文摘

干燥和湿润条件下的循环,普通混凝土,包含粉煤灰改性混凝土,double-admixture含有粉煤灰和聚丙烯纤维混凝土的腐蚀溶液中Na₂所以₄和(NH₄)₂所以₄。硫酸浓度的解决方案是设计为1000 g / L。混凝土的抗压强度和抗拉强度分裂后被测试不同数量的干燥和湿润周期(0、2、4、6、8、10)。结果表明,混凝土的强度增长的早期腐蚀和之后逐渐减少。剂显著提高改性混凝土的抗硫酸盐侵蚀,而聚丙烯纤维防腐性能起着更重要的作用。经历了10倍的干燥和湿润周期时,混凝土的抗压强度和抗拉强度分裂修改增加了28%和19%,分别。根据测试结果,修改后的混凝土的使用寿命被硫酸腐蚀预测。

1。介绍

有许多盐渍土地区包含大量的强腐蚀介质,如硫酸盐和氯,在中国西部。例如,硫酸浓度超过4200 mg / L在青海省盐渍土,属于强腐蚀水平和导致严重腐蚀的混凝土结构(1]。也有大量的大型土壤区域包含硫酸盐在加拿大和美国,其中混凝土排水管道、混凝土涵洞和基础损坏是由于硫酸腐蚀(2]。近年来,大多数混凝土结构长期服役在海水环境中,如海底隧道,桥梁,港口,在不同程度退化,因为硫酸腐蚀,特别是地区潮汐水位变化的结果。干湿循环环境下的硫酸腐蚀导致严重破坏混凝土结构。因此,混凝土结构的可靠性严重受硫酸盐侵蚀的影响。

混凝土腐蚀机理千差万别,不同的硫酸条件(3]。不同化学反应是由差异引起的侵蚀溶液浓度、温度、阳离子类型和干燥和湿润条件。桑等人研究了影响硫酸浓度的硫酸钠和硫酸镁对水泥砂浆的膨胀率4]。马等人研究了混凝土的破坏机理硫酸袭击在海洋潮汐环境和测量了硫酸浓度在不同混合比例和侵蚀年龄(5]。李的退化模型研究混凝土碳化等单因素或double-factor耦合影响,硫酸盐侵蚀和冻融循环(6]。玉等人调查了恶化过程弯曲荷载的影响下,干湿循环,和硫酸盐的攻击和侵蚀混凝土的微观结构,表明,干湿循环中发挥了重要作用在混凝土损伤(7]。目前,由于不同的研究目标和不同的测试环境中,不同的测试方案和选择评价指标来研究混凝土受硫酸盐侵蚀的性能(8]。因此,在这一领域的研究仍处于混乱状态(9,没有统一的公认的知识体系。如何提高混凝土结构的耐腐蚀性能具有重要的工程意义。

的目的研究力学性能混凝土受硫酸盐侵蚀是改善混凝土的防腐能力。因此,重视探索新的耐蚀改性混凝土材料。在工程中,混凝土结构的大部分工作在服务在干燥和湿润条件下硫酸而不是完全干燥或潮湿的环境中,使混凝土快速腐蚀,严重。在这项研究中,普通混凝土,粉煤灰混凝土,double-mixture混凝土(包括粉煤灰和聚丙烯)腐蚀Na₂所以₄和(NH₄)₂所以₄在干燥和湿润条件测试1000 g / L₄²⁻在解决方案。力学性能改性混凝土受硫酸盐腐蚀研究,以及粉煤灰混凝土抗压强度的变化趋势进行了分析。根据测试结果,修改后的混凝土的使用寿命预测。

