盐湖卤水对HPC材料及结构力学性能影响研究.docx

盐湖卤水对HPC材料及结构力学性能影响研究摘要：本文研究了高性能混凝土(HPC)与普通混凝土<OPC)试件在盐湖卤水2年腐蚀期内的抗压与抗折强度的变化情况以及HPC与OPC梁在盐湖用水腐蚀后的结构疲劳寿命及力学行为失效机理,并绘制了不同模型的S-N曲线,拟合出了S-N曲税方程，通过取样分析其随腐蚀舲期的变化离子浓僮对混凝土试件及架构件的影响，试验结果表明：抗折强度在龄期内表现为增强,抗压强度表现为降低：矿物掺合料的掺加能有效的提高混凝土的抗腐蚀性能：硫酸根离子侵蚀导致混凝土的损伤是其抗压强度下降的原因之且氯高了能铭减缓祗酸靛侵蚀破坏的速度：囱水能加速钢筋锈蚀并严3T影响混凝土梁的疲劳寿命：疲劳破坏包括初裂裂缝的开展,损伤的枳累三个阶段,且箍筋具有一定的抗裂性：低锈蚀率的混凝土梁疲劳寿命很大程度上由其本身强度和所处环境决定。中图分类号：TU375.I文献标识码：A文章漏号：InfluenceofionerosiononHPCStrengthinbrineenvironmentZHAOXuanLIUUanxin1<IQinghaiUniversity.SchlofCivilEngineering.Xining810016.China;2QinghaiProvinceScienceResearchInstituteofBUikling&ConMnicHonMaterial,XiningSI0008.China)Abstract:Keywords:Highperformanceconcrete;Thebitterncorrosion:Strength;Thebestmixtureratio1引言西宁地区的高海拔、高寒、干旱大气环境特征及地卜卤水环境特点，对混凝土材料的开裂及构件腐蚀影响严重，从而使得混凝土材料的强度发生变化，因此展开对混凝土材料在卤水腐蚀环境下材料及结构力学行为和失效机理的研究十分必要。为了研究混凝土构件在硫酸盐、氟盐腐蚀下材料及结构性能退化的规律，我国学者展开了一系列的研究。余红发“蝌开了对新疆、青海、内蒙占、西藏等地盐湖卤水环境下一一批注m：改为“等OPC,HSC.FRHSC混凝十.试件的应力与非应力腐蚀强度的研究.闫宏生等通过实验分析了混凝土自身、工作条件、周围环境对硫酸盐侵蚀的影响，提出了一系列防腐措施。施峰闭、张峰川等则针对硫酸盐腐蚀建立了混凝土力学性能退化模型来深入揭示酸酸盐侵蚀下混凝土强度退化规律。姜磊等做了不同种类硫酸盐溶液侵蚀下混凝土损伤研究，结果表明随着侵蚀时间增加，损伤层厚度增大，并且损伤层混凝土抗压强度明显降低。朱红兵等在对T形梁的疲劳试验中得出了疲劳损伤的3阶段规律，并拟合出了T梁的S-N曲线附。孙晓东等则通过疲劳试脸，重点分析了主筋锈蚀与混凝土梁疲劳性能的关系。试验通过配置卤水，探究So户与C侵蚀下HPC材料抗压与抗折强度的变化，并分析了HPC材料及构件在卤水腐蚀下的力学行为和失效机理。O/批注2:改为'试验2.1 试件原材料水泥(C)：由祁连山水泥有限公司生产，OPC(C30混凝土)采用PQ42.5水泥，HPC(C50混凝土)采用PlI52.5水泥；粉煤灰(F)：青海桥头铝电股份有限公司生产的1级粉煤灰，细度9.0%：硅灰(Si)：青海蓝天环保科技TT限公司生产，SiO2含量90.51%,比表面枳2620OnRkg：矿渣(K)：西宁特殊钢股份Tr限公司生产的S95矿渣，比表面积为430m2kg:砂(三)：河砂，细度模数2.65；石子(三)：花岗岩碎石，最大粒径20mm,表观密度278Okgzm3,堆积密度1530kgR连续级配；阻锈剂(Z)：亚硝酸钙型,用Z表示，fit30%,用于带钢筋构件;减水剂(WR)：聚较酸系.