蘇林王 蔡健 劉培鴿 陳慶軍? 魏沐楊 容亮灣

(1.華南理工大學(xué) 土木與交通學(xué)院， 廣東 廣州 510640； 2.中交四航工程研究院有限公司 水工構(gòu)造物耐久性技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 廣東 廣州 510230； 3.華南理工大學(xué) 亞熱帶建筑科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)試驗(yàn)室， 廣東 廣州 510640)

鹽霧環(huán)境與交變荷載下混凝土梁的試驗(yàn)研究*

蘇林王1，2蔡健1，3劉培鴿2陳慶軍1，3?魏沐楊1容亮灣1

(1.華南理工大學(xué) 土木與交通學(xué)院， 廣東 廣州 510640； 2.中交四航工程研究院有限公司 水工構(gòu)造物耐久性技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 廣東 廣州 510230； 3.華南理工大學(xué) 亞熱帶建筑科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)試驗(yàn)室， 廣東 廣州 510640)

為實(shí)現(xiàn)對(duì)海洋鹽霧環(huán)境與疲勞交變荷載共同作用的模擬，研制了全國(guó)首臺(tái)海洋環(huán)境與動(dòng)荷載耦合試驗(yàn)設(shè)備，該設(shè)備包括環(huán)境箱和加載裝置兩部分;運(yùn)用該設(shè)備對(duì)9個(gè)試件進(jìn)行9種工況下的耦合試驗(yàn)，主要測(cè)定參數(shù)包括加載頻率及梁的應(yīng)力水平.結(jié)果表明:在加載頻率相同的情況下，應(yīng)力水平越大，同深度下的氯離子含量越大;在應(yīng)力水平為0.30及0.50的情況下，加載頻率越大，擴(kuò)散系數(shù)越大;受拉區(qū)的氯離子傳輸速度較受壓區(qū)明顯.由試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合與由靜載經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算得到的混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)D值的對(duì)比表明，加載頻率對(duì)構(gòu)件的氯離子傳輸存在較大的影響．

混凝土梁；交變荷載；鹽霧環(huán)境；共同作用；應(yīng)力水平；氯離子；試驗(yàn)研究

現(xiàn)役臨海結(jié)構(gòu)的海洋浪濺區(qū)同時(shí)受到海上鹽霧的侵蝕、上部裝卸、船舶靠泊及海浪拍打的復(fù)合作用，氯離子侵蝕加速了疲勞損傷，疲勞荷載影響氯離子的擴(kuò)散，二者共同作用使結(jié)構(gòu)發(fā)生早期損壞，甚至喪失耐久性能，這已成為實(shí)際工程中的重要問(wèn)題．

早期對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的研究只限于環(huán)境、材料及使用方面，而對(duì)荷載的影響及荷載與環(huán)境的耦合作用研究甚少.但近期的研究表明，外部荷載和環(huán)境條件共同作用會(huì)促使產(chǎn)生更多的微裂縫，并使原始微裂縫相互連通，使侵蝕性介質(zhì)更容易進(jìn)入混凝土內(nèi)部.杜修力等[1]從高、低荷載水平兩方面分別綜述了荷載對(duì)混凝土中氯離子滲透及擴(kuò)散性能影響的試驗(yàn)研究、理論分析及數(shù)值分析的研究進(jìn)展，建議在未來(lái)進(jìn)行復(fù)雜環(huán)境、復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的荷載-環(huán)境耦合試驗(yàn)研究.在靜態(tài)荷載對(duì)氯離子擴(kuò)散的影響方面，不少學(xué)者進(jìn)行了研究[2- 6]，但在動(dòng)態(tài)荷載對(duì)氯離子擴(kuò)散的影響方面，無(wú)論是試驗(yàn)或理論分析研究，成果都相對(duì)較少.Saito等[7]對(duì)混凝土受壓構(gòu)件的氯離子滲透進(jìn)行了試驗(yàn)研究，結(jié)果表明，循環(huán)荷載對(duì)氯離子侵蝕有較大的影響，循環(huán)荷載造成的混凝土損傷和裂縫將加速氯離子的滲透.王彩輝等[8- 9]研究了不同應(yīng)力水平以及動(dòng)載與溫度耦合作用下氯離子的傳輸行為，結(jié)果顯示，氯離子的擴(kuò)散系數(shù)隨應(yīng)力水平和溫度的提高而增大.牛荻濤等[10]開(kāi)展了鹽霧環(huán)境下彎曲疲勞損傷混凝土的氯離子侵蝕試驗(yàn)研究，結(jié)果表明，氯離子在混凝土中的擴(kuò)散系數(shù)隨疲勞損傷變量的增加而增大.劉子鍵等[11]先對(duì)鋼筋混凝土梁施加疲勞荷載，經(jīng)過(guò)海水浸泡和空氣環(huán)境干濕循環(huán)后，在靜力加載下獲得鋼筋混凝土梁的受彎承載力.Tran等[12]提出了用于預(yù)測(cè)彎曲循環(huán)載荷下素混凝土的受拉區(qū)的氯離子擴(kuò)散系數(shù)的模型．

