硫酸盐侵蚀对混凝土抗剪性能的影响
发布时间：2021-08-25 17:27
通过对受硫酸盐侵蚀不同时期的混凝土试件进行剪切试验和微观扫描,分析半浸泡条件下硫酸盐侵蚀对混凝土抗剪强度和破坏模式的影响机制,并与全浸泡条件进行对比。试验结果表明:硫酸盐侵蚀会导致混凝土抗剪强度出现经时退化现象;随着暴露时间的增长,混凝土抗剪强度组件中的黏结组件（黏聚力表征）和剪胀组件（剪胀率表征）均呈现逐渐降低的趋势,与全浸泡条件相比,半浸泡条件下的降幅较小,三种水灰比试件的残余剪胀率分别为0.237（0.38）、0.206（0.45）和0.182（0.52）;摩擦组件（内摩擦角表征）在半浸泡条件下呈现非线性降低的变化规律,并没有出现全浸泡条件下的前期摩擦增强现象（2%～6%的内摩擦角增长）,9个月时的内摩擦角降幅达24.9%（0.38）、32.8%（0.45）和52.3%（0.52）;微观分析表明该现象与其微观侵蚀机理密切相关,与全浸泡条件不同,半浸泡条件下试件以物理结晶型损伤为主;不同的微观侵蚀机理导致试件在受剪力作用时的剪切面破坏模式存在显著差异,全浸泡条件下,侵蚀后试件剪切面的破坏模式以骨料翻滚、剥离和剪切面附近基质挤压滑移等形式为主,而半浸泡条件下,基质开裂和剪胀滑移等形式...
【文章来源】：土木工程学报. 2020,53(07)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
剪胀率经时演化
混凝土试件的抗剪强度试验采用直剪试验方法[23-24],轴向压力分为5个水平:0.5MPa,2.0MPa,4.0MPa,7.0MPa和10.0MPa。每个轴压水平测试3个平行试件,最终结果取三者平均值。混凝土直剪试验的加载方式主要分为以下两个步骤:①轴向采用力控制模式,垂直加载至设计轴压水平,并保持轴向压力不变;②在轴向压力保持不变的前提下,剪向采用位移控制模式,加载至试件破坏后一段位移。试验所采集的数据包括剪应力-剪位移曲线响应、轴向位移-剪位移曲线响应、剪切面破坏形态以及微观分析数据。试验采用的剪切装置以及典型的剪切面形貌如图1所示。此外,试验采用配备能谱分析功能(energy dispersive X-ray spectroscopy,简称EDX)的微观扫描电镜(scanning electron microscope,简称SEM)对硫酸盐侵蚀后的混凝土碎片试样进行微观分析。试验采用Zeiss Auriga聚焦离子束场发射扫描双束电镜,工作电压为15kV,分辨率为1.0nm。挑选较平整的且直径不大于11mm的混凝土碎片试样作为SEM待测样品,且部分试样包含小骨料颗粒(小骨料的颗粒7mm左右)。将这些试样在干燥箱中40℃条件下进行24h风干处理,然后在表面进行镀金,最后进行真空电镜扫描分析。
由图2中的数据可得硫酸盐侵蚀条件下混凝土名义黏聚力和名义内摩擦角随时间的变化曲线,如图3所示。注意图中所指的变化是由当前测量值减去初始测量值再除以初始测量值所得,为无量纲值,例如-0.3则代表当下测量值较初始测量值下降了30%。此外,全浸泡条件下[23]的数据也在图3中展示,便于对比分析。由图3可以看出,半浸泡条件下混凝土试件的名义黏聚力和名义内摩擦角随时间的变化规律与全浸泡条件类似,但是变化幅度不同。随着时间的增长,混凝土试件的名义黏聚力呈现类线性降低的变化趋势,三种水灰比试件名义黏聚力的最终降幅分别为30.7%(0.38)、40.8%(0.45)和48.1%(0.52);名义内摩擦角呈现非线性降低的变化趋势,前期下降率较低,后期下降率较高,三种水灰比试件名义内摩擦角的最终降幅分别为23.3%(0.38)、30.9%(0.45)和45.8%(0.52)。水灰比越高,试件所对应的名义黏聚力和名义内摩擦角越低。与全浸泡条件下的数据进行对比可以发现,同一水灰比的试件,半浸泡条件下混凝土的名义黏聚力和名义内摩擦角随时间的变化幅度较全浸泡要轻微,最终的降幅要小。以0.45为例,半浸泡条件下侵蚀9个月后,名义黏聚力下降了40.8%,而全浸泡条件下为50.7%。黏聚力表征混凝土内部各组成元素之间的化学黏结能力,而半浸泡条件下的结晶损伤机理以结晶压导致的微观开裂为主,因此该现象出现的可能原因是半浸泡条件下侵蚀对化学黏结能力的削弱较全浸泡要轻微。图3 抗剪强度参数经时演化
