酸雨环境下混凝土中性化及抗压强度研究.pdf

近年来 ， 有关酸雨以及硫酸盐对混凝土的耐久性 的影 响 ， 有关学者已经开展 了一些研究 。 牛荻涛 研究得 出了 酸雨环境下混凝土 中性化深度 随着 粉煤灰掺量 的增 大而 增大。 牛建刚 研究得出酸雨能使混凝土骨料外露、 强度 降低 以及中性化深度增大。 尹健 研究了碳化和酸雨耦合 作用对混凝土耐蚀性能的影响， 在试验进行到第六周时混 凝 土的抗压强度开始 降低 ， 这与学者张英姿 得 出的结论 较为相似 。 李金玉 通过对荷载对硫酸盐侵蚀性能的研究 得出 ， 硫酸盐浓度较 高时 ， 荷 载能显著 加速其腐 蚀作 用。 P i a s ta _ 9 研究得 出， 高于 0 6 5时 的压应力 能加速硫酸盐 的 侵蚀速率 ， 低于 0 2 7 5时会延迟硫酸盐侵蚀速率。 谢友 军 。 。 研究得出， 湿度改变引起的硫酸钠溶液对砂浆试块 的侵蚀比温度引起 的严重 。 马昆林 采用硫 酸钠溶液半 浸泡方法研究得 出， 随着侵蚀 时间的延长 ， 水 泥砂浆 的抗 压和抗折强度都是先增大后减小 ， 适量掺合料的掺加能改 善砂浆抗硫酸盐的侵蚀能力 。 酸雨 和硫酸盐都是混凝土耐久性 的重要影 响因素 ， 而 目前 的相关研究注重 的是二者单一的影 响 ， 二者耦合作用 对混凝土耐久性影响的研究还鲜有见到， 因此， 为了使研 究成果更接近实 际情况 ， 本试 验从外观 、 中性化深 度和抗 压强度三个方 面 ， 在 p H=3 5的模 拟酸雨溶 液 中开展 了 s 0 ： 一离子浓度对混凝土耐久性影响的研究。 1 试 验研 究 1 1原材料 试验所用水泥采用的是江西海螺水泥有 限公司生产的 P 0 4 2 5级 水泥。 粗骨料采用 南 昌英雄 开发区产 的连续 级配为 1 0 1 5 i n n的石英碎石 ， 表观密度为 2 6 7 0 k g II l3 ， 其 中针 、 片状颗粒含量为 4 2 ， 含水率为 0 1 8 ， 压碎指标 为 5 2 。 细骨料 采用赣江 中砂 ， 细度模数 为 2 6 9 ， 颗粒级 配 良好 ， 表观 密度 为 2 5 6 0 k g m ， 含 泥量小 于 1 9 。 减 水 剂采用聚羧酸系高效减水剂 K H一1 和聚羧酸系高效减水 剂 H X一 3 减水剂按质量 比 3 ： 1 复合使 用 ， 其物理性 能见 表 1 。 表 1 高效 减水 剂基本 物 理性 能 1 2试件 制作 中性化和抗压强度试件采用 1 0 0 m n l 1 0 0 m n l 1 0 0 1T l l n 的立方体试块， 试件总共 1 2 0个， 本次试验采用 的混凝 土强度设计值为C 4 0 ， 混凝土配合比见表2 ， 试件浇筑成 表 2混凝土配合比 l 0 型 2 4 h 后 脱模 ， 标准 养 护 2 8 d ， 自然养 护 以备 进行 后 期 试验 。 1 3试 验 方 法 1 - 3 1 模拟酸雨溶液的配制 江西地区酸雨属于硫酸型酸雨， p H最低值达到过2 3 3 ， 历年各季节 p H均值最小达到 3 4 6 ， 由此设计 溶液 p H 为 3 5 ， s 0 ： 一 离子浓度为0 、 o 0 6、 0 1 、 0 1 5 m o l L的四种模拟 酸雨溶液进行试验 ， 试件分组 、 腐蚀条件见表 3 ， 试验过 程 中每 3 个试件作为一组。 表 3 试件分组及腐蚀条件 1 3 2试验制度 鉴于采用周期浸泡法作为研究模拟酸雨混凝土加 速侵蚀 的试验 方 法是 可 行 的 ， 本研 究 采 用试 验 室 干 湿交替快速腐蚀试验方法， 在模拟酸雨溶液中浸泡4 d ， 自 然干燥 1 d为一个循环， 一个循环共 5 d 。 浸泡过程中用 p S H一 2 5数显酸度计检测并用稀硝酸调节溶 液 p H值 ， 每 天调节两次， 每个循环更换一次溶液。 每到预定的腐蚀时 间时 ， 将试块 自 然干燥 5 d后进行 中性化深度和抗压强度 测试 。 中性化测试方法 ： 将 试件 从 中间一 分为二 ， 清 除切割 面上 的粉末 ， 垂直于切割面每 隔 1 0 m m划线 ， 用 1 的酚酞 酒精溶液喷洒在切割面上 ， 待干燥后用裂缝测宽仪测量 中 性化深度。 抗压强度试验按照 G B T 5 0 0 8 1 -2 0 0 2 ( 普通混 凝土力学性能试验方法标准 规定进行。 抗压试验设备采 用型号为 wH Y一 2 0 0 0的微机控制压力试验机 ， 垂直荷载 静态最大值为2 0 0 k N， 测量精度为 0 5 。 