李 林, 丁士君, 李鏡培, 李 鶴

(1.巖土及地下工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(同濟(jì)大學(xué))，上海 200092； 2.同濟(jì)大學(xué) 地下建筑與工程系，上海 200092；3.中國(guó)電力科學(xué)研究院，北京100055)

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不同環(huán)境條件下混凝土構(gòu)件氯離子侵蝕試驗(yàn)

李 林1, 2, 丁士君3, 李鏡培1, 2, 李 鶴1, 2

(1.巖土及地下工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(同濟(jì)大學(xué))，上海 200092； 2.同濟(jì)大學(xué) 地下建筑與工程系，上海 200092；3.中國(guó)電力科學(xué)研究院，北京100055)

為研究不同環(huán)境條件下混凝土構(gòu)件氯離子侵蝕劣化規(guī)律，開(kāi)展彎拉應(yīng)力構(gòu)件的氯離子浸泡侵蝕試驗(yàn)和無(wú)應(yīng)力構(gòu)件的鹽霧侵蝕試驗(yàn).基于氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)、構(gòu)件彎拉強(qiáng)度及彎拉應(yīng)變等測(cè)試結(jié)果，研究了侵蝕時(shí)間、環(huán)境溫度、應(yīng)力水平、環(huán)境氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)及侵蝕方式等因素對(duì)氯離子擴(kuò)散特征和構(gòu)件抗彎性能的影響.試驗(yàn)結(jié)果表明：浸泡環(huán)境中混凝土內(nèi)部氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)較鹽霧環(huán)境高；試件內(nèi)部氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨腐蝕時(shí)間、環(huán)境溫度、環(huán)境氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)及應(yīng)力水平的增大而增大；氯離子擴(kuò)散系數(shù)隨應(yīng)力水平和環(huán)境溫度的提高而增大；在較低應(yīng)力水平、較低環(huán)境溫度和較短的侵蝕時(shí)間內(nèi)，混凝土構(gòu)件極限彎拉強(qiáng)度有小幅度上升趨勢(shì)，然后隨侵蝕時(shí)間的增長(zhǎng)而衰減；混凝土構(gòu)件的極限彎拉應(yīng)變隨各影響因素的增大而降低.研究結(jié)果可為鋼筋混凝土構(gòu)件在氯鹽侵蝕環(huán)境下的耐久性評(píng)估及設(shè)計(jì)提供依據(jù)，具有一定工程實(shí)際意義.關(guān)鍵詞: 氯離子；浸泡侵蝕；鹽霧侵蝕；彎拉應(yīng)力；環(huán)境溫度；擴(kuò)散系數(shù)；抗彎性能

鋼筋混凝土由于施工方便、性能優(yōu)越、經(jīng)濟(jì)實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)，在土木工程建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用.然而在海洋、鹽湖、鹽堿地及工業(yè)廠房等氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高的服役環(huán)境中，混凝土構(gòu)件可能在氯離子的侵蝕作用下出現(xiàn)鋼筋銹蝕、強(qiáng)度衰減等耐久性問(wèn)題[1-3].同時(shí)，由外部荷載作用引發(fā)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部微裂紋損傷，可能加劇氯離子對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的侵蝕作用，使得混凝土構(gòu)件過(guò)早的出現(xiàn)耐久性劣化問(wèn)題，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失[4-5].

國(guó)內(nèi)外學(xué)者圍繞氯離子侵蝕混凝土造成混凝土結(jié)構(gòu)耐久性能下降的問(wèn)題展開(kāi)了廣泛研究，如：Bae等[6]通過(guò)混凝土構(gòu)件的加速侵蝕實(shí)驗(yàn)研究了預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的抗氯離子侵蝕能力；Bhaskar等[7]開(kāi)展了帶裂紋預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的氯離子侵蝕實(shí)驗(yàn)，研究了水灰比與氯離子侵蝕程度之間的關(guān)系；Kakegawa等[8]研究了環(huán)境溫度對(duì)氯離子侵蝕鋼筋混凝土的影響規(guī)律；Onyejekwe 等[9]研究了鋼筋混凝土在氯離子侵蝕環(huán)境下的耐久性變化規(guī)律；孫叢濤等[10]探討了水膠比對(duì)氯離子擴(kuò)散性能的影響，研究了氯鹽侵蝕環(huán)境下混凝土結(jié)構(gòu)性能劣化的主要原因；鄭永來(lái)等[11]研究了碳化程度對(duì)混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)的影響；賈立哲[12]等通過(guò)數(shù)值模擬方法研究了非飽和鋼混結(jié)構(gòu)中氯離子的傳輸規(guī)律.