水(W)：采用自来水。混凝土配合比按照水股比与用水量控制设计，设计原理根据普通混凝土配合比设计规程JGJ55-20I1规定进行设计8,见表I。表I混凝土配合比Tab.IMixtureratioofconcrete类型B/M单位立方混凝土的材料用量kgm'CFKSiSGZWRVOPC0.523403407341207177HPC0.30(F,K,Si)5003256010015741115933111502.2 试验方案(1)强度及取样分析方法IOommXloOmmX40Omm的抗折试件10组,每组3个试件,共计30个试件。IoommX10OmmXlOOmm的抗压试件14组，每组3个，共计42个。设定28d标准养护(基准试件)、0.5a.1.0a,1.5a.2.0a共5个跟踪龄期。，卤水成分情况见表2,用波美氏重度仪定期测量养护箱中卤水重度为1250gL1以保证卤水浓度。表2每升卤水所含的基本化学成分Tab.2Thebasicchemicalcompositionofeachliterofbrine名称NaClNa：S0.MgSO.CaSO.NaHCOJKJS0,质量/g208.9843.15.481.210.250.09抗折强度试验，按照普通混凝土力学性能试验方法标准.将配制成型的IIOomrrjx：LOOmm400批注3:改为"100mm"数字和单位之前添加mm的混凝土试件,经过标准养护(温度20±2C相对湿度在95%以上)28d后，测试混凝土试件的抗空格折强度，并作为本次研究的基准抗折强度值.强度换算系数取0.85。再测试在卤水中分别浸泡0.5a、1.0a.1.5a,和2.0a后的混凝土试件的抗折强度值作分析研究。抗压强度试验，使用100mm×100mm×100mm的试件做对应条件下的抗压试验，强度换算系数取0.95。依次得出基准抗压强度值以及在卤水分别浸泡0.5a、1.0a.1.5a,和2,0a后的混凝土试件的抗压强度值，并作分析研究。使用台式钻芯取样机，将同期、同条件浸泡的IOommXlOommX40Omm的试件做完抗折试验后，对两个半截试块取样，并对同一试块的同一深度取足够多的混凝土粉末。取样孔位于混凝土试块角部，距离边缘距离均为20mm。取样深度范围从0-35mm均分为7个取样深度取样使用氯离子含量快速测定仪测氯离子含量.使用硫酸钢重量法测定试样中SO4：'含量0(2)疲劳试验梁设计矩形截面钢筋混凝土梁尺寸为：50OmmXlOOmmX85mm。梁纵向受力钢筋、箍筋及架立筋为HPB235(一级)光圆钢筋,均为¢6.5钢筋。混凝土保护层厚度为12mm。试验在跨中加载集中力，梁净跨为350mm,试件尺寸及配筋见图I0本试验采用先进行腐蚀试验，再进行疲劳试玲的"耦合"方法。每个配合比的梁制定2种耦合作用形式，分别用"A"和"C表示，基准梁为不同配合比各一根，共22根梁。桐合作用的三种形式为：OPC、HPC进行抗弯疲劳(基准)、抗弯疲劳+水环境（八）、抗弯疲劳+卤水腐蚀(C)。疲劳试件卤水环境与水环境腐蚀时间均为7天。腐蚀试验时，分别将同一配合比的梁放入卤水和水环境中浸泡，定期测试卤水浓度并使试验梁始终完全浸泡于溶液中，同时观察梁表面的铁锈生成情况。图1试件尺寸及截面配筋图单位：mm)(3)疲劳荷载试验方法本次试验用TMF-5T型混凝土疲劳试验加载仪。疲劳荷载频率为0.43Hz,疲劳试玲前先测试试件标准养护后的最大破坏荷载Fu,疲劳设定荷费Fy1疲劳应力比RC疲劳荷载取值分别为Q35Fu、0.50Fu、0.65Fu、0.80Fu,疲劳试脸结束后记录初裂疲劳次数Ni及疲劳次数N。