文摘

混凝土的损伤发展趋势与裂缝salt-freezing环境系统研究。完整的混凝土的裂缝也测试比较,并介绍了裂纹特征。质量损失,相对动弹性模量、和裂缝宽度的变化进行了分析。结果表明,裂缝宽度增加随着salt-freezing周期的进展。裂缝的发展趋势后,混凝土裂缝可分为三类:0-40,40 - 100和100 - 150μm。质量损失增加明显,相对动弹性模量的变化减少混凝土初始裂缝较完整的混凝土。当裂缝宽度是80μ米,最高质量损失率为0.19%,最小相对的动态弹性模量可以获得75.81%。这些测试结果证明裂缝和冻融耦合可以相互影响,加速混凝土的失败。总的来说,本研究可以作为基础混凝土结构的耐久性设计和生活改善。

1。介绍

与建设跨海桥梁、混凝土已越来越多地应用在海洋环境中。因此,提高混凝土材料的耐久性是土木结构设计的一个重大科学问题1]。在一些寒冷的地区,比如在中国北方,温度通常小于0°,导致混凝土的快速退化。霜冻攻击相变所引起的混凝土是痛苦与内部水分的冻结。这种现象直接导致减少的封面和生锈的钢铁,影响混凝土的使用寿命。在环境中氯离子的存在,如沿海环境和地区使用除冰盐,冻融循环和除冰盐的组合应用程序可以严重损害混凝土(2,3]。salt-freezing的破坏机理不同于冻融损伤。除冰盐,用来降低水的冰点,改变了饱和度(4,5),与普通硅酸盐水泥水化反应(OPC),创造广阔的反应产物,导致开裂和痛苦6- - - - - -11]。恶化由于除冰盐的侵蚀破坏发展迅速,而不是正常的破坏性影响冻融循环对混凝土。因此,混凝土的性能下降在salt-freezing情况下更为严重。广泛使用除冰盐会导致混凝土结构的恶化,如弹出式、剥落、裂纹,显著影响结构的使用寿命12- - - - - -15]。

对于混凝土,裂缝可以形成以各种方式,包括应用外力、温度变化导致容量不匹配,和内部化学反应通常由激进的化学品的入口(16- - - - - -19]。一旦裂纹形式,他们可以提供一个为氯运输混凝土(20.- - - - - -22]。入口钢的腐蚀,比如水和空气,也会加速,导致更高的机会开始腐蚀(23,24]。因此,许多学者研究了裂缝对氯离子传输的影响。张成泽et al。25]研究了裂缝对混凝土氯离子扩散行为的影响。他们发现的氯离子扩散系数与裂缝宽度的增加不会增加直到到达所谓的临界裂缝宽度。裂缝宽度大于临界值时,扩散系数随着宽度的增加,并获得的临界裂缝宽度测试从55岁不等μm - 80μm。王et al。26)表明,当裂缝宽度在100和400之间μ米,氯离子扩散系数的裂缝和裂缝宽度的增加迅速增加。否则,裂缝宽度没有明显的对氯离子扩散的影响。Djerbi et al。27]相比普通混凝土和高性能混凝土裂缝的影响通过模拟混凝土中氯离子渗透。他们证明了氯离子扩散系数的裂纹裂缝宽度的增加而增加。当裂缝宽度大于80μm,氯离子扩散系数的裂纹等于在水中氯离子的扩散系数,它是独立于具体的混合比例。

上述研究只有少数增加调查的混凝土盐冻坏。然而,混凝土裂缝尚未考虑的因素和导致其快速降解海洋环境尚不清楚。因此,冰系伤害抵抗混凝土开裂条件下需要进一步检查,有利于材料的耐久性设计和寿命预测。本研究旨在确定混凝土盐冻破坏的发展过程与裂缝以及裂缝影响盐冻坏。具体来说,salt-freeze循环应用于混凝土标本初始裂缝。在分析混凝土的质量损失,相对动弹性模量、裂缝宽度的变化,发展趋势的耦合作用下混凝土的损伤裂纹和salt-freezing周期。

