混合侵蚀和冻融循环条件下混凝土力学机制试验研究
发布时间：2021-10-21 22:44
混凝土在硫酸盐侵蚀和冻融循环条件下易破坏,引发基础承载力下降。为了研究寒区盐渍土环境下混凝土的劣化机制,进行混凝土在硫酸钠和氯化钠混合溶液中的冻融循环试验,循环次数分别为0、10、20、30、40、50次;其次测量了冻融循环后混凝土的抗压强度,并结合X射线衍射试验,分析了侵蚀后混凝土内部物质的变化对力学性能的影响;最后通过冻融前后的弹性模量及质量变化,计算了损伤变量和质量损失率变化,研究了冻融循环下的混凝土损伤规律。研究结果表明:随着冻融次数的增加,混凝土力学性能大幅度弱化,内部损伤越严重,表面剥落越严重;弹性模量、抗压强度均大幅度降低,质量损失率与损伤变量均增大。混凝土内部发生了物理反应（芒硝的生成）和化学反应（石膏和钙矾石的生成）,共同造成了混凝土内部结构破坏。
【文章来源】：南京理工大学学报. 2020,44(04)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
硫酸钠溶液的饱和浓度曲线
降温模式图
冻融循环前后混凝土表观结构如图3所示。随着冻融循环的进行,混凝土表观结构劣化越严重;当冻融循环达到20次时,混凝土水下部分出现部分剥落,粗骨料露出,细裂纹开始生长,水面以上部分出现大量的盐晶体,晶体下面的砂浆表面变得粗糙;随着冻融次数的增加,剥落现象愈发严重,50次循环时,混凝土裂纹扩张,表面砂浆大块脱落,结构变得疏松,水下部分出现结晶盐,混凝土骨料外露。其原由是混凝土通过毛细吸水作用吸水,当水面以上混凝土的蒸发速率大于混凝土的吸水速率时,混凝土上部的蒸发区将产生过饱和溶液[13]。过饱和溶液在冻融的环境下结晶产生十水硫酸钠晶体,干湿循环条件下时,结合硫酸钠饱和曲线,当温度低于32.4 ℃时,硫酸钠结晶成芒硝,其界面处晶体形态如图4(a)所示;当温度高于32.4 ℃时,芒硝将脱水生成无水芒硝,反应式如式(3)所示,其界面处晶体形态如图4(b)所示。从芒硝变成无水芒硝的过程中将产生较大的结晶压力,是导致混凝土脱落、破坏的主要原因,如图5所示。当结晶压力大于混凝土的极限抗拉强度时,混凝剥落、破坏[30],质量损失增大。以及NaCl对混凝土的不利作用,氯化钠溶液中试件表面层饱和程度比水中时高,氯化钠溶液冻结后的冰块塑性较低,处于低温条件时,表层混凝土中的水凝结成冰,毛细作用又将试块内部混凝土孔隙中没凝结的水汇集过来,从而导致面层混凝土材料的严重剥蚀[11,31]。在冻融循环过程中,导致溶液浓度增大,引发过饱和比增大,当过饱和比达到3时,由式(1)计算,结晶压力可达到48.6 MPa,大于混凝土的强度,引发混凝土破坏。硫酸钠的结晶压力和NaCl的作用共同导致了混凝土的剥落。
【参考文献】：
期刊论文
[1]多孔介质中晶体的结晶压力分析[J]. 周凤玺,应赛,蔡袁强. 岩土工程学报. 2019(06)
[2]半浸泡混凝土中Na2SO4溶液传输过程[J]. 刘赞群,裴敏,刘厚,张丰燕,朱嘉慧. 建筑材料学报. 2020(04)
[3]An experimental study of salt expansion in sodium saline soils under transient conditions[J]. WAN Xusheng,YOU Zhemin,WEN Haiyan,William CROSSLEY. Journal of Arid Land. 2017(06)
[4]混凝土在浸泡和干湿循环作用下的抗氯盐侵蚀性能[J]. 李隽,高培伟,刘宏伟,张丽芳. 南京理工大学学报. 2017(05)
[5]硫铝酸盐水泥净浆半浸泡在碳酸钠溶液中的破坏机理[J]. 刘赞群,候乐,邓德华,张丰燕. 硅酸盐学报. 2017(05)
[6]降温速率对硫酸钠溶液晶体析出影响的试验研究[J]. 万旭升,赖远明. 冰川冻土. 2016(02)
[7]硫酸钠溶液和硫酸钠盐渍土的冻结温度及盐晶析出试验研究[J]. 万旭升,赖远明. 岩土工程学报. 2013(11)
[8]混凝土盐冻破坏机理（Ⅱ）:冻融饱水度和结冰压[J]. 杨全兵. 建筑材料学报. 2012(06)
[9]混凝土的抗酸雨腐蚀性及其机理研究[J]. 石立安,麻海燕,柯凯. 南京理工大学学报. 2012(04)
[10]混凝土CT图像的3维重建技术[J]. 田威,党发宁,陈厚群. 四川大学学报(工程科学版). 2010(06)
