袁偉靜

(東北林業(yè)大學(xué)，哈爾濱，150040)

柳俊哲

(寧波大學(xué))

氯鹽和碳化雙重腐蝕對(duì)鋼筋混凝土強(qiáng)度的影響1)

袁偉靜

(東北林業(yè)大學(xué)，哈爾濱，150040)

柳俊哲

(寧波大學(xué))

運(yùn)用多試件重復(fù)測(cè)量設(shè)計(jì)的方差分析方法，并對(duì)原始數(shù)據(jù)分析采用Bonferroni法進(jìn)行兩兩比較，測(cè)試碳化和氯鹽雙重腐蝕的試件強(qiáng)度，分析不同氯離子量和水灰比對(duì)不同齡期碳化后鋼筋混凝土抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度的影響。結(jié)果表明：水灰比對(duì)混凝土試件強(qiáng)度影響顯著；隨著水灰比的增大，氯鹽對(duì)混凝土試件的強(qiáng)度有一定的促進(jìn)作用。

鋼筋腐蝕；鋼筋混凝土；抗折強(qiáng)度；抗壓強(qiáng)度

林區(qū)橋梁的力學(xué)支撐中，混凝土中的鋼筋起到很大作用，鋼筋的銹蝕問(wèn)題是研究的核心問(wèn)題。從各個(gè)林區(qū)近幾年橋梁維修加固工程看，主要進(jìn)行了鋼絲和鋼絞線對(duì)混凝土外部加固以及采用鋼板貼合、增設(shè)桁梁等方法[1-3]，目的是提高橋梁力學(xué)的承載能力?；炷林袖摻畹匿P蝕，表現(xiàn)較突出的是混凝土碳化以及氯離子的腐蝕[4-8]。氯離子對(duì)混凝土中鋼筋的腐蝕，表現(xiàn)在氯化鈣、氯化鈉等氯鹽作為混凝土常用的外加劑的頻繁使用[9-10]。它們?cè)诖倌⒃鐝?qiáng)、降低冰點(diǎn)等方面有著顯著的作用，且廉價(jià)易得，使用方便。但是，這些氯鹽一般都將加劇混凝土中鋼筋的銹蝕，破壞混凝土內(nèi)部高堿環(huán)境，使鋼筋表面致密的鈍化膜遭到侵蝕[15-18]，氯鹽是鋼筋腐蝕的主要因素之一?；炷恋奶蓟侵缚諝庵械乃嵝詺怏wCO2與混凝土中的液相堿性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，使得混凝土堿性下降和混凝土中化學(xué)成分改變的中性化反應(yīng)過(guò)程[11-12]。當(dāng)中性化深度大于混凝土的保護(hù)層厚度時(shí)，會(huì)破壞保護(hù)層下鋼筋表面的鈍化膜，在鈍化膜被破壞后，伴隨著水和空氣的共同作用，鋼筋會(huì)出現(xiàn)銹蝕[13-14]?；炷撂蓟囊蛩乜煞譃椋褐車h(huán)境因素、材料因素和施工因素等三大類。其中水灰比的多少直接影響碳化深度和滲透力問(wèn)題，本文著重研究水灰比與氯離子以及各個(gè)碳化齡期的變化，目的是找到鋼筋混凝土的碳化和氯鹽復(fù)合作用對(duì)橋梁腐蝕的影響規(guī)律。

筆者針對(duì)林區(qū)橋梁出現(xiàn)的垮塌和腐蝕現(xiàn)象，運(yùn)用多試件重復(fù)測(cè)量設(shè)計(jì)的方差分析方法，結(jié)合兩兩對(duì)比，分析不同氯離子含量和水灰比對(duì)不同齡期碳化后混凝土抗折和抗壓強(qiáng)度的影響，旨在為提高林區(qū)橋梁的堅(jiān)固性和耐用性提供參考。