2。试样的制备和应用测试方法

2.1。材料

类型II52.5提供的OPC Jiangnan-Xiaoyetian水泥有限公司,有限公司,用于实验。粉煤灰(FA)和矿渣粉(SL)也被用来代替部分水泥的补充胶结材料。FA和SL替代率为15%和35%,分别。化学成分测定使用x射线荧光(光谱仪;热费希尔科学支持QUANTX),如表所示1。

细集料是天然砂细度模数为2.6和2640公斤/米的表观密度³。玄武岩颗粒大小从5毫米到15毫米和2800公斤/米的表观密度³是作为粗骨料。20%的固体强塑剂应用于调整新鲜混凝土的和易性。引气剂是用来调节空气含量的5% - -6%。上述材料由江苏Sobute提供新材料有限公司

Poremaster GT-60由Quantachrome仪器是用来测试混凝土孔隙度。广达250范公司生产的扫描电子显微镜(SEM)来进行微观分析的样品后获得salt-freezing周期。

2.2。样品制备

0.35 w / b用于混凝土。混凝土配合比见表2。

混凝土混合如下。胶结材料和总被添加和混合1分钟。然后,强塑剂和引气剂被搅拌连续2分钟。搅拌后,具体的样品尺寸为100×100×100毫米φ100×200。多维数据集样本用于测试抗压强度,和圆柱形样本检查。样本从第二天他们的模具。他们治愈28天20±2°C,低于95% RH GB / t50081 - 2019。随后,样品的抗压强度是决定使用压力试验机。混凝土的抗压强度为56.9 MPa。圆柱形样本最终测试。

2.3。的制备和表征裂缝

各种方法可以用来准备混凝土裂缝,如巴西分割测试,楔形分割测试和三点弯曲模式。这里提出的方法——巴西分裂的基础上测试工作。巴西劈裂试验简便,因此,它是被大多数接受(25,28,29日]。然而,由于混凝土的非均质性,控制加载过程中裂纹的形成和发展将是困难的,和标本可能很容易断裂。在目前的实验中,该方法将使用PVC管,防止标本骨折。

养护28天后,干燥的样品表面是PVC管的一端封闭,如数据所示1(一)和1 (b)。这时,一个低粘度环氧树脂被用来填充PVC管和样品之间的差距。样本块的高度50 mm得到裂纹的准备。生产过程的细节呈现在图1。巴西分裂的基础上测试,一个线性可变差动变压器(线性)被用来监测裂缝宽度在整个过程中,如图1 (e)。宽度达到设计值时,样本被移除,15分钟后的裂缝特征参数(30.]随着裂缝宽度卸货后会收缩。

完成裂纹的准备之后,准确的裂缝宽度测试如下:首先,载玻片大小为24.5×76毫米被选作为参考。然后,一张照片的裂缝被引用,如图2(一个)。接下来,引用和开裂区域选择的关键。最后,选择区域的像素的数量确定。在相同的照片,开裂面积之比等于像素的比例。裂纹的像素的面积和参考和引用。因此,引用的面积计算。为简单起见,裂缝的长度被假定为试样的直径,这是100毫米。因此,裂缝的宽度等于面积除以长度。

在上述方法的基础上,最终的裂缝宽度分为七组:20、40、60,80,100,130,150μm。在随后的测试中,每组的宽度被认为是实际的裂缝宽度。每组的宽度误差是5μm。详细的分组表所示3。