硕士论文
[1]硫酸盐腐蚀和冻融复合作用下混凝土的性能研究[D]. 张东方.青岛理工大学 2015
[2]混凝土单轴受压细观统计损伤本构模型研究[D]. 郗武.西安建筑科技大学 2013
[3]混凝土硫酸盐侵蚀抑制措施及其机理研究[D]. 高立强.西南交通大学 2008
本文编号：3449860
【文章来源】：南京理工大学学报. 2020,44(04)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
硫酸钠溶液的饱和浓度曲线
降温模式图
冻融循环前后混凝土表观结构如图3所示。随着冻融循环的进行,混凝土表观结构劣化越严重;当冻融循环达到20次时,混凝土水下部分出现部分剥落,粗骨料露出,细裂纹开始生长,水面以上部分出现大量的盐晶体,晶体下面的砂浆表面变得粗糙;随着冻融次数的增加,剥落现象愈发严重,50次循环时,混凝土裂纹扩张,表面砂浆大块脱落,结构变得疏松,水下部分出现结晶盐,混凝土骨料外露。其原由是混凝土通过毛细吸水作用吸水,当水面以上混凝土的蒸发速率大于混凝土的吸水速率时,混凝土上部的蒸发区将产生过饱和溶液[13]。过饱和溶液在冻融的环境下结晶产生十水硫酸钠晶体,干湿循环条件下时,结合硫酸钠饱和曲线,当温度低于32.4 ℃时,硫酸钠结晶成芒硝,其界面处晶体形态如图4(a)所示;当温度高于32.4 ℃时,芒硝将脱水生成无水芒硝,反应式如式(3)所示,其界面处晶体形态如图4(b)所示。从芒硝变成无水芒硝的过程中将产生较大的结晶压力,是导致混凝土脱落、破坏的主要原因,如图5所示。当结晶压力大于混凝土的极限抗拉强度时,混凝剥落、破坏[30],质量损失增大。以及NaCl对混凝土的不利作用,氯化钠溶液中试件表面层饱和程度比水中时高,氯化钠溶液冻结后的冰块塑性较低,处于低温条件时,表层混凝土中的水凝结成冰,毛细作用又将试块内部混凝土孔隙中没凝结的水汇集过来,从而导致面层混凝土材料的严重剥蚀[11,31]。在冻融循环过程中,导致溶液浓度增大,引发过饱和比增大,当过饱和比达到3时,由式(1)计算,结晶压力可达到48.6 MPa,大于混凝土的强度,引发混凝土破坏。硫酸钠的结晶压力和NaCl的作用共同导致了混凝土的剥落。
【参考文献】：
期刊论文
[1]多孔介质中晶体的结晶压力分析[J]. 周凤玺,应赛,蔡袁强. 岩土工程学报. 2019(06)
[2]半浸泡混凝土中Na2SO4溶液传输过程[J]. 刘赞群,裴敏,刘厚,张丰燕,朱嘉慧. 建筑材料学报. 2020(04)
[3]An experimental study of salt expansion in sodium saline soils under transient conditions[J]. WAN Xusheng,YOU Zhemin,WEN Haiyan,William CROSSLEY. Journal of Arid Land. 2017(06)
[4]混凝土在浸泡和干湿循环作用下的抗氯盐侵蚀性能[J]. 李隽,高培伟,刘宏伟,张丽芳. 南京理工大学学报. 2017(05)
[5]硫铝酸盐水泥净浆半浸泡在碳酸钠溶液中的破坏机理[J]. 刘赞群,候乐,邓德华,张丰燕. 硅酸盐学报. 2017(05)
[6]降温速率对硫酸钠溶液晶体析出影响的试验研究[J]. 万旭升,赖远明. 冰川冻土. 2016(02)
[7]硫酸钠溶液和硫酸钠盐渍土的冻结温度及盐晶析出试验研究[J]. 万旭升,赖远明. 岩土工程学报. 2013(11)
[8]混凝土盐冻破坏机理（Ⅱ）:冻融饱水度和结冰压[J]. 杨全兵. 建筑材料学报. 2012(06)
[9]混凝土的抗酸雨腐蚀性及其机理研究[J]. 石立安,麻海燕,柯凯. 南京理工大学学报. 2012(04)
[10]混凝土CT图像的3维重建技术[J]. 田威,党发宁,陈厚群. 四川大学学报(工程科学版). 2010(06)
硕士论文
[1]硫酸盐腐蚀和冻融复合作用下混凝土的性能研究[D]. 张东方.青岛理工大学 2015
[2]混凝土单轴受压细观统计损伤本构模型研究[D]. 郗武.西安建筑科技大学 2013
[3]混凝土硫酸盐侵蚀抑制措施及其机理研究[D]. 高立强.西南交通大学 2008
本文编号：3449860
本文链接：https://www.wllwen.com/guanlilunwen/chengjian/3449860.html