上述研究具有較大的理論和工程意義，但多數(shù)研究對(duì)影響氯離子侵蝕混凝土的因素考慮比較單一.本試驗(yàn)使用螺栓加載裝置對(duì)試件施加不同應(yīng)力水平的彎拉荷載，通過(guò)室內(nèi)不同氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)的浸泡侵蝕試驗(yàn)和鹽霧侵蝕試驗(yàn)研究侵蝕方式、氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)、應(yīng)力水平、環(huán)境溫度及侵蝕時(shí)間等多種因素對(duì)混凝土中氯離子擴(kuò)散及構(gòu)件抗彎性能的影響規(guī)律，以期為鋼筋混凝土構(gòu)件在氯鹽侵蝕環(huán)境下的耐久性評(píng)估及設(shè)計(jì)提供理論依據(jù).

1 試驗(yàn)內(nèi)容及布置

1.1 試件制作及處理

試驗(yàn)中混凝土試件采用2根Φ4鋼絲單側(cè)配筋且不設(shè)箍筋，試件保護(hù)層厚度10 mm.浸泡試驗(yàn)采用處于彎拉應(yīng)力狀態(tài)的100 mm×100 mm×600 mm混凝土試件；鹽霧試驗(yàn)采用尺寸為100 mm×100 mm×400 mm的無(wú)應(yīng)力混凝土試件.本次試驗(yàn)采用強(qiáng)度較低的C20混凝土試件，所用主要原料為P·O32.5R級(jí)硅酸鹽水泥、自來(lái)水、河砂和和連續(xù)級(jí)配石灰?guī)r碎石，其重量配合比為1∶0.56：1.94∶3.77.所有試件均一次性澆筑，澆筑好的試件如圖1所示，試件澆筑24 h后拆模，然后標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d.通過(guò)對(duì)養(yǎng)護(hù)28 d后的標(biāo)準(zhǔn)試塊進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，測(cè)得試件實(shí)際強(qiáng)度等級(jí)為C23.

為保證試驗(yàn)結(jié)果的直觀性，本次試驗(yàn)中各試件只留出一個(gè)長(zhǎng)方形界面作為滲透面，其余各面用環(huán)氧樹(shù)脂涂刷密封，滲透面均為試件配筋側(cè).將刷好環(huán)氧樹(shù)脂的試件放至陰涼處晾48 h直至干燥.侵蝕試驗(yàn)過(guò)程中各工況條件下試件均成對(duì)布置，一根構(gòu)件用以測(cè)試構(gòu)件內(nèi)部氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)，另一根構(gòu)件用以測(cè)試構(gòu)件在各種侵蝕條件下的強(qiáng)度性能.

圖1 混凝土試件

1.2 浸泡環(huán)境侵蝕試驗(yàn)

為提高氯離子擴(kuò)散侵蝕速度，本次試驗(yàn)采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的NaCl侵蝕溶液.試驗(yàn)通過(guò)兩試件中部墊片和兩端螺桿加壓的方法施加彎拉荷載，如圖2所示.試件加載時(shí)配筋側(cè)靠外，通過(guò)試件中部電阻應(yīng)變片來(lái)控制彎拉荷載的大小.在對(duì)試件施加不同水平的彎拉荷載后，再對(duì)螺桿，墊片再涂一層防腐漆.然后將試件放入NaCl溶液中浸泡侵蝕，具體試件編號(hào)及試驗(yàn)布置情況見(jiàn)表1.

