汪林華,楊云龍,范長利,彭 勇,奚歡歡

(成都建工蓉睿建材有限公司,四川 成都 610000)

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 原材料及混凝土配合比設(shè)計(jì)

表1 材料參數(shù)表 單位:kg/m3

設(shè)計(jì)水灰比為0.35,混凝土試塊澆筑完成1 d后對其進(jìn)行自然養(yǎng)護(hù),養(yǎng)護(hù)時(shí)間為標(biāo)準(zhǔn)條件下28 d。

侵蝕溶液采用無水硫酸鈉溶液進(jìn)行配置,濃度分別為0%、3%、6%、9%,為探究不同侵蝕濃度下,立方體混凝土試塊在不同時(shí)期表觀變化、強(qiáng)度變化及彈性模量,每組試塊數(shù)量為個(gè)8塊,分別浸泡在不同濃度的硫酸鹽溶液中,在相對應(yīng)的時(shí)間段取出試塊觀察表觀變化,隨后進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測試,抗壓強(qiáng)度測試實(shí)驗(yàn)包括立方體抗壓強(qiáng)度和彈性模量變化實(shí)驗(yàn)。

1.2 試驗(yàn)過程

養(yǎng)護(hù)完成的立方體試塊隨機(jī)分成四組,每組試塊數(shù)量為8個(gè),共計(jì)32個(gè)混凝土試塊,分別浸泡在四種濃度的溶液中,在不同時(shí)間段,同時(shí)取出四種溶液中浸泡的立方體試塊進(jìn)行強(qiáng)度測試及表觀變化分析?；炷亮⒎襟w抗壓強(qiáng)度是衡量混凝土強(qiáng)度的重要指標(biāo),彈性模量是反映混凝土應(yīng)力應(yīng)變之間的對應(yīng)關(guān)系,混凝土強(qiáng)度等級越高其彈性模量也就越大,試驗(yàn)中采用壓力試驗(yàn)機(jī)可測取相關(guān)數(shù)據(jù),試驗(yàn)過程均按照標(biāo)準(zhǔn)測試方法進(jìn)行。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 試件表觀變化特征

同一時(shí)間段時(shí)間節(jié)點(diǎn)下不同硫酸鹽濃度條件下的混凝土立方體試件表觀變化情況。

同一時(shí)間節(jié)點(diǎn)下,不同濃度侵蝕溶液中混凝土試塊表觀過程,由于初始狀態(tài)(侵蝕時(shí)長為0 d)時(shí)各混凝土塊無表觀變化,因此略去此過程。橫向?qū)Ρ瓤梢钥闯?在同一時(shí)間節(jié)點(diǎn)下,不同濃度的侵蝕溶液對混凝土試塊的侵蝕程度并不相同。侵蝕前期,四種濃度的混凝土試塊表觀上差異不大,均有少量白色晶體附著于表面。該晶體為硫酸鹽溶液結(jié)晶體,實(shí)際工程中也能發(fā)現(xiàn)。在酸性較強(qiáng)的混凝土工程結(jié)構(gòu)物表面,時(shí)常附著有不同程度的結(jié)晶體。自然條件下,侵蝕離子更為多樣化,此變化會更加明顯。侵蝕中期,不同溶液中的混凝土試塊開始出現(xiàn)點(diǎn)狀侵蝕坑洞。濃度為0%的試塊表面幾乎無變化,隨著溶液硫酸鹽濃度的增加,坑洞分布逐漸密集。統(tǒng)計(jì)試塊單面坑洞數(shù)量及深度可以發(fā)現(xiàn),濃度為9%的侵蝕環(huán)境下,試件表面坑洞面積達(dá)4.2%,比濃度3%侵蝕環(huán)境多2.9%。但其坑洞開口大小卻比6%濃度侵蝕條件下的試塊坑洞開口小,在6%侵蝕條件下,混凝土試塊表面坑洞數(shù)量較少,但開口較大,深度較淺,呈圓形點(diǎn)狀不規(guī)則分布于試塊表面。侵蝕中期,試塊棱邊完整,但頂角處出現(xiàn)不同程度的破損,在實(shí)際工程中也可以發(fā)現(xiàn),混凝土結(jié)構(gòu)物受環(huán)境侵蝕往往從頂角處開始出現(xiàn)破壞,原因在于這些節(jié)點(diǎn)處常常有硫酸鹽結(jié)晶堆積,侵蝕濃度更大。侵蝕后期,混凝土試塊表面顏色發(fā)生變化,顏色由之前的深褐色轉(zhuǎn)為淺灰色,試塊表面呈現(xiàn)條紋狀結(jié)晶體,表面坑洞開口變大,多處細(xì)小開口連成片狀,試件表面開始出現(xiàn)片狀剝落區(qū)域。在濃度為9%的侵蝕溶液中,試塊棱邊出現(xiàn)齒狀破壞,侵蝕程度最為嚴(yán)重。

從試件表觀變化規(guī)律可以看出,侵蝕溶液濃度越大,混凝土試塊侵蝕程度越嚴(yán)重,且隨時(shí)間的增長,侵蝕破壞會從混凝土試件頂角處開始,逐步向棱邊進(jìn)行,最終導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)整體發(fā)生侵蝕剝落,嚴(yán)重威脅結(jié)構(gòu)物的安全性能[4]。

2.2 立方體抗壓強(qiáng)度

取不同侵蝕條件的混凝土試塊進(jìn)行立方體抗壓性能測試,測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如圖1所示。