2 试验 结果与分析 2 1 受腐蚀混凝土外观 在腐蚀初期 ， 由于酸雨 与试 件 中的碱性 物质反应 ， 试 件表面先是 有大量 白色物质 出现 ， 随后试件 表 面又呈 现 浅黄色， 之后， 随着侵蚀时间的延长， 黄色逐渐加深。 在腐 蚀近 5 0 d时， 试件表面黄色变淡并且产生许多小坑蚀 。 腐 蚀到 7 0 d的过程中 ， 试件表面胶凝材料流失 ， 坑蚀 现象 比 较明显并有细骨料外露 ， 用手触摸 ， 会有细骨料脱 落现象 。 腐蚀末期， 用手触摸试件表面， 细骨料脱落较为严重， 并且 粗骨料外露 ， 试件棱角非 常酥 松 ， 这与文献 的结论 较为 相似 。 在腐蚀前 7 0 d ， 不同S O 一 离子浓度对试件表面的侵 蚀程度差别不大， 腐蚀到第 9 0 d ， 经 四种溶液浸泡后的 试件外观如 图2所示 ， S O 一 离子浓度分别 为0 、 0 0 6 、 0 1 0 、 0 1 5 mo l L， 从 图 中 可 以看 出， 试 件 的 表 面侵 蚀 程 度 随 着 S O ： 一 离子浓度的增大而增大， 浓度越高， 表面细骨料 0 1 0 m o l L和0 1 5 m o l L的两种溶液侵蚀后， 侵蚀第 1 0 d 时， 抗压强度与为侵蚀相比分别增大了3 7 5 和 4 2 3 ， 侵 蚀 到第 3 0 d时， 抗压强度变化很小 ， 随后快速减小 ， 前 7 0 d 侵蚀过程中， 抗压强度均高于为侵蚀时的强度， 当侵蚀到 第 9 0 d 时， 抗压强度与为侵蚀时相比分别降低了2 8 7 和 4 7 0 。 酸雨溶液中的H 离子与混凝土中的碱 陛物质 C a ( O H) 反应 ， 导致混凝土 中的胶凝材料遭到破坏使 其强度不断下 降 ， 试验侵蚀初期 S O 一 离子渗透到混凝土内部产生的 结 晶盐会增 大混凝 土的密实 度 ， 从而增 大混 凝土抗 压强 度， 侵蚀后期结晶盐产生的膨胀应力引起内部裂缝 的产 生， 同时又增大了H 离子和s O ： 离子向试件内部渗透， 进而使混凝土 的抗压强度减小。 S O ： 一 离子浓度对混凝土抗压强度的影响图6所示。 从图中可以看出， 侵蚀前期， 抗压强度随着 s 0 i 一离子浓 度的增大而增大 ， 离子浓度 对强度 的影响相对较 大。 侵蚀 5 0 d后 ， 抗压强度随着 S O 离子浓度 的增大基本保持不 变。 侵蚀 7 0 d后 ， 浓度为 0 0 6 m o l L时的抗压强度达到最 高。 最终侵蚀结束时， 抗压强度随着 s o ,2 一离子浓度的增 大而减小， 浓度越大， 强度下降的速度越快。 60 日 50 警4 0 3 0 2O 0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 O O 侵蚀时间 ， d 图6 s o ,2 一离子浓度对抗压强度的影响 在模拟酸雨溶 液中 ， 当侵蚀时间较短 时， 膨胀 应力 的 效应并不明显， 甚至小于晶体产生时对混凝土的密实效 应 ， 而在试验后期 ， 膨 胀应力效 应非常 明显 ， s 0 一离子浓 度越大 ， 反应产物越多 ， 因此 ， 膨胀应力引起的混凝 土抗压 强度的损失也越大 。 3 结 论 根据酸雨腐蚀时间和 s o 42 一离子浓度对混凝土外观、 中性化以及抗压强度的影 响试验可得以下结论 ： 受 四种 不 同 s o 42 一离 子 浓 度 的模 拟 酸雨 溶 液 侵 蚀 后 ， 混凝土表 面会 产生 一系 列 的变化 。 侵 蚀前 期试 件 表 面会呈现淡 黄色 ， 随着 浸泡 时 间 的延 长 ， 黄色 深度 会 增 大 ， 侵蚀 后期 ， 试件 表面黄 色逐渐 变淡 ， 并且 有坑蚀 现象 出现 ， 随后细骨 料外露 ， 表 面材料 变得疏 松 ， 最终粗 骨料 外露 。 得出在四种不同 s o 一 离子浓度的模拟酸雨溶液侵蚀 后混凝土中性化深度 的变化规律 ： H 离子浓度相 同并且 侵蚀时间相同的条件下， 中性化深度会随着 s 0 ： 一离子浓 度 的增大而增大 ； 经 四种模 拟溶液侵蚀后 ， 中性 化深度 随 1 2 侵蚀时间呈非线性增大。 试验前期， 试件抗压强度均高于未腐蚀时的强度， 并 且， 模拟酸雨溶液中s 0 ： 一 离子浓度越高， 试件抗压强度越 高； 四种不同环境下的强度随侵蚀时间都是先缓慢增大后 快速减小； 侵蚀时间足够长时， 抗压强度随 S O 离子浓度 的增大而减小 。 