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高性能混凝土应力腐蚀评价指标
交通运输工程学报
第卷第期年月
文章编号
高性能混凝土应力腐蚀评价指标
陈栓发,王秉纲
长安大学特殊地区公路工程教育部重点实验室,陕西西安
摘要为全面系统地研究混凝土在应力与腐蚀介质藕合作用下的环境响应,利用专门设计的应力
腐蚀加载试验装置,分析了高性能混凝土在三分点加荷与腐性溶液同时作用下的性能衰减规律,及
各试验结果对应力腐蚀评价指标的敏感性。
结果表明,在一定的试验周期内,受应力腐独高性能混
凝土的抗折强度损失率在以上,而抗压强度及质量基本不变,因此在评价其应力腐性性能指
标方面以杭折强度损失率最为敏感。
关键词路面工程高性能混凝土应力腐性评价指标
中图分类号文献标识码,,,,,
混凝土在成型、硬化过程中不可避免地产生许多初
引言
始缺陷,以及水泥本身的化学性质是水泥混凝土抵
混凝土结构物或混凝土构件存在于腐蚀介质环
抗各种腐蚀介质能力较差的主要原因。
与此同时,
境中,在远低于其设计强度的荷载作用下就可能发
目前混凝土的设计准则还是按传统的理论,混凝土
生延迟破坏,这种腐蚀介质和荷载应力祸合作用下
中的应力不超过安全的容许应力,这种容许应力既
的破坏定义为应力腐蚀开裂引起的破坏。
长期以
没有考虑混凝土所处的腐蚀环境对其侵蚀破坏作
来,混凝土材料被视为一种耐腐蚀、对外界环境不敏
用,也没有考虑混凝土处于腐蚀环境介质中在长期
感的复合材料。
但越来越多的研究表明,水泥
荷载作用下的应力腐蚀开裂,因而导致为追求结构
收稿日期
作者简介
陈拴发,男,陕西长武人,长安大学副教授,博士,从事道路结构与材料研究第期
陈栓发,等高性能混凝土应力腐蚀评价指标
可靠性而不断提高混凝土强度。
但混凝土强度越为进行比对,每组试件分别进行标准养护和与应力腐
高,其脆性越大,对应力也越敏感,在荷载作用下会
蚀试件同介质条件下的腐蚀试验应力水平为。
。
表腐蚀介质及浓度
产生更多的微裂缝,这些裂缝又成为外部环境腐蚀
介质进人混凝土内部的通道,从而加快混凝土结构
腐蚀介质种类腐蚀介质浓度备注
的破坏〔。
对一些诸如公路、铁路等结构物中的
工业硫酸钠加人水中
混凝土来讲,在本身处于恶劣环境介质中的同时,还分析纯硫酸镁加人水中
要承受较大的结构物自重应力及交通荷载的交变应
分析纯抓化镁加人水中
力作用。
本文通过高性能混凝土在腐蚀溶液中
自来水
的应力腐蚀试验,对受应力腐蚀混凝土的评价指标
表应力腐蚀试验因素与水平
的敏感性进行了探讨。
因素
原材料及混凝土配合比设计
水平
水胶比应力水平腐蚀溶液
粉煤灰掺量试验用原材料
自来水
水泥采用唐山冀东水泥厂生产的盾石牌普通硅酸盐水泥,化学成分见表
粉煤灰采用唐山陡和电厂一级电吸尘粉煤
灰,化学组成见表,粉煤灰烧失量为,需水量
衰混凝土配合比及部分试脸结果为,比表面积为
表普通硅酸盐水泥化学成分
抗压强度
工作性能
混凝土材料用量
序号
扩展度
坍落度
水砂
水泥粉煤灰
化学成分碱含量不溶物烧失量
石子一外加剂一一未坍落
含量
表粉煤灰化学成分
烧失量
化学成分含量写未坍落。
砂西安濡河砂,为区中砂,颗粒级配良
好,视密度为,细度模数为,含泥量
小于
未坍落
碎石陕西石灰岩碎石,连续级配,最大粒径
取