以上研究表明，目前國(guó)內(nèi)外為數(shù)不多的動(dòng)載-

環(huán)境耦合試驗(yàn)中，大多是將銹蝕和疲勞荷載分開(kāi)交替施加，尚未見(jiàn)有可實(shí)現(xiàn)海水鹽霧環(huán)境和疲勞荷載耦合的試驗(yàn)設(shè)備，缺少對(duì)交變荷載和海洋鹽霧環(huán)境作用下的試驗(yàn)研究，因而其試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際情況存在一定的差別．

為此，文中研制了可以實(shí)現(xiàn)鹽霧環(huán)境和疲勞荷載耦合的試驗(yàn)設(shè)備，并進(jìn)行9根鋼筋混凝土梁試件在9種工況下的試驗(yàn)研究，以探討混凝土結(jié)構(gòu)海水鹽霧環(huán)境和疲勞荷載共同作用下的氯離子傳輸行為．

1 試驗(yàn)儀器設(shè)備

自主研制的設(shè)備包括加載裝置和海洋環(huán)境試驗(yàn)箱兩部分.實(shí)現(xiàn)加載裝置與環(huán)境箱共同工作是本試驗(yàn)設(shè)備的核心問(wèn)題，本設(shè)備采用了軌道連接的方式，以方便試驗(yàn)試件“出入”箱體.試驗(yàn)機(jī)底座設(shè)置T型滑槽，環(huán)境箱底部裝配底輪，可沿軌道滑入電液伺服動(dòng)靜試驗(yàn)機(jī)下方，試驗(yàn)時(shí)鎖住滑動(dòng)槽;當(dāng)進(jìn)行普通疲勞試驗(yàn)時(shí)，環(huán)境箱解鎖并滑出.另外，環(huán)境箱上部設(shè)有活動(dòng)“箱門(mén)”，上部加載裝置的加載頭可內(nèi)置于環(huán)境箱內(nèi)部，且有利于試驗(yàn)試件的吊裝.環(huán)境箱與加載裝置的連接如圖1所示．

圖1 環(huán)境箱與加載裝置的連接

Fig.1 Connection between loading equipment and environmental cabinet

合理的噴灑口數(shù)量及位置是保證海洋環(huán)境與荷載耦合試驗(yàn)成功的基礎(chǔ).考慮了試件高度與環(huán)境箱相對(duì)位置、指定濃度鹽霧的噴灑等主要因素后，最終確定了本試驗(yàn)設(shè)備的噴灑口位置及數(shù)量如圖2所示，總計(jì)12個(gè)噴灑口，其中位于箱底6個(gè)，環(huán)境箱長(zhǎng)側(cè)面各布置3個(gè)．

圖2 噴灑口的位置及數(shù)量

本試驗(yàn)設(shè)備的加載裝置可實(shí)現(xiàn)正弦、方波、三角波、單調(diào)波和簡(jiǎn)單正弦疊加波加載，最大靜態(tài)荷載為±500 kN，最大動(dòng)態(tài)荷載為±400 kN，頻率為0.01～20 Hz，精度為示值的±1%，可滿(mǎn)足試驗(yàn)?zāi)M需求．