1 材料與方法

水泥為42.5普通硅酸鹽水泥，取自黑龍江省興隆水泥有限公司生產(chǎn)的硅酸鹽水泥PO42.5，按照GB/T 17671—1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法(ISO)》檢驗(yàn)，水泥符合GB 175—1999《硅酸鹽水泥普通硅酸鹽水泥標(biāo)準(zhǔn)》要求。粉煤灰為普通二級(jí)灰，砂為普通河砂，其中砂細(xì)度模數(shù)為2.27，含水率為0.67%。化學(xué)制劑為鉻酸鉀、氯化鈉、硝酸銀等。

將水泥石按照m(膠凝材料)∶m(砂)∶m(水)=1.00∶2.50∶0.45配比，期間放置鋼筋，制作長(zhǎng)×寬×高為40 mm×40 mm×160 mm橋梁使用的鋼筋混凝土試件(為確保鋼筋混凝土試件內(nèi)部氯離子侵襲不受外部環(huán)境影響，制作時(shí)用塑料薄膜包裹水泥石試件)。

對(duì)水灰比(質(zhì)量比)為0.3、0.4、0.5的試件，分別編號(hào)為H、G、K；對(duì)每個(gè)相同水灰比試件中加入不同的氯鹽量(按質(zhì)量計(jì)算)，按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)，加入的氯鹽量分別為0、0.3%、0.6%、1.0%。根據(jù)試件不同的水灰比、不同的氯鹽量，試件統(tǒng)一編號(hào)為：H1(水灰比0.3、氯鹽量0)、H2(水灰比0.3、氯鹽量0.3%)、H3(水灰比0.3、氯鹽量0.6%)、H4(水灰比0.3、氯鹽量1.0%)，G1(水灰比0.4、氯鹽量0)、G2(水灰比0.4、氯鹽量0.3%)、G3(水灰比0.4、氯鹽量0.6%)、G4(水灰比0.4、氯鹽量1.0%)，K1(水灰比0.5、氯鹽量0)、K2(水灰比0.5、氯鹽量0.3%)、K3(水灰比0.5、氯鹽量0.6%)、K4(水灰比0.5、氯鹽量1.0%)。每組試件做多組數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試，運(yùn)用方差分析取均值比對(duì)。

在試件養(yǎng)護(hù)3、7、28 d時(shí)，分別測(cè)定抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度，分析其在氯鹽和碳化雙重作用下鋼筋混凝土試件的強(qiáng)度變化規(guī)律。

2 結(jié)果與分析

2.1氯鹽和水灰比雙重因素對(duì)鋼筋混凝土抗折強(qiáng)度的影響

采用Bonferroni法進(jìn)行兩兩比較，試件在水灰比和氯離子不同的情況下的兩兩比對(duì)，反應(yīng)出不同氯離子及不同水灰比試件在不同齡期對(duì)試件強(qiáng)度的影響。由表1可見：隨著齡期的增長(zhǎng)，相同水灰比時(shí)，不同氯鹽量的試件抗折強(qiáng)度均有不同程度的增加，但各個(gè)試件增加程度略有不同。

表1 3組試件在相同水灰比、不同氯離子量時(shí)的各齡期試件抗折強(qiáng)度

試驗(yàn)組試件抗折強(qiáng)度/MPa養(yǎng)護(hù)3d養(yǎng)護(hù)7d養(yǎng)護(hù)28dH1(水灰比0.3、氯鹽量0)2.344.865.86H2(水灰比0.3、氯鹽量0.3%)3.374.235.73H3(水灰比0.3、氯鹽量0.6%)3.744.865.70H4(水灰比0.3、氯鹽量1.0%)3.675.386.94G1(水灰比0.4、氯鹽量0)3.855.085.31G2(水灰比0.4、氯鹽量0.3%)2.735.475.59G3(水灰比0.4、氯鹽量0.6%)3.505.265.23G4(水灰比0.4、氯鹽量1.0%)3.605.736.54K1(水灰比0.5、氯鹽量0)2.512.702.93K2(水灰比0.5、氯鹽量0.3%)3.423.093.48K3(水灰比0.5、氯鹽量0.6%)3.253.334.67K4(水灰比0.5、氯鹽量1.0%)3.463.633.72