外加剂选用种外加剂,分别为粉状高效
减水剂与梭酸系列液体高效减水剂。
未坍落
腐蚀介质的种类及其浓度巧
选取介质作为高性能巧
混凝土应力腐蚀浸泡介质,用清水自来水作为对比标准试验介质进行试验,各腐蚀介质及浓度见
表。
注混凝土中外加剂组成为占胶结料质量粉荆十。
水剂。
混凝土配合比设计及方案设计
为研究水胶比、粉煤灰掺量对不同应力水平
应力腐蚀试验方法、不同腐蚀介质作用下混凝
利用反力架对高性能混凝土试件进行加载,并
土的损伤过程与规律,本文采用正交设计方法,共
个系列的配合比进行应力腐蚀试验,其因素与水平的通过对比应力混凝土和非应力混凝土在腐蚀介质中
安排见表,混凝土配合比及部分试验结果见表的强度发展、质量变化以及其他物理力学性质的变交通运输工程学报年
化来分析高性能混凝从表可以看出,试件在不同腐蚀溶液中浸泡
或受到应力腐蚀,几乎无质量损失。
假如单从质量
土在应力作用下的腐
蚀规律。
损失方面来讲,此高性能混凝土具有良好的耐腐蚀
性能。
但不尽然,原因是浸泡时间较短,一些破坏
考虑到试验加载,
及尽量减少与应用情性反应产物数量较少,形成的数量或产生的破坏应
况的差异,试验采用尺
力还不足以超过混凝土本身的抗拉强度由于长期
浸泡在溶液中,一方面水分的不断渗人促进了水泥
寸大小为
的水化反应,另一方面,腐蚀溶液与水泥水化产物发的试件。
图试件组装方式
生化学反应,生成了另外一些晶体物质,这种原因导
在进行应力腐蚀试验致混凝土的质量有所增加。
但从表可以看出,混
的同时,对试件进行三
分点加荷弯曲试验试凝土的弯拉强度受到腐蚀作用后,都有所损失,这与
件和加载支点的组装传统的理论观点即受腐蚀混凝土一般在质量损失的
同时,强度也有所损失正好相悖。
质量增加并不一
方式见图和图为保证试验过程中荷定伴随着强度增长,因为腐蚀介质与水泥水化产物
单位
之间的反应多是由于生成了膨胀性物质,并在混凝
载的稳定性,加荷装置根据应力环显示的数土内部形成较多的微裂缝之后,才导致了混凝土的
据及时给予加载在扭强度损失或结构破坏。
或者说混凝土由于水泥继续
图试件加荷方式
力试件架用扭力扳手水化引起的强度增长不足以弥补膨胀性物质所引起
进行调整,消除由于
的强度损失时,混凝土强度从总的方面来讲是下降
了。
但由于外来介质参与混凝土内部的化学反应,
试件的徐变或其他机械原因产生的应力松弛。
引起混凝土质量的增加,使得混凝土结构更加密实。
结果分析
如果混凝土内部膨胀性物质数量较多,产生的膨胀
应力较大,使得混凝土表面剥落或一些生成物质被质损失
溶解掉或参与反应外来介质的质量小于表面剥落及
按照抗侵蚀试验标准,分别在试验前后称量试
溶解物质的质量时,混凝土总质量将下降,此时也将
件的质量,计算质量损失百分率,结果见表
伴随强度下降。
表质损失试验结果抗压强度
对于不同试验方案制作的试件,在标养及应力
标养,应力腐蚀
标养腐蚀介质中浸泡
试验
浸泡后平质量损失浸泡后平质量损失
浸泡前平
腐蚀试验之后,首先测定其弯拉强度,然后将折断的
浸泡前平
序号均质量均质量
均质量
均质量
试件放人抗压夹具压头中测定抗压强度受压面积‘
为组高性能混凝土试件一
一
在应力腐蚀、标准养护和静腐蚀作用后的抗压强度一
一一
一试验结果见表
一一
从试验结果可以看出,受浸泡或受应力腐一一
蚀的试件,一部分试件的抗压强度有所降低降低幅一一