圖2 持續(xù)彎拉荷載施加裝置

編號(hào)尺寸/mm溫度/℃應(yīng)力水平/Fs0時(shí)間/d質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%取樣頻率/dW1100×100×40020030510W2100×100×40020030710W3100×100×40035030510W4100×100×40035030710W5100×100×40050030510W6100×100×40050030710

注：Fs0=12.76 kN，F(xiàn)s0為標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d試件的極限抗彎拉強(qiáng)度均值.

1.3 鹽霧環(huán)境侵蝕試驗(yàn)

由于鹽霧箱內(nèi)試驗(yàn)空間的限制，鹽霧試驗(yàn)均采用無(wú)應(yīng)力構(gòu)件.鹽霧侵蝕試驗(yàn)在鹽霧箱中進(jìn)行，利用鹽霧箱自動(dòng)控溫和連續(xù)噴霧功能，以實(shí)現(xiàn)不同環(huán)境溫度和鹽霧質(zhì)量分?jǐn)?shù)下混凝土構(gòu)件的侵蝕.鹽霧試驗(yàn)過(guò)程中集霧量為1.5～2.0 mL/80 cm2h，其具體工況布置見(jiàn)表2.

表2 鹽霧環(huán)境試驗(yàn)工況

2 試驗(yàn)結(jié)果測(cè)定及方法

2.1 氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)測(cè)定

試驗(yàn)按表1和表2所設(shè)計(jì)侵蝕時(shí)間測(cè)試構(gòu)件內(nèi)部不同深度處的氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù).在進(jìn)行氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)測(cè)試前首先將試樣表面風(fēng)干，再用鉆頭打磨表面混凝土，取1～2 g粉末測(cè)量表面氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)Cs，然后采用鉆機(jī)垂直于滲透面鉆取粉末，每隔5 mm取一次粉末，取粉深度為30 mm，試件取樣完成后用環(huán)氧樹(shù)脂將鉆孔封閉，然后置入侵蝕溶液中繼續(xù)浸泡侵蝕.對(duì)于每份粉末試樣，稱(chēng)取1 g放入50 mL蒸餾水中，萃取48 h后，采用CABR-RCTF型快速氯離子測(cè)定儀測(cè)定每個(gè)試樣的氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù).

2.2 彎拉強(qiáng)度測(cè)定

采用500 kN多功能液壓試驗(yàn)機(jī)測(cè)試表1和表2所設(shè)計(jì)各種侵蝕工況下試件的強(qiáng)度性能.抗彎強(qiáng)度測(cè)試前在試件靠近鋼筋一側(cè)的中部貼上10 cm的電阻應(yīng)變片，以測(cè)量混凝土試件受彎過(guò)程中的拉應(yīng)變，測(cè)試過(guò)程中試件配筋側(cè)受拉，采用0.02 MPa/s的加荷速度施加豎向壓力直至試件破壞，記錄極限荷載P及其極限應(yīng)變?chǔ)?，彎拉?qiáng)度試驗(yàn)見(jiàn)圖3.

圖3 彎拉強(qiáng)度試驗(yàn)

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 構(gòu)件內(nèi)部氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布規(guī)律

圖4為不同侵蝕時(shí)間和侵蝕環(huán)境下試件內(nèi)部氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨深度的分布規(guī)律.從圖4可以見(jiàn)，隨著侵蝕時(shí)間的增長(zhǎng)，混凝土?xí)r間內(nèi)部相同深度處的氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈逐步增大的趨勢(shì)；同時(shí)，浸泡侵蝕環(huán)境下構(gòu)件內(nèi)部氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鹽霧侵蝕環(huán)境下構(gòu)件內(nèi)部的氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù).