2.4。Salt-Freezing测试过程

这些测试运行后中国GB / t50082 - 2009标准。在这种情况下,食盐(氯化钠)解决方案类似的质量浓度为3%的冻融的解决方案。测试样品表面放置在3%氯化钠溶液为七天由毛细管吸入溶液吸收。盒子里的温度变化+ 20°C和−20°C之间。冻融循环持续了12 h,和测试里面的温度时才开始20°C。在第一周期,样本在每小时10°C冷却4 h,直到温度−20°C。这个设置是维持3 h。然后,他们被加热的速度每小时10°C。最后,温度保持在20°C 1 h完成循环。温度的变化在一个周期如图3。的标本描述裂缝宽度和冻融循环的数量。例如,D28C8表明80年的标本有裂缝宽度μm和受到冻融周期28倍。

遵循GB / t50082 - 2009标准,相关参数测试每四周期(两天)。损坏的标本反映相对动态弹性模量和缩放质量。四个周期后,剥落材料收集,干燥,称重。超声波渡越时间的测量是一个标准化的测试方法用于确定相对动弹性模量随时间的变化。超声波传感器的位置安排超声波运输路径的轴线垂直于试样表面,平行于裂纹深度方向。耦合介质的渡越时间计算从超声信号的速度和运输耦合介质的长度。在这个实验中,ZBL-U510非金属超声波探测器是用来测试超声波传输时间。

相对动弹性模量确定使用以下方程: 在哪里E_d是相对动态弹性模量的标本(%),τ_n超声波传播时间相对的标本(%),t₀是超声波的传播时间总在标本和偶联剂(μ年代),t_n是超声波的传播时间总在标本和偶联剂n周期(μ年代),t_c是超声波的传播时间的偶联剂。

同时,相机是用来拍照的标本。照片是处理观察裂缝宽度的变化和孔隙度和微观测试取样。

3所示。结果与讨论

3.1。裂缝宽度

salt-freezing周期的影响裂缝宽度的具体呈现在图4。初始裂缝宽度约为60μ米,如图4(一)。后8日、16日和28日周期,裂缝宽度显示在图4被增加到164.51,193.58,和268.01吗μm。换句话说,裂缝宽度增加的循环周期的延伸。

的损伤发展的裂缝宽度增加salt-freezing循环周期如图5。的初始裂缝宽度小于40μ米在早期和晚期阶段逐渐增加,增加的循环周期。在初始阶段,由于小的裂缝宽度,考虑自愈和其他因素,裂缝宽度的增加相对缓慢。然而,裂缝宽度不断增加,自愈能力削弱。裂缝宽度越大,越容易解决混凝土吸收,导致内部和外部salt-induced冻结损伤和裂缝宽度显著增加。

在salt-freezing周期的后期,混凝土裂缝往往会缩小。裂缝的识别和检测主要是基于软件的。随着salt-freezing周期的发展,一方面,剥落导致粒子阻止裂缝。另一方面,标本一般的损害范围扩展的断裂区域两边,很难确定骨折。因此,裂缝宽度试验获得的减少。与裂缝宽度不到40标本μm,初始裂缝宽度小,salt-freezing造成的损害并不严重,所以没有发生这种现象。

裂缝的发展趋势后,混凝土裂缝可以总结为三类。的裂缝宽度小于40μ米,salt-freezing周期几乎没有影响裂缝发育的早期阶段。然而,它引起的快速增长在后期裂缝宽度。裂缝的宽度从40μm - 100μ米,salt-freezing周期导致了前20的快速增长周期。裂缝宽度保持稳定或逐渐减少后20周期。裂缝宽度大于100μ米,裂缝的发展趋势是相似的,宽度几乎是相同的。总之,没有明显的效果观察裂纹发展裂缝宽度时超过100人μm。此外,在不同裂缝宽度达到的最大裂缝宽度,增长率salt-freezing周期所需的数量逐渐减少。裂缝宽度的40、80和130μm,所需要的周期数达到最大裂缝宽度的增长率是28日20日和16倍。