2 疲勞荷載及腐蝕耦合作用試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)材料和試件制作

所用試驗(yàn)材料如下:珠江水泥廠生產(chǎn)的粵秀牌P.Ⅱ42.5R型硅酸鹽水泥;黃埔電廠生產(chǎn)的Ⅱ級(jí)粉煤灰，密度為2 140 kg/m3;廣東韶鋼嘉羊S95礦渣粉，密度為2 900 kg/m3;廣州產(chǎn)河沙，表觀密度為2 650 kg/m3，細(xì)度模數(shù)為2.7，Ⅱ區(qū)級(jí)配;粗骨料用最大粒徑為20 mm的復(fù)合級(jí)配碎石，粒徑為5～10 mm和10～20 mm的碎石質(zhì)量之比為3∶7，表觀密度為2 660 kg/m3;拌和用水為自來(lái)水;外加劑用廣州四航材料公司生產(chǎn)的聚羧酸高效減水劑.膠凝材料的化學(xué)成分見(jiàn)表1，其中IL為灼燒減量．

海洋浪濺區(qū)的混凝土結(jié)構(gòu)采用海工高性能混凝土，水膠比為0.32～0.36.本研究采用的水膠比為0.35，利用粉煤灰和礦渣粉取代部分水泥；膠凝材料中，水泥、粉煤灰、礦渣粉分別占40%、20%、40%.混凝土配合比中，膠材總量為420 kg/m3，砂為723 kg/m3，碎石為1 084 kg/m3，水為147 kg/m3.混凝土28d的抗壓強(qiáng)度為61.8 MPa，28 d的抗折強(qiáng)度為6.4 MPa．

表1 膠凝材料的化學(xué)成分

圖3 試件配筋示意圖(單位：mm)

2.2 試驗(yàn)方法

鋼筋混凝土梁養(yǎng)護(hù)28 d齡期后，將試驗(yàn)梁置于自制的動(dòng)態(tài)荷載與海洋環(huán)境同步耦合設(shè)備(見(jiàn)圖4)中，依照《海港工程高性能混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)》中硬化混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)浸泡試驗(yàn)的規(guī)定[13]，對(duì)試件進(jìn)行浪濺區(qū)鹽霧噴灑腐蝕環(huán)境模擬，采用165 g /L的NaCl溶液對(duì)試件進(jìn)行噴灑，噴灑流量為10 L /h．

圖4 同步耦合設(shè)備

疲勞試驗(yàn)采用三分點(diǎn)等幅加載方式(見(jiàn)圖5)，按照文獻(xiàn)[14]方法進(jìn)行.荷載波為正弦波，疲勞荷載循環(huán)應(yīng)力比為0.2，應(yīng)力水平(α)為0.15、0.30、0.50(疲勞荷載最大值與試件極限抗彎承載力對(duì)應(yīng)荷載的比值)，每個(gè)試件循環(huán)加載均為200萬(wàn)次.每種應(yīng)力水平采用2、5、10 Hz加載頻率.共設(shè)計(jì)了9個(gè)試件，如表2所示.試件編號(hào)中，Hz之后的數(shù)字代表頻率，L之后的數(shù)字代表應(yīng)力水平，如Hz10- L015代表加載頻率為10 Hz、應(yīng)力水平為0.15的試件．

圖5 加載方式(單位:mm)

試件編號(hào)試驗(yàn)機(jī)頻率/Hzα試驗(yàn)時(shí)間/hHz10?L015015555Hz10?L03010030555Hz10?L050050555Hz5?L0150151110Hz5?L03050301110Hz5?L0500501110Hz2?L0150152800Hz2?L03020302800Hz2?L0500502800

2.3 氯離子含量測(cè)定方法

每次試驗(yàn)結(jié)束后，試件取芯在混凝土專(zhuān)用鉆臺(tái)上鉆孔進(jìn)行，取芯位置(圖6中處)為試件的純彎曲段，在每根梁底的純彎段區(qū)域鉆取3個(gè)孔樣，取芯直徑為100 mm、深度為50～80 mm，測(cè)試結(jié)果為3組數(shù)據(jù)的平均值.其中BS、TS和B分別代表梁側(cè)面底部、梁側(cè)面頂部和梁底部.芯樣的制作及氯離子含量的測(cè)定參照文獻(xiàn)[15]規(guī)定進(jìn)行．