圖4 不同侵蝕時(shí)間和侵蝕環(huán)境下氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布

Fig.4 Distributions of chloride ion concentration at different erosion time and under different erosion environment

圖5為不同環(huán)境溫度和氯鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)條件下鹽霧侵蝕30 d后試件內(nèi)部氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)的分布規(guī)律.從圖5可見(jiàn)，7%鹽霧質(zhì)量分?jǐn)?shù)中試件內(nèi)部氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯高于5%鹽霧質(zhì)量分?jǐn)?shù)中試件內(nèi)部氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)，但這種由氯化鈉鹽霧質(zhì)量分?jǐn)?shù)引起的混凝土內(nèi)部氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異隨深度的增大而減小.同時(shí)，從圖5可見(jiàn)，在相同鹽霧質(zhì)量分?jǐn)?shù)侵蝕環(huán)境下，混凝土試件內(nèi)部不同深度處氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)均隨環(huán)境溫度升高而呈現(xiàn)出增大的趨勢(shì).

圖5 不同環(huán)境溫度和氯鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)下氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布

Fig.5 Distributions of chloride ion concentration under different environmental temperature and chloride ion concentration

圖6為混凝土試件在不同彎拉應(yīng)力水平下浸泡侵蝕60 d后其內(nèi)部氯離子含量沿滲透深度的分布情況.由圖6可見(jiàn)，由于試件在彎拉應(yīng)力狀態(tài)下其受拉側(cè)的孔隙率增大，同時(shí)拉應(yīng)力也可能造成混凝土內(nèi)部產(chǎn)生微裂紋，從而使得外界氯離子容易侵入混凝土內(nèi)部，致使混凝土試件內(nèi)部氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布隨應(yīng)力水平的增大而呈現(xiàn)出明顯的增大趨勢(shì).

圖7為無(wú)應(yīng)力混凝土試件分別在室溫下浸泡30 d與在20 ℃鹽霧環(huán)境侵蝕30 d后試件內(nèi)部氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)的分布情況.從圖7可看出，在相同的環(huán)境氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)下，浸泡試件內(nèi)部氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)較鹽霧侵蝕試件內(nèi)部氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，這種情況在接近混凝土表面處特別顯著，但隨著距混凝土表面的距離增加，兩者之間差距逐漸減小.

圖6 不同應(yīng)力水平下氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布

Fig.6 Distributions of chloride ion concentration under different stress levels

圖7 不同侵蝕方式下氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布

Fig.7 Distributions of chloride ion concentration under different erosion ways

3.2 氯離子擴(kuò)散系數(shù)變化規(guī)律

基于Fick第二定律，混凝土構(gòu)件內(nèi)部任意時(shí)刻不同深度的氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)可按下式計(jì)算：

(1)

基于式(1)擬合不同環(huán)境溫度、不同鹽霧質(zhì)量分?jǐn)?shù)條件下氯離子擴(kuò)散系數(shù)D與侵蝕時(shí)間的關(guān)系，其結(jié)果如圖8所示.可以看出，隨著腐蝕時(shí)間的增加，由于混凝土內(nèi)部的水泥漿體結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，其孔隙率不斷縮小，故在相同環(huán)境溫度和鹽霧質(zhì)量分?jǐn)?shù)下，氯離子擴(kuò)散系數(shù)D隨侵蝕時(shí)間的增加而逐漸減小.同時(shí)，從圖8可以看出，20 ℃與35 ℃環(huán)境溫度下氯離子擴(kuò)散系數(shù)隨侵蝕時(shí)間下降趨勢(shì)較緩，50 ℃時(shí)下降趨勢(shì)較為明顯，說(shuō)明溫度越高，構(gòu)件內(nèi)部水泥漿體結(jié)構(gòu)變化越劇烈，故其擴(kuò)散系數(shù)隨時(shí)間下降的趨勢(shì)越明顯.

圖9為基于式(1)擬合所得氯離子擴(kuò)散系數(shù)D與侵蝕環(huán)境溫度之間的關(guān)系.由圖9可見(jiàn)，氯離子擴(kuò)散系數(shù)D隨溫度的升高而增大，但兩種不同鹽霧質(zhì)量分?jǐn)?shù)情況下擬合出的結(jié)果相差不大，可見(jiàn)鹽霧質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)氯離子擴(kuò)散系數(shù)D影響較小.