2。实验程序

2.1。原材料和混合比例

中国标准(gb175 - 2007) [10)硅酸盐水泥类32.5 r(标准抗压强度为32.5 MPa 28天)时使用。中国标准(GB / t1596 - 2005) [11年级我粉煤灰作为掺合料混凝土。中国标准(GB / t21120 - 2007) [12聚丙烯纤维被用于制造混凝土,这是19毫米的长度。粗骨料的最大大小20毫米,细集料细度模数2.76。粗骨料的体积密度和颗粒表观密度为1450公斤/米³和2720公斤/米³,分别。混凝土的衰退是35∼50毫米。混凝土的设计强度等级是这件。三种类型的混凝土标本,包括普通混凝土,粉煤灰混凝土,double-admixture混凝土(含有粉煤灰和聚丙烯)。中国标准(JGJ 55 - 2011) [13),在这项研究中使用的混合比例是在桌子上1。

2.2。实验方法

一系列立方混凝土标本的大小100毫米×100毫米×100毫米包括普通混凝土,粉煤灰混凝土,double-mixture混凝土。Na的两种解决方案₂所以₄和(NH₄)₂所以₄复合在实验中,硫酸的浓度是设计为1000 g / L。每个腐蚀条件下的解决方案,为每个类型的12组标本制作混凝土,其中包括6组抗压强度试验和6组分裂抗拉强度测试。标本的总数是288人。标本被治愈在环境温度为28天用草垫及浇水一天两次,以确保标本的水分。解决盒子的大小是1000毫米(l)×600毫米(w)×600毫米(h)。

在实验的过程中,所以的浓度₄²⁻溶液中被监控的时间维持浓度基本不变。腐蚀的解决方案是重新配置的颜色时,替换原来的解决方案的解决方案是改变或其他杂质过多的内容。及时的底部腐蚀箱是疏浚过腐蚀降雨不太厚。

混凝土标本治愈28 d是沉浸在Na的解决方案₂所以₄和(NH₄)₂所以₄分别由一些木制的酒吧。干燥和湿润循环系统被设计为在溶液中浸泡一周一周,空气干燥。两周是干燥和湿润周期。立方抗压强度f_铜和分裂的抗拉强度f_圣三种类型的混凝土标本进行测试后0,2,4,6,8,分别和10个周期。强度测试是按照中国标准执行(SL 352 - 2006)14]。

电动液压压力试验机(丫- 3000型;SCHIAK公司中国上海)是用于混凝土立方体抗压强度的实验。根据中国标准(SL 352 - 2006),装载应均匀加载的速度,不断0.3 MPa / S到0.5 MPa / S。万能试验机(WE-X00型;SCHIAK公司)是用于分裂混凝土抗拉强度的实验数据集。加载速度为0.04 MPa / S到0.06 MPa / S。分裂的照片如图拉伸实验1。

3所示。实验结果和讨论

3.1。普通混凝土的力学性能和改性混凝土在不同的解决方案

由于不同阳离子度的混凝土在硫酸盐腐蚀的解决方案是不同的。普通混凝土的抗压强度和分裂的抗拉强度和改性混凝土腐蚀Na₂所以₄和(NH₄)₂所以₄提出了不同干湿循环数据2- - - - - -4,分别。

在数据2- - - - - -4混凝土、普通混凝土的强度发展和修改被硫酸腐蚀的解决方案基本上可以分为两个阶段,初始阶段加强部分和性能恶化。开始腐蚀,所以离子₄²⁻与水泥水化反应形成石膏和钙矾石,这是一个体积膨胀的过程(15]。硫酸反应物填入孔混凝土内部和之间的界面空间聚合和粘贴的腐蚀反应,改善结构密实度和混凝土的早期强度。随着腐蚀时间的增加,越来越多的膨胀腐蚀产物形成增加内部压力和逐渐损害混凝土的孔隙结构。因此,内部微裂隙不断扩大,因此混凝土的强度逐渐下降的后期(16]。从分割数据,混凝土的抗拉强度下降速度比在后期抗压强度随着干湿循环的数量。微裂隙的积累造成的腐蚀和表面局部剥落的混凝土,强调区域分割测试标本的减少,和微裂纹扩张加快导致尖锐的下降率。然而,在抗压强度测试,上下压力板限制混凝土的表层微裂隙的发展在某种程度上,和抗压强度的下降趋势是缓慢的。