圖6 試件取芯位置

根據(jù)《海港工程高性能混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)》[13]，混凝土取粉的面積應(yīng)不小于粗骨料最大粒徑的3倍.本試驗(yàn)采用的粗骨料最大粒徑為20 mm，取粉面積為直徑100 mm的圓孔，滿(mǎn)足規(guī)范要求，可有效降低粗骨料的影響.測(cè)試混凝土粉樣前，先將粉樣烘干，以避免粉樣中水分對(duì)氯離子含量測(cè)試結(jié)果的影響.采用硬化混凝土磨粉機(jī)制取粉樣，磨粉面積、深度可精確控制，且每磨完一層后，清理磨頭及未收集完的上層粉樣，以避免鉆取過(guò)程中其他深度粉樣的干擾．

本試驗(yàn)精確取樣的具體方法如下:在試驗(yàn)結(jié)束后將加載構(gòu)件從環(huán)境箱中取出，在不同部位鉆取直徑為100 mm的芯樣，如圖6(c)所示，將取回的芯樣利用硬化混凝土磨粉機(jī)(見(jiàn)圖7(a)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖7(b)所示)分層磨粉,該設(shè)備預(yù)設(shè)固定坐標(biāo)，通過(guò)與固定坐標(biāo)的標(biāo)定來(lái)實(shí)現(xiàn)每層混凝土粉樣的精確控制，控制精度可達(dá)0.5 mm.混凝土試件的氯離子擴(kuò)散系數(shù)測(cè)試方法按照文獻(xiàn)[13]的要求進(jìn)行.混凝土粉樣中的氯離子含量測(cè)試所用儀器為瑞士萬(wàn)通公司的785DMP型自動(dòng)電位滴定儀．

圖7 硬化混凝土取粉設(shè)備

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 梁側(cè)面底部的氯離子含量分析

在不同加載頻率(2、5、10 Hz)下，各個(gè)試件梁側(cè)面底部在不同應(yīng)力水平作用時(shí)的氯離子含量隨取芯深度的變化如圖8所示.由圖中可見(jiàn)，對(duì)于加載頻率為5 Hz和10 Hz的試件，在相同深度處，一般應(yīng)力水平越大，氯離子含量越大.此現(xiàn)象在靠近表面區(qū)域較明顯，隨深度的增大，氯離子含量差異減小.在靠近混凝土表面區(qū)域(深度在1～4 mm之間)，氯離子含量曲線有一上凸的現(xiàn)象，與其他文獻(xiàn)的結(jié)果相似，這是因?yàn)樵诳拷砻嫣幋嬖趯?duì)流區(qū)，此區(qū)域內(nèi)氯離子傳輸相對(duì)不穩(wěn)定，氯離子含量經(jīng)常發(fā)生變化．

圖8 不同加載頻率下梁側(cè)面底部的氯離子含量分布

Fig.8 Distribution of chloride content at the beam side bottom under different loading frequencies

對(duì)于飽和混凝土中氯離子的傳輸規(guī)律，大多采用Fick第二定律來(lái)描述其擴(kuò)散過(guò)程[16]，而對(duì)于非飽和混凝土中氯離子的傳輸規(guī)律，則必須考慮其中存在的對(duì)流現(xiàn)象，因而需要采用擴(kuò)散對(duì)流方程進(jìn)行描述[17- 18].此時(shí)，擴(kuò)散對(duì)流方程的形式如下:

(1)

式中:t為時(shí)間;x為氯離子濃度測(cè)定位置到混凝土表層的距離;C為混凝土中氯離子的質(zhì)量分?jǐn)?shù);D(t，x)為與時(shí)間和距離相關(guān)的混凝土中氯離子的表觀擴(kuò)散系數(shù);u為對(duì)流速度，在分析中可以從宏觀角度出發(fā)假定其為不隨時(shí)間變化的常量．