圖8 鹽霧侵蝕時(shí)間與氯離子擴(kuò)散系數(shù)的關(guān)系

Fig.8 Relationship between erosion time and chloride ion diffusion coefficient

圖9 氯離子擴(kuò)散系數(shù)與環(huán)境溫度的關(guān)系

Fig.9 Relationship between environment temperature and chloride ion diffusion coefficient

圖10為擬合得出的混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)D與彎拉應(yīng)力水平之間的關(guān)系.由圖10可知，混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)D隨應(yīng)力水平的增大而呈現(xiàn)增大趨勢(shì)，并且應(yīng)力水平越高，擴(kuò)散系數(shù)對(duì)應(yīng)曲線斜率越大，說(shuō)明擴(kuò)散系數(shù)增大的趨勢(shì)越明顯.

圖10 彎拉應(yīng)力水平與氯離子擴(kuò)散系數(shù)的關(guān)系

Fig.10 Relationship between stress level and chloride ion diffusion coefficient

3.3 試件極限彎拉強(qiáng)度變化規(guī)律

以彎拉強(qiáng)度絕對(duì)變化率α(%)作為試件極限彎拉強(qiáng)度變化的評(píng)定指標(biāo)：

(2)

式中：Fst為試件侵蝕后的極限抗彎拉強(qiáng)度，F(xiàn)s0為標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d試件的極限抗彎拉強(qiáng)度均值.

圖11為不同鹽霧質(zhì)量分?jǐn)?shù)、環(huán)境溫度條件下試件侵蝕30 d后彎拉強(qiáng)度的絕對(duì)變化率.

圖11 環(huán)境溫度與彎拉強(qiáng)度變化率的關(guān)系

Fig.11 Relationship between environmental temperature and flexural-tensile strength gradient

從圖11可見(jiàn)，彎拉強(qiáng)度絕對(duì)變化率隨環(huán)境溫度的升高而呈現(xiàn)下降趨勢(shì).此外，從圖11還可看出，當(dāng)環(huán)境溫度和鹽霧氯鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低時(shí)，侵蝕試件彎拉強(qiáng)度絕對(duì)變化率大于零，說(shuō)明混凝土試件的極限彎拉強(qiáng)度不下降反而上升.在環(huán)境溫度和鹽霧氯鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高的三種工況下，混凝土試件彎拉強(qiáng)度絕對(duì)變化率均小于零，說(shuō)明試件極限彎拉強(qiáng)度有所下降.這是由于為環(huán)境溫度較高時(shí)，氯離子擴(kuò)散侵蝕速度加快，鋼筋表面鈍化膜中性化鋼筋開(kāi)始銹蝕導(dǎo)致鋼筋與混凝土粘結(jié)性能退化，從而引起鋼筋拉彎強(qiáng)度下降.

圖12為試件彎拉強(qiáng)度絕對(duì)變化率與應(yīng)力水平之間的關(guān)系.可以看出，混凝土試件的彎拉強(qiáng)度絕對(duì)變化率隨彎拉應(yīng)力水平的增大而下降.零彎拉應(yīng)力水平和0.3Fs0彎拉應(yīng)力水平下混凝土試件的極限彎拉強(qiáng)度變化率大于零，說(shuō)明較小的彎拉應(yīng)力水平對(duì)混凝土試件內(nèi)部結(jié)構(gòu)影響小，且對(duì)氯離子擴(kuò)散速度影響不明顯.在70%極限彎拉應(yīng)力水平下試塊腐蝕后極限彎拉強(qiáng)度下降近15%，表明較高的應(yīng)力水平可能造成混凝土內(nèi)部產(chǎn)生微裂紋，促使氯離子擴(kuò)散系數(shù)變大，氯離子擴(kuò)散侵蝕速度加快，導(dǎo)致構(gòu)件彎拉強(qiáng)度下降.

