文摘

混凝土的单轴拉伸实验研究属性暴露在酸雨环境。酸雨的pH值1.0是被硫酸和硝酸的混合解决方案在实验室。哑铃状混凝土标本完全沉浸在模拟酸雨。接触后被罢免的混合物在一段时间内,单轴拉伸试验进行具体的标本。结果表明,弹性模量、抗拉强度和峰值应变在最初的腐蚀阶段略有增加,腐蚀过程的扩展,弹性模量和抗拉强度逐渐降低,而峰值应变仍在增加。发现抗压强度比抗拉强度在积极的环境中更敏感。基于实验结果,提出了一个方程来描述混凝土的应力-应变曲线的上升分支被酸雨腐蚀。

1。介绍

酸雨在亚洲已经成为普遍关注的问题,这是第一次被认为是一个潜在的环境污染问题在1970年代末和1980年代初。也是中国在过去几十年(一个日益突出的问题1- - - - - -4];中国三分之一的土地质量受到酸雨的影响。酸雨是由酸性物质,如H₂所以₄、盐酸和HNO₃容易与钙反应(哦)₂并形成卡索₄h·2₂O, Ca(没有₃)₂h·4₂O, CaCl₂h·6₂o .因为这些产品的溶解度是高于CaCO₃在表面形成的Ca (OH)的反应₂与公司₂(碳化),它们溶解在雨水和渗透到混凝土内部孔隙。雨水的蒸发后,这些盐再沉积和混凝土结构产生压力,导致开裂,质量损失,最终结构失败。在1950年代早期,美国环境保护署报道,修理或更换的费用每年混凝土结构由于酸雨在美国超过50亿美元。在英国,经济损失由于酸雨是国民生产总值的0.15%。郭(5)2001年估计,由于酸雨的直接物质损失只有在广州是12亿人民币。虽然有些方法已经被用来减少酸雨,酸雨地区在中国甚至继续扩大,因此,混凝土腐蚀的财产已经成为全世界的一个关键问题,吸引了很多研究人员(6- - - - - -12]。然而,由于复杂的机制,仍然只有非常有限的可用文献被酸雨侵蚀的混凝土的拉伸性能。本文在实验室模拟酸雨,一系列的C30哑铃状试样以及随之而来的标本被暴露于不同的模拟对不同时期积极的环境。一系列的测试,包括重量、抗压测试,和拉伸测试在不同的阶段来确定质量损失,抗压强度和拉伸性能。

2。实验的细节

2.1。材料和样品制备

C30混凝土应用于把标本。混凝土的用量见表1。拉伸试验的标本是哑铃状,如图1以及随之而来的标本是立方,100毫米的长度,用于测量抗压强度。

2.2。加速腐蚀技术

混凝土受到各种各样的暴露条件下,干燥和湿润周期、频率等不同的温度,表面碳化和干燥收缩。所有的条件会影响的攻击方式。因此,很难精确复制领域的攻击在实验室条件。尽管现场腐蚀试验可以更好地模拟实际的腐蚀过程,它总是花更多的时间来满足腐蚀。因此,加速腐蚀试验应用。王等人。13酸雨)指出,在中国的大部分地区是由于硫酸。因此,只有硫酸型酸雨模拟在这项研究中,它是通过混合硫酸和硝酸溶液pH值为1.0,和标本被分成几组不同的腐蚀,腐蚀条件表中列出2在细节。