若假定氯離子擴(kuò)散系數(shù)為一常量，則式(1)可轉(zhuǎn)換為

(2)

式(2)是對(duì)流擴(kuò)散偏微分方程式，此方程很難求得解析解，只能通過(guò)數(shù)值方法進(jìn)行求解，可通過(guò)有限單元法、有限差分法、有限體積法等來(lái)求解.文中利用有限差分法的無(wú)條件穩(wěn)定的Crank-Nicolson算法編制了Matlab程序，用于求解式(2)．

為了對(duì)文中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行最小二乘法擬合，需同時(shí)對(duì)3個(gè)未知數(shù)(u、D及混凝土表面氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)Cs)進(jìn)行迭代擬合，計(jì)算經(jīng)常無(wú)法收斂.為此，參考文獻(xiàn)[17]給出的對(duì)流速度u的數(shù)值范圍(8～45 pm/s)對(duì)本次試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，以求得擴(kuò)散系數(shù)D.計(jì)算結(jié)果表明，在u的建議取值范圍內(nèi)，D的變化幅度在1.5%以?xún)?nèi)，故文中取u=20 pm/s對(duì)梁側(cè)面底部數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到的擴(kuò)散系數(shù)D如表3所示．

表3 不同情況下擬合得到的氯離子擴(kuò)散系數(shù)Table 3 Fitted chloride diffusion coefficients under different cases

由于試驗(yàn)試件數(shù)量不多，其結(jié)果存在一定的離散性.同時(shí)由于疲勞荷載作用下，混凝土受拉區(qū)域會(huì)產(chǎn)生裂縫，裂縫處氯離子的傳輸行為會(huì)相對(duì)不穩(wěn)定，若取樣位置與裂縫相交會(huì)導(dǎo)致結(jié)果具有一定的離散性，但從圖8和表3可見(jiàn)，一般而言，在同一加載頻率下，應(yīng)力水平越高，其擴(kuò)散系數(shù)越大，表明混凝土在拉應(yīng)力耦合作用下，其氯離子傳輸會(huì)更加劇烈;對(duì)于應(yīng)力水平相同的試件，在應(yīng)力水平為0.30及0.50時(shí)，隨著加載頻率的增大，擴(kuò)散系數(shù)有增大的趨勢(shì)，這表明氯離子的傳輸性與加載頻率相關(guān)，隨著加載頻率的增大，荷載作用越劇烈，傳輸速度更快.這可能與高頻作用下混凝土內(nèi)部微裂縫聯(lián)通速度增快有關(guān).應(yīng)力水平為0.15時(shí)此現(xiàn)象不明顯，結(jié)果離散度較大．

3.2 梁不同位置的氯離子含量對(duì)比

圖9給出了梁側(cè)面底部、梁側(cè)面頂部的氯離子含量分布對(duì)比.可以看出:梁側(cè)面底部、梁側(cè)面頂部的氯離子含量曲線在同一應(yīng)力水平下的形狀大致相同，數(shù)值差異不大;當(dāng)加載頻率為5 Hz和10 Hz時(shí)，在較高應(yīng)力水平(0.50)下，梁側(cè)面底部氯離子含量比梁側(cè)面頂部要略高，原因是梁側(cè)面底部混凝土處于受拉狀態(tài)，而梁側(cè)面頂部混凝土處于受壓狀態(tài)，受拉區(qū)的裂縫對(duì)氯離子傳輸有一定的促進(jìn)作用[1]．

圖9 梁側(cè)面底部及側(cè)面頂部的氯離子含量分布對(duì)比

Fig.9 Comparison of chloride content distribution between the side top and the side bottom of the beam