H4試件在養(yǎng)護(hù)7 d時(shí)，抗折強(qiáng)度變?yōu)樗膫€(gè)試件中最大，28 d時(shí)達(dá)到最高值；G組試件與H組試件變化趨勢(shì)相似，G4(即水灰比和氯鹽量本組最大值)在7、28 d時(shí)，抗折強(qiáng)度達(dá)到本組試件中最高；K組試件中，隨著氯離子量的增加，試件抗折強(qiáng)度逐漸增加，到28 d時(shí)K3試件抗折變化達(dá)到最大。由表1可見：水灰比為0.3、0.4時(shí)與水灰比0.5時(shí)，試件的抗折強(qiáng)度變化略有不同，主要表現(xiàn)在7 d和28 d的變化上；7 d時(shí)，水灰比為0.3、0.4時(shí)，氯離子量為1.0%的試件抗折強(qiáng)度最大；在28 d時(shí)，水灰比為0.3、0.4時(shí)，仍然是氯離子量為1.0%的試件抗折強(qiáng)度最大。可見，氯離子對(duì)水泥石試件抗折強(qiáng)度有一定促進(jìn)作用。

由表2可見：氯離子相同情況下，隨著水灰比的增加，試件齡期增加抗折強(qiáng)度反而減小。當(dāng)齡期為7 d時(shí)，氯離子含量為0時(shí)，抗折強(qiáng)度由4.98降低到2.87，當(dāng)齡期為28 d時(shí)，抗折強(qiáng)度由6.01降為3.07，三組試件變化趨勢(shì)相同。但在養(yǎng)護(hù)3 d時(shí)，水灰比不同試件變化呈現(xiàn)出與其他試件不同的現(xiàn)象，水灰比為0.4時(shí)，達(dá)到峰值；可見，一定水灰比對(duì)試件抗折強(qiáng)度有一定促進(jìn)作用，但在試驗(yàn)范圍內(nèi)，增加水灰比反而會(huì)降低試件抗折強(qiáng)度。

表2 3組試件在相同氯離子量、不同水灰比時(shí)的各齡期試件抗折強(qiáng)度

試驗(yàn)組試件抗折強(qiáng)度/MPa養(yǎng)護(hù)3d養(yǎng)護(hù)7d養(yǎng)護(hù)28dH1(水灰比0.3、氯鹽量0)2.234.986.01G1(水灰比0.4、氯鹽量0)3.785.235.54K1(水灰比0.5、氯鹽量0)2.612.873.07H2(水灰比0.3、氯鹽量0.3%)3.214.555.78G2(水灰比0.4、氯鹽量0.3%)2.745.315.43K2(水灰比0.5、氯鹽量0.3%)3.363.023.45H3(水灰比0.3、氯鹽量0.6%)4.014.995.97G3(水灰比0.4、氯鹽量0.6%)3.505.325.45K3(水灰比0.5、氯鹽量0.6%)3.233.474.51H4(水灰比0.3、氯鹽量1.0%)3.515.206.89G4(水灰比0.4、氯鹽量1.0%)3.535.456.47K4(水灰比0.5、氯鹽量1.0%)3.253.703.99