3.2。质量损失速率

标本后的质量损失率28 salt-freezing周期如图6。在阶段裂缝宽度小于20μ米,没有观察到明显的效果质量损失率。当裂缝宽度从20μm - 80μ米,质量损失速率急剧增加。最大质量损失率为0.19%,当裂缝宽度是80年获得的μm。随后,曲线慢慢降低了。表面的混凝土的质量损失(裂缝宽度为0μ米)最小,表明表面裂缝可以显著影响salt-freezing阻力和减少标本的耐久性。此外,裂缝宽度的增加和样品表面之间的接触部分和盐解决方案增加了缩放质量。

标本的质量损失与不同裂缝宽度随salt-freezing周期如图7。裂缝宽度的增加,质量损失逐渐增加。salt-freezing周期的早期阶段,混凝土标本的质量比例是不明显,和质量缩放率很低。与salt-freezing循环时间的增加,样品的质量损失逐渐增加。冻融循环时的质量损失也增加了8倍多。与连续salt-freezing周期,剥皮质量逐步提高,质量损失速率增加。原因可能是逐渐累积损伤的标本。由于裂缝的存在,盐溶液可以进入混凝土裂缝和造成伤害。salt-freezing周期的早期阶段,没有观察到显著差异标本不同裂缝宽度之间的缩放质量,表明裂缝宽度扩展质量的影响并不明显。随着salt-freezing数量的周期的推移,裂缝宽度扩展质量的影响逐渐增加。

3.3。相对动弹性模量

混凝土的超声波的传播矩阵密实度和微裂隙的影响。混凝土的破坏是由测试混凝土超声波传输时间的变化。超声波检测混凝土进行了在一个方向垂直于裂纹,如图8。

相对动弹性模量的变化的标本salt-freezing周期不同裂缝条件下显示在图中9。

当裂缝宽度小于20μm,混凝土的相对动弹性模量略有减少,只和损害发生的后期salt-freezing周期。在数据9 (c)和9 (d),混凝土的相对动弹性模量大幅下降,其裂缝宽度是60和80μm×75.92%和75.81%。然而,当裂缝宽度是100年和130年μ米,相对动态模量仅略有降低。相比之下,当裂缝宽度是80年μ米,相对动态模量没有继续减少随着裂缝宽度的增加。鉴于渐进损伤积累,相对动态模量的标本没有过多的改变。最大的变化是宽度60时仅为92.96%μ在前八salt-freezing周期。salt-freezing周期的早期阶段,微裂隙产生的样本,和相对动弹性模量没有显著变化。随着循环的进行,样品的损伤和剥落加剧。Macroperformances相对动弹性模量下降。

样品完成后的相对动弹性模量的salt-freezing周期在不同初始裂纹宽度如图10。没有任何裂缝产生,相对的动态模量的标本28 salt-freezing周期后为93%。但是,相对动态模量为87.12%,82.07%,75.92%,75.81%,87.16%,81.86%,87.03%,样本的裂缝宽度20岁,40岁,60岁,80,100,130,150μm,分别。裂缝的存在导致同时表面和内部损伤。因此,在完成所有salt-freezing周期,相对动弹性模量显著降低较完整具体的示例。考虑到相对动弹性模量主要代表的内部损伤程度的标本,标本的裂缝导致内部损伤程度的增加。当裂缝宽度小于80μ米,裂缝宽度越大,越明显的减少相对动态模量的标本。标本salt-freezing周期将更容易受到伤害。然而,在舞台上的裂缝宽度大于80μ米,相对动弹性模量表现出相反的趋势,除了当裂缝宽度是100年μm。

质量损失,明显的损坏是在混凝土生产标本后与初始裂纹八salt-freezing周期。当裂缝宽度是80年μ米,具体是最有可能被损坏,在salt-freezing环境破坏是最严重的。