表4給出了擬合得到的不同加載頻率下梁側(cè)面底部(受拉區(qū))與梁側(cè)面頂部(受壓區(qū))的氯離子擴(kuò)散系數(shù)D.從表中可見(jiàn)，在加載頻率為2 Hz和5 Hz時(shí)，梁側(cè)面底部的氯離子擴(kuò)散系數(shù)比梁側(cè)面頂部略大，原因是擴(kuò)散系數(shù)與應(yīng)力狀態(tài)相關(guān)，混凝土受拉時(shí)其傳輸速度加快(擴(kuò)散系數(shù)增大)，反之，傳輸速度有所下降(擴(kuò)散系數(shù)減小)，這與前面對(duì)氯離子含量曲線的分析結(jié)果基本一致．

表4 不同情況下受拉區(qū)與受壓區(qū)的氯離子擴(kuò)散系數(shù)擬合結(jié)果

Table 4 Fitted results of chloride diffusion coefficient of the tensile and compressive regions under different cases

位置D/(μm2·s-1)Hz10?L050Hz5?L050Hz2?L050受拉區(qū)599521302315受壓區(qū)724514582245

在加載頻率為5 Hz和10 Hz時(shí)，梁側(cè)面底部與梁底部在應(yīng)力水平為0.30和0.50下的氯離子含量分布比較如圖10所示.由圖可見(jiàn)，梁側(cè)面底部與梁底部的氯離子傳輸規(guī)律差異不明顯，因?yàn)榱簜?cè)面底部和梁底部的受力狀態(tài)相同，均為受拉，但形狀略有差異，表明結(jié)果還是具有一定的離散性．

圖10 梁側(cè)面底部及梁底部的氯離子含量分布對(duì)比圖

Fig.10 Comparison of the chloride content distribution between the bottom and the side bottom of the beam

3.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合與經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算的D值對(duì)比

為了驗(yàn)證靜態(tài)荷載下經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)疲勞荷載下結(jié)果的適用性，采用文獻(xiàn)[5]的公式計(jì)算靜態(tài)荷載下的D值，并與用本試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合所得D值進(jìn)行比較．

基于試驗(yàn)研究，文獻(xiàn)[5]提出了考慮水灰比、溫度、濕度、應(yīng)力水平等影響因素的擴(kuò)散系數(shù)DCl計(jì)算模型:

(3)

將本試驗(yàn)的各參數(shù)代入式(3)可求得靜態(tài)荷載下氯離子擴(kuò)散系數(shù)D值，如表5所示.由表中可見(jiàn):在相同加載時(shí)間與拉應(yīng)力狀態(tài)下，應(yīng)力水平越大，擴(kuò)散系數(shù)越大，壓應(yīng)力狀態(tài)則相反;在相同應(yīng)力水平與應(yīng)力狀態(tài)下，加載時(shí)間越長(zhǎng)，擴(kuò)散系數(shù)越小;在相同加載時(shí)間和應(yīng)力水平下，受拉時(shí)擴(kuò)散系數(shù)較受壓時(shí)大．

表5 根據(jù)式(3)計(jì)算得到的D值

對(duì)比表3-5可見(jiàn)，由本試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合得到的D值普遍比按式(3)計(jì)算得到的D值大.其原因可能是疲勞荷載下混凝土裂縫連通，氯離子的傳輸水平有所提高[2]，而頻率越高，差距相對(duì)越大，這表明了加載頻率對(duì)結(jié)構(gòu)的傳輸性存在著較大的影響．

文中試驗(yàn)結(jié)果表明，相比于無(wú)荷載或者靜態(tài)荷載下的研究結(jié)果，在氯離子與疲勞荷載耦合下結(jié)構(gòu)氯離子的傳輸速率明顯增大.采用目測(cè)方式時(shí)在鋼筋混凝土梁的表面沒(méi)有觀察到裂縫.對(duì)鋼筋混凝土梁鉆芯樣進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測(cè)試，混凝土芯樣的抗壓強(qiáng)度并沒(méi)有顯著降低.因此,文中通過(guò)CT成像技術(shù)對(duì)不同應(yīng)力水平下鋼筋混凝土梁的相同部位芯樣進(jìn)行觀測(cè)，結(jié)果見(jiàn)圖11．

圖11 不同應(yīng)力水平下混凝土內(nèi)裂縫寬度的CT圖像

Fig.11 CT images of crack width for RC beams under different load levels

由圖11可見(jiàn)，200萬(wàn)次疲勞荷載作用后，混凝土內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生部分微裂縫，且試件的裂縫寬度隨應(yīng)力水平的提高而增大，當(dāng)應(yīng)力水平由0.15提高至0.50時(shí)，裂縫寬度由28.8 μm增加至45.6 μm.而研究表明，混凝土內(nèi)部孔隙率和裂縫增加會(huì)降低混凝土的抗氯離子滲透性能[6].