实验结果表明,两种不同的腐蚀溶液改性混凝土的抗压强度影响很小经历相同的干燥和湿润周期。然而,分裂抗拉强度变化的不同解决方案。在最初的强化阶段,分裂改性混凝土的抗拉强度由硫酸钠腐蚀通常是高于硫酸铵的解决方案。分裂粉煤灰混凝土的抗拉强度和double-admixture混凝土在硫酸钠溶液增加10.9%和6.8%,分别比在硫酸铵溶液后四个干湿交替。在性能恶化阶段,将修改后的混凝土的抗拉强度下降更快Na₂所以₄低于(NH₄)₂所以₄。例如,将粉煤灰混凝土的抗拉强度和Na double-mixture混凝土₂所以₄的分别为93%和94% (NH₄)₂所以₄分别在8干湿交替。

开始腐蚀,NH之间的互动₄⁺和Ca(哦)₂中和硬化水泥浆,导致债券的力量削弱的水泥凝胶和恶化₄²⁻腐蚀(17]。在衰退阶段,由于干燥和湿润周期的影响,Na₂所以₄h·10₂O水晶会沉淀在混凝土内部孔隙Na的内容₂所以₄超过它的溶解度(18]。的增加会膨胀的腐蚀产物,如钙矾石和石膏,在混凝土内部裂缝的发展加快,因此硫酸的腐蚀作用是进一步加剧。所以,分裂混凝土的抗拉强度在硫酸钠溶液急剧减少。

3.2。外加剂对混凝土耐腐蚀性能的影响

为了直观地描述掺合料对混凝土性能的影响被硫酸腐蚀,抗压强度相对比R_c和相对分裂抗拉强度比R_t定义描述改性混凝土的强度的变化: 在哪里和抗压强度和分裂改性混凝土的抗拉强度,分别进行干湿循环和和抗压强度和劈拉强度与普通混凝土相同的干湿交替,分别。抗压强度相对比R_c和相对分裂抗拉强度比R_t改变改性混凝土腐蚀的Na₂所以₄和(NH₄)₂所以₄介绍了数字5- - - - - -8,分别。

数据5和6的变化趋势相对抗压强度比和相对分裂粉煤灰混凝土的抗拉强度比和飞ash-polypropylene纤维混凝土侵蚀Na₂所以₄。数据7和8的变化趋势相对抗压强度比和相对分裂粉煤灰混凝土的抗拉强度比(NH和飞ash-polypropylene纤维混凝土侵蚀₄)₂所以₄。

很明显,改性混凝土的相对强度比曲线总是超过1.00,这表明添加外加剂改善混凝土的抗硫酸盐的能力。身体上来说,粉煤灰的加入降低了混凝土的孔隙率,提高孔隙度特征代替大量的水泥和细骨料,所以具体的不渗透性增加(19]。化学、粉煤灰与氢氧化钙反应生成凝胶,哪些块多孔通道,使变薄的多孔结构和混凝土结构紧凑,减少流动的速度₄²⁻在毛孔。此外,粉煤灰的活性效应可以消耗氢氧化钙,从而降低氢氧化钙的量与硫酸反应,减缓硫酸袭击的过程和减少水土流失的程度。添加聚丙烯纤维混凝土有效地控制微裂隙的发展引起的固体塑性收缩、干缩、温度变化。防渗漏性能,提高混凝土的抗裂性(20.]。

我们可以看到R_c曲线,相对改性混凝土的抗压强度比大致呈现增长趋势。由于快速增长的混凝土强度与粉煤灰混合,修改后的混凝土的抗压强度增长率高于普通混凝土的早期阶段的腐蚀。在恶化阶段,普通混凝土的强度下降得更快。的价值R_c达到最大值后10干湿交替。粉煤灰混凝土的抗压强度和double-mixture混凝土比普通混凝土提高27.7%和28%在Na₂所以₄分别增加28.9%和29.3%比(NH)₄)₂所以₄。结果表明,掺合料材料显著改善混凝土对硫酸腐蚀的能力。