3.4。微观结构和孔隙度

和样品的扫描电镜图像初始裂纹后28 salt-freezing周期如图11。尽管在混凝土裂缝观察,不接受salt-freezing周期,他们的数量很小,CSH凝胶相对完整、致密。完成salt-freezing周期后,标本的完整性被破坏,和小颗粒的脱落导致内部凹坑和质量损失增加。当裂缝宽度是20μ米,CSH凝胶对决,完整性遭到破坏。随着裂缝宽度的增加,损伤标本也在不断增加。例如,在舞台上的裂缝宽度从60μm - 80μ米,内部的微裂隙标本显著增加,裂纹扩张导致标本剥。试样的破坏是最严重的裂缝宽度是130年μm,微孔产生的CSH凝胶。冻融造成的破坏导致了许多微裂隙的标本。这些损失导致标本的扩展。作为一种新的传播渠道,微裂隙加速氯离子和水进入标本。因此,他们可能会加剧下冻融循环的损伤程度。裂缝宽度越大,更严重的是微观结构损伤和破坏效应越明显。考虑到伤害,更多的解决方案进入毛孔,进一步导致混凝土的退化。这种耦合效应也是其中一个原因为什么裂缝混凝土的损伤比完整的混凝土。

SEM图像的裂缝宽度相同的标本8日,16日和28日salt-freezing周期图所示12。混凝土的损伤与salt-freezing周期逐渐增加。同样,表面扩展的程度加重和微裂隙的数量增加。salt-freezing循环时间的增加逐渐累积损伤标本加剧。

空隙率的变化在salt-freezing周期图所示13。100年的样本与裂缝宽度μ米最可能的孔隙半径增大,孔隙度降低后完成所有salt-freezing周期相比,只有8个周期时间。Salt-freezing造成微小的裂缝的产生。许多小损失,新生成的还是最初的标本,逐渐增加。因此,最可能的孔隙半径也增加了。空间增长和交流有形成大的损害,导致孔隙度降低。裂缝宽度的标本60μm,最可能的孔隙半径28个周期后显著增加,但空隙率的变化与标本相比没有明显的裂缝宽度为100μm。然而,孔隙度和最可能的孔隙半径D28C10稍微改变D8C10对比样本。这个结果证明,对混凝土裂缝宽度的影响大于冻融循环,更有可能导致孔隙大小增加,混凝土的破坏。

4所示。结论

在这项研究中,混凝土的损伤发展趋势与初始裂缝salt-freezing环境系统的研究。混凝土裂缝的发展,质量损失,相对动弹性模量的变化,微观结构和孔隙比的变化进行了测试。根据测试结果,可以得出以下结论:(1)与salt-freezing裂缝宽度增加。初始裂缝宽度越大,裂缝宽度越大。的标本与裂缝宽度小于40μm,裂缝宽度发展缓慢的初始阶段,但在后期迅速。裂缝宽度从40到100不等μ米有表现出快速增长。然而,对于标本的裂缝宽度大于100μm,在同样salt-freezing周期,裂缝宽度几乎是相同的,表明初始裂缝宽度的影响可以忽略。(2)在裂化条件下,无盐周期加剧了混凝土的破坏。质量损失和相对动弹性模量与完整的混凝土相比有明显变化。此外,对混凝土裂缝宽度的影响损失更大,和加速度影响混凝土失败比盐更明显的周期。(3)SEM结果表明,混凝土损伤的增加逐渐形成一个连续salt-freezing周期。剥落的小颗粒会导致内部凹坑和质量损失。裂缝宽度越大,更严重的组织损伤和破坏效应越明显。Salt-freezing也会导致最可能的孔隙半径增加,孔隙度减少。(4)混凝土初始裂缝发展较完整的混凝土内部和表面的损害。因此,标本的表面和内部裂纹和气孔倾向于下降和上升,分别。换句话说,腐蚀性物质,如氯离子,可以通过表面扩散到混凝土,通过裂缝。因此,物质可以很容易地进入混凝土,导致耐久性问题,如钢铁腐蚀,影响使用寿命。

数据可用性

使用的数据和图表来支持本研究的发现在文章中是可用的。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

作者感谢提供的金融支持中国的国家自然科学基金(U1706222)和中铁第一勘察设计院集团有限公司,有限公司(20-16-2)。