圖12 應(yīng)力水平與彎拉強(qiáng)度變化率的關(guān)系

Fig.12 Relationship between stress level and flexural-tensile strength gradient

圖13為0.5Fs0彎拉應(yīng)力水平的混凝土試件浸泡侵蝕后彎拉強(qiáng)度絕對(duì)變化率隨侵蝕時(shí)間的變化規(guī)律.可以看出，混凝土試件彎拉強(qiáng)度絕對(duì)變化率在前60 d內(nèi)呈緩慢增長(zhǎng)趨勢(shì).其后，彎拉強(qiáng)度絕對(duì)變化率隨侵蝕時(shí)間的增長(zhǎng)呈下降趨勢(shì)，且幅度較大.這是由于在侵蝕前期，混凝土試件強(qiáng)度在28 d齡期之后有緩慢增長(zhǎng)趨勢(shì)，同時(shí)氯鹽對(duì)混凝土試件的侵蝕程度較輕微，對(duì)混凝土彎拉強(qiáng)度影響較小.在侵蝕60 d之后，混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)反生變化，鋼筋表面鈍化膜破壞，鋼筋開(kāi)始銹蝕引起鋼筋與混凝土黏結(jié)性能退化，故混凝土構(gòu)件極限彎拉強(qiáng)度呈現(xiàn)出明顯的衰減趨勢(shì).

圖13 侵蝕時(shí)間與彎拉強(qiáng)度變化率的關(guān)系

Fig.13 Relationship between erosion time and flexural-tensile strength gradient

3.4 試件極限彎拉應(yīng)變變化規(guī)律

以極限彎拉應(yīng)變相對(duì)變化率β(%)作為試件彎拉應(yīng)變變化的評(píng)價(jià)指標(biāo)：

(3)

式中：εt為不同工況下腐蝕試件的極限彎拉應(yīng)變，ε0為標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d試件的極限彎拉應(yīng)變均值.

混凝土試件在零彎拉應(yīng)力水平、0.5%和0.7%兩種鹽霧腐蝕條件下，極限彎拉應(yīng)變相對(duì)變化率β(%)與環(huán)境溫度之間的關(guān)系見(jiàn)圖14.從圖14可以看出，極限彎拉應(yīng)變相對(duì)變化率隨環(huán)境溫度的升高而下降.但極限應(yīng)變相對(duì)變化率均為負(fù)值，說(shuō)明混凝土試件在鹽霧侵蝕之后應(yīng)變性能下降.造成這一現(xiàn)象的原因不僅是氯離子擴(kuò)散侵蝕引起鋼筋表面銹蝕導(dǎo)致鋼筋與混凝土粘結(jié)性能退化，混凝土試件在荷載作用下的徐變效應(yīng)也是造成極限彎拉應(yīng)變相對(duì)變化率下降的主要原因.

圖14 環(huán)境溫度與彎拉應(yīng)變變化率的關(guān)系

Fig.14 Relationship between environmental temperature and flexural-tensile strength gradient

根據(jù)試件在室溫、質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%鹽溶液、不同應(yīng)力水平下侵蝕60 d的彎拉應(yīng)變測(cè)試結(jié)果，得出極限彎拉應(yīng)變相對(duì)變化率與荷載水平的關(guān)系如圖15所示.從圖15可看出，混凝土侵蝕之后極限彎拉應(yīng)變相對(duì)變化率隨彎拉應(yīng)力水平的增大而下降.這是由于較高的彎拉應(yīng)力不僅使混凝土構(gòu)件產(chǎn)生徐變效應(yīng)，同時(shí)還可能致使混凝土構(gòu)件內(nèi)部產(chǎn)生微裂紋，促使氯離子侵蝕速度加快，導(dǎo)致鋼筋與混凝土黏結(jié)性能退化，進(jìn)而造成試件抗彎應(yīng)變性能大幅度下降.