2.3。测试设备和程序

刘(14)使用网站和加速试验研究具体的腐蚀性,发现结果显示一个好的巧合在两个不同的曝光条件。显然,淹没方法更适合水泥混凝土,因此,采用加速试验。治愈后28天雾室,在实验室标本自然治愈了120天,然后放置在包含模拟酸称呼(图的防腐桶2)。因为pH值的解决方案是改变调节仍在继续,溶液的酸度是记录下PB-10缝匠肌酸度计,每天定期酸添加到解决方案和混合与这样一个常数pH值的解决方案是保证。腐蚀后不同的曝光时间,一群3标本将挑出干了大约5天,其次是目视检查、权重、抗压测试,拉力测试,确定质量损失,抗压强度、抗拉强度、弹性模量,分别。抗压测试是进行一个电动液压servo-compressive测试系统(YAW-YAW2000A,图3)2000 kN的能力。目前中国代码后混凝土抗压测试(GB / t50081 - 2002) [15),加载速率为0.3 MPa / s。材料的拉伸试验进行了电动液压动静万能试验机。材料机是一种可编程的位移控制加载系统,可以产生拉伸和压缩载荷最大名义利率提高至150 mm / s。其力能力100 kN,刚度是2.6×10⁸N / s。测量系统由DPM-8H应变放大器,INV306D智能信号处理器,和DASP软件。材料的最高频率可达10⁴赫兹。机器可以提供不同的应变率,应变率的10⁻⁵在这个测试/ s应用。金属箔应变仪,50毫米长度和5毫米宽,拉伸过程中被用来测量应变的历史。两条交叉的应变仪被粘到中间的标本分别测量纵向和侧向压力(图4)。此外,线性可变差动变压器(线性)固定后的标本测量位移出现裂缝。负载设备和仪表布置如图5。

3所示。结果与讨论

进行单轴拉伸试验的哑铃型标本。等多种原因,随机性、多样性,具体分布的复杂性,和能力有限的测试系统,测试设备,测试技术,等等,每个横截面的中心试样的抗拉强度是不一样的位置,因此,没有方法可以使试样达到完美的轴向拉伸状态,这些可能会影响测试结果的准确性。25拉标本取得了理想的结果。

3.1。视觉观察

在测试中,样品被挑选出外观检验的作业时间。从图6,发现混凝土表面变得不平滑的随着腐蚀时间的增加,33天,表面成为蜂窝,可以看到大量的粗骨料,与混凝土标本成为粉状,表面颜色是类似观察到谢是什么(12和风扇等。16]。

3.2。质量变化

在测试期间,标本定期挑选出模拟酸雨的目视检查。是观察到的表面混凝土改变变得非常粗糙,蜂窝空洞形成,和粗骨料被暴露,这导致样品的质量变化。标本的质量与腐蚀时间变化如图7。可以看出,试件的质量、哑铃型标本都先增加然后减少腐蚀时间的增加,所获得的结果类似文献[16]。

3.3。抗拉强度和抗压强度

拉伸试验中,发现大量的粗骨料破碎的腐蚀时间短(如每天5和11)、试样的断口表面主要通过聚合和aggregate-mortar接口,试样的断裂成为夷为平地随着腐蚀时间,可以推断,密集程度骨料和砂浆之间略有增加,因此,抗拉强度变得比无腐蚀标本(见表2),然而,断裂表面失效模式主要是粗骨料债券失败严重恶化(33),是描绘在图的典型模式8。强度的混凝土暴露在酸溶液中不同时期被列在表中3在细节。

量化的恶化腐蚀混凝土的抗拉和抗压强度,强度退化率和介绍了。降解率表示如下: 在哪里和腐蚀混凝土的降解率,是未腐蚀的试样的抗拉强度,试样的抗拉强度暴露在酸溶液天,被定义为未腐蚀的试样的抗压强度,然后呢是样品的抗压强度暴露在酸溶液天。根据测试结果,关系强度损失和浸泡时间如图9。从图9可以看出,力量和增加然后减少空调继续,但关键时刻是不同的。抗压强度退化的关键价值比率大于抗拉强度退化的比率,和显示下降超过,这表明抗压强度比抗拉强度对激进的环境更敏感,但这个结论需要进一步验证由于有限数量的标本。

3.4。弹性模量

割线模量的弹性模量的计算方法是本文的割线模量计算从原点定义点的应力-应变曲线,通常在40%到60%的样品的强度极限17]。在这项研究中,50%的弹性模量测量试样的强度极限。实验结果,弹性模量在不同腐蚀阶段报告在表4。从表可以看出4在测试期间,弹性模量存在一些随机波动。

