙等难溶于水的矿物这些矿物一方面因体积膨胀导致混凝土结构发生破坏 另一方面也可使水泥的水化产
3、物 凝胶和()等溶出或分解 因此导致混凝士强度和粘结性降低 硫酸盐对混凝土的化学侵蚀主要有:钙矾石型硫酸盐侵蚀、石膏型硫酸盐侵蚀、碳硫硅钙石型硫酸盐侵蚀 硫酸盐与水化产物发生化学反应是一个不可逆的过程 据文献记载 当混凝土内部形成石膏时 其内部体积增大 倍 从而使其内部形成膨胀拉应力 当混凝土内部的这个拉应力大于其极限拉应力时混凝 土 就 会 出 现 剥 蚀、掉 皮、开 裂 等 腐 蚀症状混凝土在硫酸盐环境中受到冻融循环后破坏机理众说纷纭 聂俊坤选取水胶比 、的快冻法混凝土试件 研究不同水胶比混凝土遭受硫酸盐冻融时的损伤机理 结果表明 在硫酸盐 冻融复合作用时 水工混凝土质量损失及抗压强度损失
4、更大 而相对动弹性模量则小于单一冻融作用下的试验结果 陈四利采用快冻法研究了硫酸盐 冻融双重作用下混凝土的腐蚀特性 结果表明 伴随着时间的增长 双重侵蚀作用不仅加剧了混凝土性能的劣化 并对不同时期混凝土的腐蚀起主导作用 徐存东在研究硫酸盐 冻融复合作用混凝土时发现 水胶比的混凝土耐久性更好 并表示 对于在复杂环境中有特殊要求的混凝土较小的水胶比更容易满足 张磊通过、研究了硫酸盐 冻融共同作用下混凝土微观结构的变化情况 结果表明 在硫酸盐 冻融环境中 水灰比越大的混凝土 内部裂隙亦越多 界面过渡区 处 也 就 更 加 薄 弱 从 而 更 易 产 生 贯 通裂缝通过学者已研究发现 混凝土在硫酸盐环
5、境中经冻融循环后混凝土的劣化会加快 但是混凝土在受到破坏时冻融循环与硫酸盐侵蚀这两种因素哪个处于主导地位并不是很明确 环境中硫酸盐浓度对混凝土在受到冻融循环时的影响也没有明确的表述 因此 本文以 硫酸钠溶液和 硫酸钠溶液作为冻融介质 通过单面冻融法来研究混凝土在 年第 期水利技术监督理论研究硫酸盐环境中的物理变化 同时根据扫描电镜试验来确定混凝土在硫酸盐环境下经盐冻后的孔结构变化情况 以此来全面解析混凝土在硫酸盐环境中的侵蚀机理 试验 原材料 水泥水泥:采用天山水泥生产的 硅酸盐水泥 其安定性合格 物理力学性能见表 所检项目均 符 合 通 用 硅 酸 盐 水 泥 中 硅酸盐水泥的技术要求表 水
6、泥物理力学性能检测项目技术指标天山 比表面/(/)凝结时间/初凝终凝抗折强度/抗压强度/粉煤灰粉煤灰:采用乌鲁木齐四汇通锦建材科技生产的级粉煤灰 细度(筛筛余)需水量比 含量 矿粉矿粉:采用强联矿粉生产的矿粉 比表面积为 流动度 烧失量 活性指数 活性指数 所检项目均符合/用于水泥、砂浆和混凝土中的粒化高炉矿渣粉中()技术要求 外加剂外加剂:采用五家渠格辉生产的引气剂、聚羧酸减水剂 其物理力学性能见表 所检项目均符合 混凝土外加剂 中引气剂()和标准型高性能减水剂技术要求 掺量为水泥质量的 骨料粗、细骨料:采用乌鲁木齐河砂石骨料 其物理力学性能均符合 水工混凝土施工规范技术要求 配合比根据 水
7、工混凝土施工规范中有关水灰(胶)比最大允许值 选用水工混凝土最常用的水胶比 配合比设计见表 表 引气剂物理力学性能(掺量)检测项目技术指标减水剂减水率/泌水率/含气量/凝结时间之差/初凝 终凝 抗压强度比/表 聚羧酸减水剂物理力学性能(掺量)检测项目技术指标减水剂减水率/泌水率/含气量/凝结时间之差/初凝 终凝 抗压强度比/表 混凝土配合比设计试验编号材料用量/(/)水水泥粉煤灰矿粉砂石砂率/含气量/试验结果分析 混凝土宏观质量损失分析根据图 当 种不同掺量矿物掺和料混凝土在不同浓度硫酸盐溶液中 混凝土单位面积质量损失与硫酸盐浓度大小不成正相关 处于冻融循环初期 混凝土单位面积质量在 溶液中理
8、论研究水利技术监督 年第 期损失较小 在经过 次冻融循环之后 混凝土单位面积质量损失迅速增加 由此可知 混凝土处于冻融初期 高浓度硫酸盐溶液反而对混凝土的抗冻有利 据赵明研究发现 当混凝土在硫酸盐 冻融复合作用时 硫酸盐与混凝土水化产物反应生成的膨胀性固体矿物填充在混凝土中的孔隙 起到了填充、密实混凝土内部孔隙的作用 反而使侵蚀溶液难以渗透至混凝土内部 从而一定程度上抑制了硫酸盐 冻融的破坏 当冻融循环次数不断增加 混凝土内部孔隙被过分被填充 在混凝土内部形成膨胀拉应力 膨胀拉应力不断增加 迫使混凝土结构出现掉皮、开裂的腐蚀破坏 从而影响混凝土的耐久性图 混凝土在不同冻融介质中质量损失由试验结
9、果可知:混凝土在硫酸盐 冻融复合作用下 混凝土结构破坏的过程分为两个阶段:抑制期、加速期 冻融初期即为抑制期阶段 此时硫酸盐溶液浓度越高 则侵蚀产物生成的数量越多速率亦越快 侵蚀产物起初填充于混凝土孔隙中 反而提高了混凝土的密实度 降低了渗透性 当冻融循环次数不断增加 混凝土内部孔隙被过分被填充 在混凝土内部形成膨胀拉应力 膨胀拉应力不断增加 当膨胀拉应力小于混凝土内部极限拉应力时 高硫酸盐浓度对混凝土的抗冻性反而有利的此时为抑制阶段 当膨胀拉应力大于混凝土内部极限拉应力时 迫使混凝土结构表面剥蚀加深、提高了混凝土渗透性 直至混凝土结构破坏 此时为加速阶段硫酸盐浓度较高时 冻融前期混凝土孔隙内
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