圖1 混凝土試塊抗壓強(qiáng)度變化圖

侵蝕進(jìn)入中期階段時(shí),混凝土試塊強(qiáng)度開始出現(xiàn)降低。濃度為0%的清水對照組強(qiáng)度變化不大,其余各溶液中混凝土試塊強(qiáng)度均出現(xiàn)下降,其中濃度為3%的侵蝕溶液中的混凝土試塊強(qiáng)度下降幅度為11.4%,降低幅度最大。濃度為6%和9%的侵蝕溶液中的混凝土試塊強(qiáng)度降幅分別為7%和5%。侵蝕進(jìn)入后期,濃度為9%的侵蝕溶液中的混凝土試塊立方體抗壓強(qiáng)度開始陡降,降低幅度達(dá)到18%左右。6%濃度的侵蝕環(huán)境中,強(qiáng)度降低12%,3%濃度的侵蝕環(huán)境中,強(qiáng)度降低幅度較小,僅為6.5%,未被侵蝕的清水組混凝土試塊強(qiáng)度不降反增。從侵蝕中期到侵蝕后期可以看出,在未被硫酸鹽溶液侵蝕的條件下,混凝土立方體試塊的強(qiáng)度是比較穩(wěn)定的,本試驗(yàn)中,該組試塊強(qiáng)度穩(wěn)定在35 MPa左右,將其作為對照組混凝土試塊的最終強(qiáng)度,可以看出環(huán)境中硫酸鹽濃度越大,混凝土最終強(qiáng)度越低,侵蝕之后的混凝土構(gòu)件強(qiáng)度降低之后可能出現(xiàn)破壞的現(xiàn)象。在實(shí)際工程中,混凝土構(gòu)件簡單受硫酸鹽侵蝕,同時(shí)也處于受力狀態(tài),硫酸鹽侵蝕環(huán)境更為復(fù)雜[7]。從侵蝕中后期的過程可以看出,混凝土結(jié)構(gòu)在受到硫酸鹽侵蝕之后,強(qiáng)度必然降低,但不同濃度的環(huán)境下,混凝土強(qiáng)度快速下降的侵蝕周期是不同的。試驗(yàn)中3%的侵蝕環(huán)境,混凝土強(qiáng)度陡降發(fā)生在侵蝕中期,6%和9%的侵蝕環(huán)境下,混凝土強(qiáng)度陡降發(fā)生在侵蝕后期。

2.3 混凝土彈性模量

不同侵蝕環(huán)境中混凝土試塊彈性模量隨侵蝕時(shí)常的變化規(guī)律圖如圖2所示。可以看出,初始狀態(tài)下,混凝土試塊彈性模量為26.5 GPa。侵蝕前期,混凝土試塊立方體抗壓強(qiáng)度表現(xiàn)一致,其彈性模量也出現(xiàn)上升的情況。其原因同強(qiáng)度變化一致,侵蝕過程持續(xù)進(jìn)行,清水中的混凝土試塊彈性模量繼續(xù)增加,在侵蝕中期和侵蝕后期來到30.5 GPa。在含硫酸鹽的侵蝕環(huán)境中,混凝土彈性模量在侵蝕中期就出現(xiàn)降低,且該過程從中期一直持續(xù)到侵蝕結(jié)束,9%濃度的侵蝕環(huán)境下,侵蝕結(jié)束后混凝土彈性模量僅為22.5 GPa,6%濃度的侵蝕環(huán)境中,混凝土彈模為23.6 GPa,3%的侵蝕環(huán)境下,為24.8 GPa。以清水組侵蝕后期的混凝土彈模30.5 GPa為該組混凝土試件在實(shí)際工程中的標(biāo)準(zhǔn)彈模,濃度為9%的硫酸鹽侵蝕環(huán)境下,最終彈模下降了26%,其他濃度的侵蝕環(huán)境,混凝土彈模也有不同程度的降低。從曲線斜率可以看出,混凝土彈性模量的降低過程是連續(xù)且均勻的,只要環(huán)境中存在一定濃度的硫酸鹽,混凝土結(jié)構(gòu)在長期的侵蝕條件下均會出現(xiàn)彈模降低的情況。混凝土彈性模量降低之后,在外部荷載的作用下,結(jié)構(gòu)容易出現(xiàn)裂縫,混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的受力鋼筋也會受到自然環(huán)境中離子的侵蝕,使結(jié)構(gòu)鋼筋銹蝕,嚴(yán)重時(shí)將影響結(jié)構(gòu)受力,產(chǎn)生安全隱患[8]。

圖2 混凝土試塊彈性模量變化圖

3 結(jié) 論

(1)侵蝕溶液濃度越大,混凝土試塊侵蝕程度越嚴(yán)重,且隨時(shí)間的增減,侵蝕破壞會從混凝土試件頂角處開始,逐步向棱邊進(jìn)行,最終導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)整體發(fā)生侵蝕剝落。

(2)混凝土立方體抗壓強(qiáng)度在各濃度的侵蝕環(huán)境下,前期均會出現(xiàn)強(qiáng)度上升的情況,隨后在存在硫酸鹽離子的環(huán)境中,抗壓強(qiáng)度會降低,濃度為9%的侵蝕溶液中的混凝土試塊立方體抗壓強(qiáng)度降低幅度達(dá)到18%左右。

(3)混凝土試塊的彈性模量在侵蝕前期也會出現(xiàn)上升的情況,隨后清水組混凝土試件彈性模量強(qiáng)度維持在30.5 GPa,其余各組彈性模量持續(xù)降低,9%濃度的侵蝕環(huán)境下,侵蝕結(jié)束后混凝土彈性模量僅為22.5 GPa,下降了26%。