量化腐蚀混凝土的弹性模量下降,降解率介绍了。降解率表示如下: 在哪里是腐蚀混凝土的降解率;是未受腐蚀的试样的弹性模量;是样品的弹性模量暴露在酸溶液天。弹性模量的损失与腐蚀之间的关系如图10。可以看出,弹性模量的标本在拉伸试验是不稳定的,可以观察到相同的趋势在文献[标本暴露在三个解决方案16]。可能有几个原因:(a)在铸造一些建筑差异;(b)标本的表面成为unflattered随着腐蚀时间,这影响了应变计粘贴和日期收购;(c)有个人错误,系统误差和随机误差等;(d)标本的数量有限。然而,有一个轻微的下降在初始阶段(第五天),然后波动越来越空调继续时,它意味着拉伸试样的弹性模量降低腐蚀时间的增加。

腐蚀标本计算的弹性模量(5)提出了在文献中18),这主要取决于新鲜的弹性模量、泊松比、孔隙体积之前和之后的腐蚀。从表可以看出4,很少有模型计算结果与实验结果具有良好的协议。存在以下原因:(1)一些建筑差异在铸造和调节过程;(2)个人错误在测试期间;(3)只有一个控制样品在不同腐蚀时间,然而,混凝土的弹性模量可能在不同时间的变化;(4)标本数量是不够的,(5)有一个小体积膨胀在这么高的模拟酸的解决方案。

3.5。峰值应变

峰值应变的定义是应变,当拉应力达到最大应力在测试期间。量化的恶化腐蚀混凝土的峰值应变和降解率介绍了以下几点: 在哪里表示腐蚀混凝土的降解率,未腐蚀的试样的应变,是试样的应变暴露在酸溶液天。峰值应变损失和腐蚀时间关系图所示11。结果表明,峰值应变标本暴露在酸的解决方案将减少接触天线性(相关系数是0.916)。很明显,腐蚀损伤程度随曝光时间。

3.6。应力-应变关系

拉伸测试中,我们发现,一旦达到峰值应变,会出现一个可见的裂纹和标本随后会失败在很短的时间。原因有很多,比如一些建筑差异在铸造、调节过程,和不可能的完美的轴向拉伸状态,导致获得应力-应变曲线的下降部分是困难的,因此,只有提升分支的应力-应变曲线将在这个研究讨论。典型的应力-应变曲线被酸腐蚀的具体解决方案的实验记录,绘制,分别在图12。

从图12的变化趋势可以看出,张力strain-stress混凝土腐蚀与不同浓度的关系是相似的。在最初的阶段(不超过11天),三个主要的力学性能指标,单轴抗拉强度、峰值应变、弹性模量逐渐增加,随着腐蚀时间的增加,单轴抗拉强度和弹性模量降低,但峰值应变继续增加,这表明,随腐蚀时间的破坏。

为了描述拉伸应力-应变曲线的上升分支的混凝土试件在不同腐蚀时间,提出了一个公式是基于中国现行混凝土结构设计规范(GB / T 50010 - 2002) (15]。

首先,无量纲形式的应力和应变 在哪里混凝土的单轴抗拉强度,混凝土的峰值应变标本。

因此,方程,它描述了应力-应变曲线的上升的分支混凝土拉伸试样,可以写 在哪里一个和多项式的系数,米指数多项式,所有可以获得的实验。在这项研究中,通过合适的测试数据(6),相关系数。从图13,它表明,多项式函数能更好地描述混凝土的拉伸应力-应变曲线的上升分支酸雨的腐蚀,

4所示。结论

为了研究混凝土的拉伸性能由酸雨腐蚀,实验室加速试验进行C30标本,酸溶液pH值1.0是用作腐蚀介质。根据测试结果,可以得出以下结论。(1)在初始阶段,略有恶化标本抗拉强度的增加,然后逐渐降低,抗压强度比抗拉强度对激进的环境更敏感。(2)浸泡时间不超过11天,3主要力学性能指标、单轴抗拉强度、峰值应变及弹性模量逐渐增加,然而,当腐蚀时间超过15天,随着腐蚀时间的增加,单轴抗拉强度和弹性模量降低,峰值应变仍然增加,这表明随腐蚀时间的破坏。(3)一个多项式模型,它可以描述混凝土拉伸试样的应力-应变曲线的上升分支在不同时期被酸雨腐蚀,提出。

确认

本文由中国国家自然科学基金资助(批准号50708010,格兰特没有。51178069),中国(没有国家基础研究计划。2011 cb013605),辽宁省项目资助(批准号20092149),基础研究基金支持的中央大学。