度最大为,而另外一部分试件的抗压强度却一一
有所提高提高幅度最大接近。
试验结果一方一一面说明,高性能混凝土具有明显的抗化学侵蚀能力,一一
但与抗压强度相比,化学腐蚀对弯拉强度的影响更为
一一
明显一些从另一方面说明,目前以抗压强度作为混一一
凝土抗化学侵蚀能力的评价指标存在一定的局限性,一一一一
至少对以弯拉强度作为设计指标的工程是这样的。
一一
表中,无论腐蚀介质中浸泡的试件还是应力一一
腐蚀试件,其抗压强度有些比标准养护试件的抗压第期
陈拴发,等高性能混凝土应力腐性评价指标
表应力腐蚀抗压强度试验结果
而暂时提高了混凝土的抗压强度。
酥
弯拉试验
标养,腐蚀标养,应
对于不同试验方案制作的试件,在标养、腐蚀及
试验标养
浸泡抗压强
应力腐蚀抗压
介质中浸泡力腐蚀
序号度损失强度损失应力腐蚀试验之后,测定其弯拉强度。
为便于更直
观准确地比较试件受腐蚀介质、应力影响的强度变一
化规律,本文提出以下项指标评定应力与腐蚀介一一
质共同作用下对强度的影响规律。
一一
腐蚀介质强度损失率为
一。
一一一应力腐蚀强度损失率为。
一式中双为腐蚀介质强度损失率,是腐蚀介质中一。
一
浸泡试件的弯拉强度与同批试件同龄期标准养护强一度相对变化的百分率为标养、腐蚀介质中一
浸泡小梁试件弯拉强度。
为同批一试件标准养护小梁试件弯拉强度凡
为腐蚀介质强度损失率,是应力腐蚀试件的弯一一拉强度与同批试件同龄期标准养护强度相对变化的百分率。
为小梁试件标养,在应力作用下腐蚀介质中浸泡的弯拉强度
表为各种腐蚀介质中组高性能混凝土试
虽
强度还要高,并且这类试件占有比较多的数量。
件应力腐蚀、标准养护、浸泡腐蚀的试验结果。
可以
但
然正交设计不能完全说明造成这种现象的原因,
看出,受环境腐蚀及应力腐蚀试件的弯拉强度总趋
浸泡在清水中的试件的强度基本
势均比同龄期标准养护试件的强度有所降
都比标准养护试件的强度有所降低,分析原因主要
低,降幅最大的超过了表应力腐蚀弯拉强度试验结果
是由于清水的长期作用溶解了水泥水化产物晶体,使混凝土内部结构由于失去一些晶
标养标养
标养腐蚀介标养,应腐蚀介应力腐
体物质而变得疏松,从而导致其强度降低。
此外,即
试验
质中浸泡质强度蚀强度
瓜力腐蚀
使是同样受清水的浸泡,不受应力作用的强度衰减
序号田损失损失
程度并没有受应力作用的衰减幅度大,这说明混凝
土受到应力作用后,由于内部孔结构的变化,加速了一些晶体物质的溶解,也加快了强度的衰减。
了
与此相反,浸泡在化学腐蚀介质中的试件,在最初的浸泡及持荷过程中,水泥矿物成分尚未完全水
化,其中的一些大孔隙尚未填满,不够密实,留有较大的空间。
而此时腐蚀介质形成的晶体及腐蚀介质
与混凝土水化产物反应生成的一些晶体物质将保留在混凝土孔隙内。
由于这些晶体迅速填充混凝土孔隙,使得内部剩余孔隙逐渐饱和,并占有其他未饱和
‘,
空间,从宏观上来讲导致混凝土结构变得致密。
由
于本次腐蚀试验时间较短,使得腐蚀介质的腐蚀产
物数量在混凝土内部形成较少,还未对混凝土内部
结构产生较大的影响,也没有达到足以引起混凝土产生膨胀破坏的应力,相反由于结构的进一步致密
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- 性能 混凝土 应力 腐蚀 评价 指标