2.2氯鹽和水灰比雙因素對(duì)鋼筋混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

采用Bonferroni法對(duì)兩兩因素進(jìn)行對(duì)比，重復(fù)獲取不同數(shù)據(jù)進(jìn)行均量分析，得到試件在相同水灰比下，氯離子對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響。由表3可見：當(dāng)水灰比相同時(shí)，氯離子量增加，均使試件抗壓強(qiáng)度有所增加，但增加幅度不同。當(dāng)水灰比為0.3(H組)、氯離子量為1.0%時(shí)，抗壓強(qiáng)度最大。當(dāng)水灰比為0.3(H組)，3 d時(shí)的抗壓強(qiáng)度，由強(qiáng)到弱依次為H4、H1、H2、H3；7 d時(shí)的抗壓強(qiáng)度，由強(qiáng)到弱依次為H4、H3、H1、H2；28 d時(shí)的抗壓強(qiáng)度，由強(qiáng)到弱依次為H4、H1、H2、H3。當(dāng)水灰比為0.4(G組)，氯離子量為0.6%時(shí)抗壓強(qiáng)度最大。當(dāng)水灰比為0.5(K組)，氯離子為1.0%時(shí)，抗壓強(qiáng)度最大?？梢?，氯離子對(duì)水泥石抗壓強(qiáng)度有一定影響，當(dāng)氯離子量為1.0%時(shí)，抗壓強(qiáng)度最大。

由表4可見：當(dāng)氯離子量相同時(shí)，水灰比在不同齡期的抗壓強(qiáng)度略有增長(zhǎng)。當(dāng)氯離子量相同時(shí)，試件的抗壓強(qiáng)度變化取決于水灰比的大小，抗壓強(qiáng)度由強(qiáng)到弱，基本依次為水灰比為0.3的抗壓試件、水灰比為0.4的抗壓試件、水灰比為0.5的抗壓試件。可見，抗壓強(qiáng)度的大小與不同水灰比密切相關(guān)，基本上呈現(xiàn)，相同氯離子條件下，水灰比與抗壓強(qiáng)度呈反比例的變化趨勢(shì)。

表3 3組試件在相同水灰比、不同氯離子量時(shí)的各齡期試件抗壓強(qiáng)度

試驗(yàn)組試件抗壓強(qiáng)度/MPa養(yǎng)護(hù)3d養(yǎng)護(hù)7d養(yǎng)護(hù)28dH1(水灰比0.3、氯鹽量0)32.6737.6546.92H2(水灰比0.3、氯鹽量0.3%)32.2534.6943.10H3(水灰比0.3、氯鹽量0.6%)27.0440.1842.07H4(水灰比0.3、氯鹽量1.0%)33.3346.9247.09G1(水灰比0.4、氯鹽量0)24.0226.8937.65G2(水灰比0.4、氯鹽量0.3%)21.7228.9337.73G3(水灰比0.4、氯鹽量0.6%)26.0727.5341.28G4(水灰比0.4、氯鹽量1.0%)21.8329.1136.57K1(水灰比0.5、氯鹽量0)10.3818.4522.73K2(水灰比0.5、氯鹽量0.3%)14.0818.6526.25K3(水灰比0.5、氯鹽量0.6%)16.2320.7527.30K4(水灰比0.5、氯鹽量1.0%)16.2222.3726.77

表4 3組試件在相同氯離子量、不同水灰比時(shí)的各齡期試件抗壓強(qiáng)度

試驗(yàn)組試件抗壓強(qiáng)度/MPa養(yǎng)護(hù)3d養(yǎng)護(hù)7d養(yǎng)護(hù)28dH1(水灰比0.3、氯鹽量0)32.3337.1145.00G1(水灰比0.4、氯鹽量0)25.7727.1433.13K1(水灰比0.5、氯鹽量0)11.1018.9721.07H2(水灰比0.3、氯鹽量0.3%)32.2434.0642.00G2(水灰比0.4、氯鹽量0.3%)22.2527.1334.09K2(水灰比0.5、氯鹽量0.3%)15.1118.9722.07H3(水灰比0.3、氯鹽量0.6%)27.0942.1442.98G3(水灰比0.4、氯鹽量0.6%)26.1727.2241.09K3(水灰比0.5、氯鹽量0.6%)16.1020.0726.34H4(水灰比0.3、氯鹽量1.0%)33.3347.0148.15G4(水灰比0.4、氯鹽量1.0%)22.1426.0034.14K4(水灰比0.5、氯鹽量1.0%)16.1520.0723.87

