文摘

混凝土的腐蚀深度可以反映损伤的混凝土结构的承载力和耐久性维修在恶劣环境。超声波技术是研究定量地评估腐蚀深度。三个酸性环境pH值为3.5,2.5和1.5被硫酸和硝酸的混合模拟解决方案在实验室。354棱镜标本的尺寸150毫米×150毫米×300毫米的准备。准备标本第一沉浸在酸性混合物对某些时期,其次是物理、机械、计算机断层扫描(CT)和超声波测试。损伤深度的混凝土试件在不同腐蚀状态下获得的CT和超声测试。超声波测试的基础上,提出了一种双线性回归模型来估计腐蚀深度。结果表明,通过超声和CT测试结果有很好的一致性。混凝土试件的腐蚀深度之间的关系和力学指标如质量损失,抗压强度,弹性模量是详细讨论。它可以得出超声波测试是一个可靠的无损测量混凝土的损伤深度接触酸性环境。

1。介绍

自1940年代以来,酸雨污染已成为环保主义者面临的一个重大环境问题。在过去的二十年里,据报道,酸雨下降已经成为全球越来越严重1- - - - - -6]。众所周知,混凝土已经成为并将继续成为土木工程中使用最广泛的建筑材料。然而,当混凝土酸雨,发生物理和化学反应。复杂的反应会改变混凝土的内部结构,这将导致其材料属性的变化。许多著名的建筑,比如峨眉山,乐山佛,在希腊卫城纪念碑,和美国的自由女神像,一直强烈被酸雨破坏之前的几十年。酸雨对混凝土结构的损伤效应逐渐吸引了越来越多的关注的土木工程师。更好地了解混凝土的材料特性暴露在酸性环境能帮助发现在职结构的破坏过程。执行一些实验研究已经发现酸雨袭击混凝土的腐蚀机理和模拟酸雨袭击混凝土的试验进行了分析(7- - - - - -12]。然而,它仍然是很难评估损害的实际工程中的混凝土在酸性环境中。

目前,非破坏性技术可用于具体的评估,包括雷达、脉冲速度、声发射、摄影、红外线温度仪,和许多其他人。超声波反射技术首次应用于领域的胶结材料(1981年13]。由于超声波技术具有明显优势,不影响混凝土的完整性,它已经应用于预测混凝土强度,和检测混凝土的内部缺陷,如裂缝,分层和/或蜂窝(14]。超声波无损检测(NDT)技术已广泛应用于各种土木工程实践。理论研究的基础上,研究超声波技术应用于评估混凝土的性质,砂浆和水泥贴(15- - - - - -21]。

由于物理和化学反应发生在混凝土结构暴露在酸性环境是复杂的,混凝土保护层增加混凝土孔隙和微裂隙密度与声音。随着腐蚀的继续,退化层扩展到结构的核心,和更大的裂缝发生;因此混凝土强度显著降低。腐蚀深度是一个重要因素来描述混凝土的损伤状态,需要一个重要的对受损混凝土的力学性能的影响。合理评价混凝土的腐蚀深度将关键根据混凝土结构的健康监测和安全评估服务。

在这项研究中,应用超声波无损检测技术监测混凝土在不同腐蚀状态的腐蚀深度探索。354棱镜标本(150毫米×150毫米×300毫米)的准备。三个pH水平硫酸和硝酸溶液混合模拟酸性环境与不同的酸度,分别pH值(酸碱3.5,2.5和1.5)。在模拟酸雨浸泡后不同时期,进行了超声波无损检测混凝土试样在不同腐蚀状态。腐蚀深度的混凝土试样在不同腐蚀状态。然后建立双线性模型预测混凝土的腐蚀深度在不同腐蚀时间。来验证该模型的有效性,电脑断层摄影术(CT)测试执行,和腐蚀深度估计。结果表明,超声无损检测技术是一种可靠的无损方法测量混凝土的损伤深度。基于抗压测试结果上执行受损混凝土试样,风扇等。12)详细讨论了腐蚀深度和其他参数之间的关系,如质量损失、腐蚀混凝土轴心抗压强度和弹性模量的标本。

2。理论背景

一种非破坏性技术,NM-4非金属超声波测试,如图所示1是用来测量混凝土试样的腐蚀深度在不同腐蚀状态。在实验过程中,低频换能器的频率低于50千赫被选中。考虑到样本的维数,40毫米,被确定为测量空间,五个测点B1, B2, B3, B4, B5(如图2)被发现。一个传感器(如图2)是放在固定位置,另一个传感器放在测量分B1, B2, B3, B4, B5。在测试中,每个测点上声速记录,两个传感器之间的距离。时距曲线如图3可以实现。

如果混凝土试样腐蚀,表面会变得宽松,和声速小于声速测量未损坏的混凝土(用吗)。和可以计算(1),分别为:

当传感器之间的距离短,超声波将传输层受损。一旦距离超过一个阈值来表示,一些超声波穿透损伤层和传输的表面迅速,将达到接收波前传感器传输通过损伤层。因此,一个阶跃变化。