4 結(jié)論

(1)根據(jù)試驗(yàn)研究的特點(diǎn)自主研發(fā)的國(guó)內(nèi)首臺(tái)海洋環(huán)境與動(dòng)態(tài)荷載耦合試驗(yàn)設(shè)備，可完成模擬鹽霧環(huán)境和疲勞荷載共同作用的試驗(yàn)．

(2)一般而言，在加載頻率相同的情況下，應(yīng)力水平越大，相同深度下的氯離子含量越大;在應(yīng)力水平為0.30及0.50的情況下，加載頻率越大，擴(kuò)散系數(shù)越大;受拉區(qū)氯離子的傳輸速度較受壓區(qū)更明顯．

(3)對(duì)比由試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合得到的D值與根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算得到的D值可知，加載頻率對(duì)結(jié)構(gòu)的傳輸性存在較大的影響，在疲勞荷載作用下構(gòu)件氯離子的傳輸速率比無(wú)荷載或者靜態(tài)荷載作用下有較大的提高．

由于文中試件數(shù)量不多，為了更好地揭示它們的內(nèi)在機(jī)理，尚需進(jìn)行更多的試驗(yàn)研究，才能更好地揭示臨海建筑物的耐久性．

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Experimental Investigation into RC Beam Under the Action of Alternating Load in Salt-Spray Environment

SULin-wang1，2CAIJian1，3LIUPei-ge2CHENQing-jun1，3WEIMu-yang1RONGLiang-wan1

(1. School of Civil Engineering and Transportation, South China University of Technology, Guangzhou 510640, Guangdong, China; 2.Key Laboratory of Durability Technology for Harbor and Marine Structure Ministry of Communications, CCCC Fourth Harbor Engineering Co., Ltd., Guangzhou 510230, Guangdong, China;3.State Key Laboratory of Subtropical Building Science, South China University of Technology, Guangzhou 510640, Guangdong, China)

In order to simulate the coupling action of salt-spray environment and fatigued alternating load exactly, the national first marine environment-dynamic load coupling test equipment, which consists of a loading device and an environmental cabinet, was developed. Then, a series of experiments were carried out on nine reinforced concrete (RC) beams under nine kinds of working conditions to test the parameters including loading frequency and beam’s stress level. Experimental results show that (1)at the same loading frequency and depth, the greater the stress is, the larger the content of chloride ions is;(2) in a stress level of 0.30 or 0.50, greater loading frequency may result in larger diffusion coefficient;and (3) the penetration of chloride ions in the tensile area is more evident than that in the compressive area. From the comparison of the tested chloride diffusion coefficientDvalues of concrete with the ones calculated by the empirical formula for static load, it is found that loading frequency has an obvious influence on the penetration of chloride ions of the beam.

reinforced concrete beam;alternating load;salt-spray environment;interaction;stress level;chlorine;experimental investigation

2016- 04- 08

交通運(yùn)輸部西部交通建設(shè)科技項(xiàng)目(201132849A1140);華南理工大學(xué)亞熱帶建筑科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自主研究課題 (2013ZC19);華南理工大學(xué)中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(2015ZM187) Foundation item: Supported by the Ministry of Transport Western Traffic Construction Technology Project(201132849A1140)

蘇林王(1979-),男,博士生,高級(jí)工程師,主要從事結(jié)構(gòu)耐久性研究.E-mail:slinwang@gzpcc.com

?通信作者: 陳慶軍(1975-),男,博士,副教授,主要從事結(jié)構(gòu)工程研究.E-mail:qjchen@scut.edu.cn

1000- 565X(2017)05- 0097- 08

TU 398

10.3969/j.issn.1000-565X.2017.05.014