参考文献： 1 L I N Z O N S N A c t i v i t i e s a n d r e s u l t s o f t h e t e r r e s t r i a l e ff e c t s p r o - g r a m： A c i d P r e c i p i t a t i o n i n O n t a r i o S t u d y( A P I O S ) J Wa t e r ， Ai r a n d S 0 n P o l l u t i o n， 1 9 8 6， 3 1 ： 2 9 53 0 5 2 T I A N B i n g ， ME N A S H I ， C O H E N D D o e s g y p s u m f o r m a t i o n d u r - i n g s u l f a t e a t t a c k O n c o n c r e t e l e a d t o e x p a n s i o n C?r J 3 C e m e m t C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 0 0 ， 3 0 ( 1 ) ： 1 1 7 1 2 3 3 S A MT H A N A M M， C O H E N D M， O L E K J E f f e c t s o f g y p s u m f o r ma t i o n o n t h ep e r f o r ma nc e o f c e me n t mo r t a r s d u r i n g e x t e r na l s u ff a t e a t t a c k J C e me mt C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 0 3 ， 3 3 ( 5 ) ： 3 2 53 3 2 - 4 3牛荻涛 ， 周浩爽， 牛建 刚 承载混凝土酸雨侵蚀中性化试验研 究E J 3 硅酸盐通报 ， 2 0 0 9 ， 2 8 ( 3 ) ： 4 1 1 4 1 5 5 牛建刚 一般大气环境多因素作用混凝土中性化性能研 究 D 西安： 西安建筑科技大学， 2 0 0 8 6 3尹健， 龚胜辉， 张贤超， 等 基于酸雨和碳化耦合作用的混凝土 耐蚀性能分析r J 3 铁道科学与工程学报， 2 0 1 1 ， 8 ( 4 ) ： 2 8 3 4 7 张英姿 ， 范颖芳， 刘江林 ， 等 模拟酸雨环境下 0 4 0混凝土抗压 性能试验研究E J 3 建筑材料学报， 2 0 1 0 ， 1 3 ( 1 )1 0 5 1 1 0 8 3李金玉 ， 彭小平， 田军涛 ， 等 应力硫酸盐侵蚀的防护及在海堤 工程中的应用r J 3 混凝土与水泥制品 ， 2 0 0 0 ， 2 2 4 ( 6 ) ： 2 9 3 1 r 9 3 P I A S T A W G， S A WI C Z z， P I A T A J S u l f a t e d u r a b i l i ty o f c o n c r e t e s u n d e r c o n s t a n t s u s t a i n e d l o a d J C e me n t C o n c r e t e R e s e a r c h ， 1 9 8 9 ， 1 9 ( 2 ) ： 2 1 6 2 2 7 o x m Y J ， MA K L， L O N G G C S u l f a t e c r y s t a l l i z a t i o n a tt a c k o n c e me n t b a s e d ma t e r i a l s J K e y E n g i n e e r i n g Ma t e r i a l s ， 2 0 0 9 ， 4 0 04 0 2： 8 99 9 1 1 马昆林 ， 谢友军， 龙广成， 等 水泥基材料在硫 酸盐结晶侵蚀 下的劣化行为 J 中南大学学报： 自然科学版， 2 0 1 0 ， 4 1 ( 1 ) ： 3 033 o 9 1 2 刘惠玲， 周定， 谢绍东 我国西南地区酸雨对混凝土性能影响 的研究E J 3 哈尔滨工业大学学报 ， 1 9 9 7 ， 2 9 ( 6 ) ： 1 0 1 1 0 4 1 3 刘江林 酸雨环境下混凝土宏细观受压性能试验研究 D 大 连： 大连海事大学， 2 0 0 9 作者简介： 联系地址： 联系电话： 陈梦成( 1 9 6 2一) ， 男， 教授， 博导， 主要研究领域工程 结构材料耐久性 ， 组合结构。 华东交通大学南区创新大楼 3 0 4室( 3 3 O O 1 3 ) 0 7 918 7 0 4 6 01 8