波速度,穿透标本可以实现不同腐蚀状态下,混凝土的腐蚀深度标本后可以计算不同浸泡时间的表达式(2)。腐蚀深度与浸泡时间的关系在不同酸解图所示4: 在哪里腐蚀深度,是测量两点之间的距离阈值,这可以通过时距图,是声速的混凝土,混凝土是损坏的声速。

3所示。实验的程序

3.1。材料和样品制备

减少差异造成在生产过程中,商品混凝土在这项研究中使用。混凝土混合物的细节如表所示1。发现混凝土标本的恶化过程在不同腐蚀状态,354棱镜标本的尺寸150毫米×150毫米×300毫米的准备。

3.2。技术和程序

3.2.1之上。模拟酸性环境

自在职混凝土结构受到各种各样的曝光条件,如化学侵蚀、干燥和湿润周期、温度、表面碳化,和干燥收缩,所有条件将影响混凝土的破坏过程。因此,很难复制领域攻击条件在实验室。虽然网站腐蚀试验可以更好地反映实际的腐蚀过程,它总是满足腐蚀花了太多的时间。澄清酸雨对混凝土的影响,长期接触测试执行(22]。加速腐蚀试验应用于大部分的研究现状。考虑到在中国的大部分地区,酸雨是由于硫酸(23),硫酸型酸雨模拟。硫酸和硝酸溶液混合模拟酸性环境。

查看不同酸度的酸性环境在世界范围内,三酸溶液pH值为3.5,2.5和1.5被废黜模拟不同酸度的酸性环境。由于混凝土的力学性能的变化总是随着年龄的增长,老化效应考虑在内。好讨论混凝土的力学性能的退化特征标本暴露在酸溶液中,相应的样品暴露于水用作参考。曝光条件在表中详细列出2。根据暴露条件下,棱镜标本被分成4组表示系列1,系列2、系列3,系列4。

3.2.2。测试程序

沉浸和喷涂方法是两个主要的方法来模拟酸雨腐蚀建筑材料的实验室。基于实验室测试,验证,这两种方法都是类似的,结果是可靠的,也是发现浸泡方法更适合执行一个快速测试水泥混凝土的腐蚀10]。因此,浸泡加速方法的测试是一个合理的选择本文实现加速腐蚀过程。耐腐蚀矩形水箱用来包含酸溶液和混凝土标本。在水中养护28天之后,标本被分成四组。一组标本是在水中不断治愈,而其他三组标本完全沉浸在了三个坦克与pH值3.5,pH值2.5,和pH值1.5酸解,分别(如图4)。由于混合溶液的pH值将改变曝光时间,硝酸被添加到解决方案,并不断搅拌使混合溶液的pH值不变。溶液酸度将检测到PB-10缝匠肌酸碱计(如图5定期)。

沉浸在酸解后不同时期,六标本将定期为抗压测试作为测试组。然后,腐蚀标本干大约两到三天。权重、超声无损检测和抗压测试将在混凝土腐蚀标本先后执行。在开始实验之前,棱镜的表面清洗去除松散材料,和上部和底部表面被地面飞机。无损检测,如超声波测试,CT测试,和体重,被执行死刑。损坏的混凝土的腐蚀深度和质量损失。然后,机械性能如抗压强度和弹性模量的腐蚀标本通过破坏试验。

4所示。结果

4.1。腐蚀深度

在酸性环境中,酸之间的化学反应发生的媒介和混凝土组成,和水化产品(例如,C-S-H,水合铝酸钙,钙alumina-ferrite水合物,等等)将失去钙和最终分解成非晶硅水凝胶。PH值在混凝土逐渐减少,这将导致减少质量损失和力量。钢筋混凝土结构,化学反应将导致钢铁和随后的脱钝腐蚀。酚酞测试是常规方法获得的中和深度混凝土,混凝土标本的完整性的有缺点。获得腐蚀混凝土的腐蚀深度但不破坏混凝土的完整性,超声无损检测进行混凝土标本在不同腐蚀状态下,和NM-4非金属超声波测试如图1是使用。浸泡时间和腐蚀深度之间的关系绘制在图6。

从图6可以看出,腐蚀深度通过超声波无损检测腐蚀初期迅速增加,然后逐渐减慢。也证实的侵蚀深度试样具有良好的双线性关系在模拟酸雨浸泡时间与不同的酸度。模拟酸溶液的pH值越低,腐蚀深度的厚。与获得的结果是重合的长时间曝光测试(22]。因此,它可以得出超声波无损检测,这有一个明显的优势不影响混凝土的完整性,是一个可靠的方法来测量酸环境下混凝土的损伤深度。根据测试结果,进行回归分析,提出一个简单的双线性模型。回归结果表3显示中和深度和浸泡时间之间的显著相关性,可以表示为 在哪里y腐蚀深度和吗t曝光时间。这两个和是回归常数。和相关系数和暴露的时刻段线是至关重要的。列出所有的常量和相关系数表3。