3 結(jié)論與討論

水灰比對(duì)混凝土試件強(qiáng)度變化影響顯著。經(jīng)分析，各組試件在3 d的抗折強(qiáng)度基本相近；但是，此時(shí)水灰比較小的組，抗壓強(qiáng)度較大；隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增加，這個(gè)規(guī)律越明顯?？拐蹚?qiáng)度，水灰比為0.3的組，也逐漸超過(guò)了水灰比大的組，這和基本規(guī)律也是一致的。在試驗(yàn)范圍內(nèi)，同等條件下，水灰比越大，試件的抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度越小。首先要保證水泥水化要有足夠的水，但也不需水灰比過(guò)大；水灰比小的試件抗折強(qiáng)度，在養(yǎng)護(hù)3 d后還有一個(gè)大幅的增長(zhǎng)過(guò)程，水灰比相對(duì)較大的在養(yǎng)護(hù)3 d后強(qiáng)度增長(zhǎng)率已經(jīng)不是很大了，并且水灰比越大越明顯。但是，對(duì)于同一個(gè)試件的抗壓強(qiáng)度，卻相反，水灰比較小的試件抗壓強(qiáng)度，在養(yǎng)護(hù)3 d后強(qiáng)度的增長(zhǎng)率不是很大；而水灰比較大試件的抗壓強(qiáng)度，在養(yǎng)護(hù)3 d后還有一個(gè)較大的增長(zhǎng)率，并且也表現(xiàn)出水灰比越大規(guī)律越明顯的特征。

隨著水灰比的增大，氯鹽對(duì)于混凝土試件的強(qiáng)度有一定的促進(jìn)作用。隨著氯鹽量的增加，抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度都有所提高，但是，隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增加，這些試件強(qiáng)度差異在逐漸縮小。氯鹽有細(xì)化混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的作用，并且促進(jìn)水泥水化的作用，一般會(huì)提高水泥試件的早期強(qiáng)度。雖然氯鹽會(huì)提高水泥試件的早期強(qiáng)度，但是，對(duì)于抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度，影響的大小不一。對(duì)于抗折強(qiáng)度，水灰比小的試件，隨著氯鹽量的增加抗折強(qiáng)度增加的幅度和增長(zhǎng)率都較大；而水灰比大的試件，抗折強(qiáng)度增加的幅度和增長(zhǎng)率都相對(duì)前者小。即，對(duì)于抗折強(qiáng)度，隨著水灰比的增大，氯鹽對(duì)提高水泥試件的早期抗折強(qiáng)度的作用在削弱；而抗壓強(qiáng)度的規(guī)律則相反，隨著水灰比的增大，氯鹽對(duì)試件抗壓強(qiáng)度的影響在增加。

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EffectofChlorideandCarbonationCorrosionontheStrengthofReinforcedConcrete

//Yuan Weijing

(Northeast Forestry University, Harbin 150040, P. R. China);

Liu Junzhe

(Ningbo University)

Using the variance analysis of multi-specimen repeated measurement design and the Bonferroni method, we tested the strength of reinforced concrete with carbonized and chloride double corrosion, and studied the effects of different chloride ion and water-cement ratio on the flexural strength and compressive strength of reinforced concrete with varied ages after carbonation. The water-cement ratio has a significant effect on the strength of concrete specimen. With the increase of water-cement ratio, the chloride salt could improve the strength of the reinforced concrete.

Steel corrosion; Reinforced concrete; Flexural strength; Compressive strength

TB304

1)國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51278255，51478227)；寧波市重大科技計(jì)劃(2013C51006)。

袁偉靜，女，1976年7月生，東北林業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，博士研究生；現(xiàn)工作于黑龍江工程學(xué)院藝術(shù)與設(shè)計(jì)學(xué)院。E-mail：357457486@qq.com。

2017年7月12日。

責(zé)任編輯：張 玉。

//Journal of Northeast Forestry University，2017,45(10)：94-96.