圖15 應(yīng)力水平與彎拉應(yīng)變變化率的關(guān)系

Fig.15 Relationship between stress level and flexural-tensile strain gradient

室溫侵蝕環(huán)境下，0.5Fs0應(yīng)力水平的混凝土試件在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的鹽溶液中極限彎拉應(yīng)變相對(duì)變化率與腐蝕時(shí)間的關(guān)系見(jiàn)圖16.從圖16可看出，混凝土試件極限彎拉應(yīng)變相對(duì)變化率隨腐蝕時(shí)間的增長(zhǎng)呈下降趨勢(shì)，且下降幅度較均勻，其與時(shí)間近似呈線性關(guān)系.

圖16 侵蝕時(shí)間與彎拉應(yīng)變變化率的關(guān)系

Fig.16 Relationship between erosion time and flexural-tensile strain gradient

4 結(jié) 論

1)混凝土試件內(nèi)部氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨腐蝕時(shí)間、環(huán)境溫度、氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)、應(yīng)力水平的增大而呈現(xiàn)出增大趨勢(shì).

2)在相同環(huán)境溫度、氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)、應(yīng)力水平和侵蝕時(shí)間下，浸泡侵蝕環(huán)境中混凝土試件內(nèi)部氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布高于鹽霧侵蝕環(huán)境下混凝土試件內(nèi)部氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù).

3)氯離子擴(kuò)散系數(shù)隨彎拉應(yīng)力水平和環(huán)境溫度的提高而增大，但環(huán)境氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)和侵蝕時(shí)間對(duì)氯離子擴(kuò)散系數(shù)影響較小.

4)在較低彎拉應(yīng)力水平、環(huán)境溫度和較短侵蝕時(shí)間內(nèi)，混凝土構(gòu)件極限彎拉強(qiáng)度有小幅度上升趨勢(shì)，然后隨侵蝕時(shí)間的增長(zhǎng)而衰減，混凝土構(gòu)件的極限彎拉應(yīng)變隨各影響因素的增大而降低.

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(編輯 趙麗瑩)

Chloride ion erosion experiment of concrete members under different environmental conditions

LI Lin1,2, DING Shijun3, LI Jingpei1,2, LI He1,2

(1.Key Laboratory of Geotechnical and Underground Engineering (Tongji University), Ministry of Education, Shanghai 200092,China; 2.Department of Geotechnical Engineering, College of Civil Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China;3.China Electric Power Research Institute, Beijing 100055, China)

To study the erosion degradation rule of the concrete member under different chloride ion erosion conditions, the chloride ion immersion tests for the flexural-tensile concrete member and salt spray tests for non-stress concrete member were carried out. Based on the test results of chloride mass fraction, flexural-tensile strength and flexural-tensile strain of concrete member, the effects of erosion time, environmental temperature, stress level, environmental chloride ion mass fraction and erosion pattern on the diffusion rule of chloride ion and flexural-tensile strength of concrete members were studied. The results show that, the chloride ion mass fraction in soaking environment is higher than that in salt spray environment; the chloride ion mass fraction increases with the erosion time, environmental temperature, chloride ion concentration and stress level; the diffusion coefficient increases with the increasing of the stress level and temperature; under the condition of lower stress level, lower temperature and shorter erosion time, the ultimate flexural-tensile strength of concrete members has a slight upward trend, and then it decreases with erosion time; the ultimate flexural-tensile strain of concrete members decreases while the influence factors increase. The results provide a theoretical base for the durability assessment and design for concrete member under chloride ion erosion environmental and have some practical values.

chloride ion; immersion erosion; salt spray erosion; flexural-tensile stress; environmental temperature; diffusion coefficient; flexural performance

10.11918/j.issn.0367-6234.2016.12.003

2015-10-02

國(guó)家自然科學(xué)基金(51178341)； 中國(guó)電力科學(xué)研究院資助項(xiàng)目(GC7113001,GC7114004)

李 林(1986—)，男，博士研究生； 李鏡培(1963—)，男，教授，博士生導(dǎo)師

李鏡培，lijp2773@#edu.cn

TU528

A

0367-6234(2016)12-0028-06