4.2。超声波测试结果的验证

自吸收x射线计算机断层扫描(CT)是由混凝土标本根据组成和密度的材料,不同的功能可以被检测出来。对象具有更高密度的x射线吸收少,导致明亮区域。因此,密度越低,x射线吸收越多,创造黑暗区域。双线性模型的验证效率提出以前,另一个无损方法,应用CT试验,发现在中尺度混凝土的腐蚀。的测量,西门子Somatom感觉16-slice螺旋电脑断层扫描仪(如图德国造的7(一))使用。样本扫描与一个固定的x射线源,在140千伏、200 mA, 22.60 mGy CTD。每个扫描1毫米厚,扫描的总数约为300。基于图像从CT试验,获得混凝土的腐蚀深度评估。

在水中被治愈后28天,标本就取出来扫描来描述mesolevel结构基于300沿轴的标本。标本被条件的酸溶液pH值为1.5一120天并再次扫描。表面外观的样品暴露在酸溶液为0天,120天的数据所示7 (b)- - - - - -7 (c)。在三个截面(图扫描图像7 (e))混凝土暴露在模拟酸溶液为0天及120天摘要(数字7 (f)- - - - - -7 (h))。

扫描图像的标本,据估计,损伤深度约为1.5厘米。基于提出的双线性回归模型(3),混凝土的损伤深度是1.498厘米,这是良好的相关性与CT测试的结果。因此,验证了超声波技术是一种有效的方法来确定在积极的环境中混凝土的腐蚀深度。

5。分析和讨论

除了腐蚀混凝土的无损检测,抗压抗压强度和弹性模量等力学参数实现(12]。混凝土腐蚀深度和其他力学性能之间的关系进行了探讨。

5.1。腐蚀深度和质量损失之间的关系

比较退化规律模拟混凝土腐蚀的酸性环境,相对质量变异比率被定义为 在哪里是腐蚀混凝土的相对质量损失比标本,是样品沉浸在酸溶液的质量t天,是声音的质量具体的标本。之间的关系和浸泡时间图8和之间的关系和腐蚀深度是绘制在图9。

沉浸在酸解后与pH值3.5和2.5到180天,相对质量损失比的标本将减少0.40%和1.58%的声音样本的质量,分别。标本在pH值1.5的酸解,相对质量损失比的标本后105天的接触会减少7.5%的声音样本。因此,混凝土的质量损失标本非常敏感的酸性腐蚀环境(图8)。虽然相同的腐蚀深度检测,质量损失是不同的标本被不同酸的解决方案。溶液的酸度越高,混凝土的质量损失就越高。

5.2。腐蚀深度和抗压强度之间的关系

比较混凝土试件的强度恶化趋势沉浸在酸溶液,混凝土强度之间的关系和腐蚀深度,这是绘制在图10。

不管浸溶液的酸度,混凝土强度变化标本暴露在酸解显示相同的趋势。在浸泡初期,腐蚀标本的强度略有增加,强度将逐渐降低。也可以得出结论,混凝土抗压强度与腐蚀的酸性环境。虽然相同的腐蚀深度检测,抗压强度是不同的标本被各种酸的解决方案。溶液的酸度越高,发生退化的混凝土抗压强度越高。一旦腐蚀深度超过11到13毫米,混凝土强度会迅速减少。

5.3。腐蚀深度和弹性模量之间的关系

根据测试结果,混凝土的弹性模量之间的关系和腐蚀深度标本图所示11。

相同的趋势是实现对弹性模量的标本暴露在所有三个浸没式的解决方案。在浸泡初期,弹性模量是不稳定的。也可以得出结论,混凝土抗压强度与腐蚀的酸性环境。虽然相同的腐蚀深度检测,弹性模量是不同的标本被各种酸的解决方案。后发现腐蚀深度超过11至13毫米,变化趋势变得明显。

6。结论

在目前的研究中,混凝土的腐蚀深度暴露在酸性环境被超声波测量技术在实验室。硝酸和硫酸的混合酸解决方案的解决方案被废黜模拟酸性环境三个pH值为3.5,2.5和1.5。履行在实验室加速腐蚀,棱镜混凝土标本沉浸在被酸的解决方案。后暴露在三种酸解一些时期,腐蚀深度腐蚀标本进行了测试。基于实验结果,提出了双线性回归模型有很好的相关性预测混凝土的腐蚀深度。来验证该模型的有效性,CT上执行的测试是混凝土标本。结果表明,超声无损检测,不影响混凝土的完整性的一个明显的优势,是一种可靠的方法来测量酸环境下混凝土的损伤深度。验证,建议双线性模型提出的超声波技术是一种有效的方法来确定混凝土的腐蚀深度。基于其他压缩参数实现了在另一个实验中,腐蚀深度和力学性能指标之间的关系(如质量损失、抗压强度和弹性模量)进行了较为详细的试验研究。

确认

这项研究是由中国国家自然科学基金资助(批准号51178069),中国国家自然科学基金(批准号50708010),辽宁省资助项目(批准号20092149),中央大学基础研究基金。