我们可以看到R_t曲线,相对分裂粉煤灰混凝土的抗拉强度比和double-mixture混凝土的最大价值是1.554和1.700,分别开始腐蚀。的发展趋势R_t修改具体的下降在第一,然后增加两种解决方案。分裂与修改后的混凝土相比,普通混凝土的抗拉强度的增长更快的早期阶段的腐蚀和减少后期的更快。

比较R_c和R_t曲线的修改后的混凝土,double-mixture混凝土的强度高于粉煤灰混凝土在腐蚀初期。的抗压强度和抗拉强度分裂double-mixture混凝土的1.105倍和1.091倍,粉煤灰混凝土,分别。然而,两种改性混凝土的强度比值曲线几乎是同时在第二次循环。根据测试数据,两种混凝土强度差异不超过10%。因此,聚丙烯纤维有助于改善渗流的性能和混凝土的抗裂性能,但增加的能力几乎没有影响混凝土硫酸盐腐蚀与粉煤灰混凝土相比。考虑到经济效益和资源保护,建议不要在粉煤灰混凝土中加入聚丙烯纤维。

4所示。被硫酸腐蚀的混凝土寿命预测

正如上面提到的,使用粉煤灰混凝土为例,预测的失败时间被硫酸腐蚀的具体解决方案。采用相对的抗压强度作为一个指数来评价混凝土在硫酸盐侵蚀的破坏过程。 在哪里K_c混凝土的抗压强度相对标本痛苦干燥和湿润周期,f_cn后混凝土试件的抗压强度N干燥和湿润周期,和f_c0没有腐蚀是混凝土试件的抗压强度。

粉煤灰混凝土的抗压强度之间的关系和数量的干燥和湿润周期可以从测试结果当浓缩硫酸1000 g / L。

当混凝土腐蚀Na₂所以₄,

当混凝土腐蚀(NH)₄)₂所以₄, 在哪里t是干燥和湿润的循环次数(t= 0、2、4、6、8、10,…)。在(3)和(4),测试值与拟合值之间的最大相对误差分别为2.56%和2.46%,分别在腐蚀环境下的Na₂所以₄和(NH₄)₂所以₄。可靠的使用上述两个公式预测减少混凝土的强度和使用寿命。

根据“标准的普通混凝土长期性能和耐久性试验方法”在中国标准(21和研究混凝土硫酸袭击22),腐蚀混凝土的使用寿命计算如下:相对混凝土抗压强度下降75%用作混凝土试样的失效准则。F_c采用作为评价参数,计算公式如下: 在哪里F_c抗压强度系数是失败。相对抗压强度小于75%时,混凝土标本被视为损坏。

基于(3)- (5)和硫酸浓度,设计相对Na所侵蚀的粉煤灰混凝土的抗压强度₂所以₄和(NH₄)₂所以₄减少不到75%在18和16个发行量的干燥和湿润;也就是说,粉煤灰混凝土的抗压强度达到一定失败。

5。结论

(1)这两种不同腐蚀解决方案有什么区别在改性混凝土的抗压强度相同的干燥和湿润周期。然而,抗拉强度遭受分裂Na₂所以₄通常高于(NH₄)₂所以₄在最初的强化阶段。在性能恶化阶段,分裂改性混凝土的抗拉强度下降更快Na₂所以₄低于(NH₄)₂所以₄。(2)添加外加剂显著提高普通混凝土的抗硫酸盐的能力。经历了10倍的干燥和湿润周期时,混凝土的抗压强度和抗拉强度分裂修改增加了28%和19%,分别。(3)聚丙烯纤维提高了粉煤灰混凝土的抗硫酸盐能力一点而已。考虑建设成本,是不建议添加聚丙烯纤维粉煤灰混凝土抵抗硫酸盐的攻击。(4)粉煤灰混凝土腐蚀寿命预测公式由硫酸设计提出了硫酸浓度。根据公式,粉煤灰混凝土达到抗压强度绑定失败和不适合连续服务18和16个周期后的干燥和湿润腐蚀Na₂所以₄和(NH₄)₂所以₄,分别。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

作者要感谢金融支持来自中国国家自然科学基金(批准号51679221),由项目为河南省高校科技创新人才(批准号16 hastit012)。