以裂缝宽度2.0mm为破坏标志。3结果与讨论3.1OpC与HpC离子侵蚀深度分析C与SOj侵蚀浓度见表3。(1)。侵蚀分析在7d腐蚀期下,混凝土梁的氯离子含量较低，且随取样深度的加深含量逐渐降低.说明在短时间内混凝土中氯离子侵蚀强度较弱。OPC和HPC试件在任意服役龄期下氯离子含量都随深度的增加逐渐下降.同一取样深度的氯离子含量在2a时达到最大，大小为20a>L5a>L0a>05a,这说明，Cl随时间的推移逐渐向混凝土内部迁移，由外到内，侵蚀由强变弱。OPC在各腐蚀龄期下30-35mm的取样深度中的CI含量保持较高且均大于0.5%.HPC中CI含量随深度降低在30-35mm深度时的Cl含量保持较低且均小于0.5%,这说明，掺加了矿物掺合料的混凝土试件由于密实度较好.降低了Cl的渗透性能，而且混凝土试件中未参加水化作用的矿物掺合料对CI有一定的吸附作用，能有效的阻碍Cl在混凝土中的扩散。大量研究都表明掺入粉煤灰、矿渣、硅灰等矿物掺合料后混凝土的抗侵蚀能力增强，主要由于粉煤灰的火山灰效应.生成了更多的水化硅酸钙、水化铝酸钙等水化产物，增加了Cl的物理吸附量,进而增加了结合Cl能力。矿渣粉比粉煤灰的活性更高，能与Ca(OH)2发生二次反应生成更多的水化硅酸钙。水化硅酸钙不仅能使混凝土更加密实,降低进入混凝土的。总量，并吸附进入的Cl=(2)SO户侵蚀分析混凝土试件在任意服役龄期下S04；含量都随深度的增加呈下降的趋势；腐蚀龄期为2a时的S04?含量在各取样深度下最高，Oa时含量最低，且Oa时.取样深度为0-5mm时SO4?含量最高.之后随深度的增加而减小直至平稳。这说明S04?的侵蚀深度随时间的延长而加深，但侵蚀含量会减少.OPH与HPC试件腐蚀时间在0.5-1.5a时，同一取样深度下的SO4?的含量随腐蚀时间的延长变化很小。SOr侵蚀在该时间段不明显，但随时间的延长S04”的侵蚀深度加深，这说明某种物质在该时间段抑制了S043的侵蚀。而金雁南”等的研究也表明当侵蚀溶液当中出现S04”与Cl共存的情况时，Q能够减缓硫酸盐侵蚀破坏的速度C氯盐溶液浓度越高，延缓混凝土损伤效果越明显。主要是由于CI与混凝土中水化产物反应生成了Friedel盐，造成了混凝土中部分孔隙堵塞，降低了S04?在混凝土中的扩散速度。因此，除了矿物掺合料对SO1侵蚀有抑制作用.离子共存也能对腐蚀速率产生影响。在服役龄期05-20a之间，HPC中S04?浓度在取样深度O-Iomm时比。PC要小，这说明，掺加了矿物掺合料的混凝土试件由于密实度较好，SO4?不易扩散，抗侵蚀性能较好,并未导致严重的混凝土剥落及开裂现象。陶岚”等的研究也表明掺合料的混接与高效减水剂配制成低水胶比的混凝土，更能提高混凝土的抗硫酸盐侵蚀能力。表3C与SO侵蚀浓度分析卤水腐蚀时间/a粘心取样深度mmOPCC卜浓度HPCCI-浓度/%OPC硫酸根浓度/%HPC硫酸根浓度/%0(Td)0-50.0240.Oll0.0670.0725-100.0210.0090.0350.02210-150.0150.0080.0110.02515-200.0130.0070.0110.01820-250.0130.0070.0120.02225-300.0090.0050.0130.03530-350.0090.0040.0150.0350.50-51.2670.7980.1320.0765-100.9850.5620.0880.06410-150.8910.330.0750.0515-200.8850.1450.0680.04520-250.6390.1380.0530.04325-300.6480.0840.0680.03930-350.