【参考文献】：
期刊论文
[1]水泥基材料硫酸盐侵蚀机理的研究进展[J]. 张晓佳,张高展,孙道胜,刘开伟. 材料导报. 2018(07)
[2]硫酸铝盐水泥与硅酸盐水泥净浆水分蒸发区硫酸盐破坏对比[J]. 刘赞群,李湘宁,邓德华,候乐. 硅酸盐学报. 2016(08)
[3]喷射混凝土力学性能、渗透性及耐久性试验研究[J]. 王家滨,牛荻涛,张永利. 土木工程学报. 2016(05)
[4]干湿交替喷射混凝土硫酸盐侵蚀试验[J]. 牛荻涛,王家滨,马蕊. 中国公路学报. 2016(02)
[5]干湿循环作用下混凝土硫酸盐侵蚀劣化机理试验研究[J]. 高润东,赵顺波,李庆斌,陈记豪. 土木工程学报. 2010(02)
本文编号：3362545
【文章来源】：土木工程学报. 2020,53(07)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
剪胀率经时演化
混凝土试件的抗剪强度试验采用直剪试验方法[23-24],轴向压力分为5个水平:0.5MPa,2.0MPa,4.0MPa,7.0MPa和10.0MPa。每个轴压水平测试3个平行试件,最终结果取三者平均值。混凝土直剪试验的加载方式主要分为以下两个步骤:①轴向采用力控制模式,垂直加载至设计轴压水平,并保持轴向压力不变;②在轴向压力保持不变的前提下,剪向采用位移控制模式,加载至试件破坏后一段位移。试验所采集的数据包括剪应力-剪位移曲线响应、轴向位移-剪位移曲线响应、剪切面破坏形态以及微观分析数据。试验采用的剪切装置以及典型的剪切面形貌如图1所示。此外,试验采用配备能谱分析功能(energy dispersive X-ray spectroscopy,简称EDX)的微观扫描电镜(scanning electron microscope,简称SEM)对硫酸盐侵蚀后的混凝土碎片试样进行微观分析。试验采用Zeiss Auriga聚焦离子束场发射扫描双束电镜,工作电压为15kV,分辨率为1.0nm。挑选较平整的且直径不大于11mm的混凝土碎片试样作为SEM待测样品,且部分试样包含小骨料颗粒(小骨料的颗粒7mm左右)。将这些试样在干燥箱中40℃条件下进行24h风干处理,然后在表面进行镀金,最后进行真空电镜扫描分析。
由图2中的数据可得硫酸盐侵蚀条件下混凝土名义黏聚力和名义内摩擦角随时间的变化曲线,如图3所示。注意图中所指的变化是由当前测量值减去初始测量值再除以初始测量值所得,为无量纲值,例如-0.3则代表当下测量值较初始测量值下降了30%。此外,全浸泡条件下[23]的数据也在图3中展示,便于对比分析。由图3可以看出,半浸泡条件下混凝土试件的名义黏聚力和名义内摩擦角随时间的变化规律与全浸泡条件类似,但是变化幅度不同。随着时间的增长,混凝土试件的名义黏聚力呈现类线性降低的变化趋势,三种水灰比试件名义黏聚力的最终降幅分别为30.7%(0.38)、40.8%(0.45)和48.1%(0.52);名义内摩擦角呈现非线性降低的变化趋势,前期下降率较低,后期下降率较高,三种水灰比试件名义内摩擦角的最终降幅分别为23.3%(0.38)、30.9%(0.45)和45.8%(0.52)。水灰比越高,试件所对应的名义黏聚力和名义内摩擦角越低。与全浸泡条件下的数据进行对比可以发现,同一水灰比的试件,半浸泡条件下混凝土的名义黏聚力和名义内摩擦角随时间的变化幅度较全浸泡要轻微,最终的降幅要小。以0.45为例,半浸泡条件下侵蚀9个月后,名义黏聚力下降了40.8%,而全浸泡条件下为50.7%。黏聚力表征混凝土内部各组成元素之间的化学黏结能力,而半浸泡条件下的结晶损伤机理以结晶压导致的微观开裂为主,因此该现象出现的可能原因是半浸泡条件下侵蚀对化学黏结能力的削弱较全浸泡要轻微。图3 抗剪强度参数经时演化
【参考文献】：
期刊论文
[1]水泥基材料硫酸盐侵蚀机理的研究进展[J]. 张晓佳,张高展,孙道胜,刘开伟. 材料导报. 2018(07)
[2]硫酸铝盐水泥与硅酸盐水泥净浆水分蒸发区硫酸盐破坏对比[J]. 刘赞群,李湘宁,邓德华,候乐. 硅酸盐学报. 2016(08)
[3]喷射混凝土力学性能、渗透性及耐久性试验研究[J]. 王家滨,牛荻涛,张永利. 土木工程学报. 2016(05)
[4]干湿交替喷射混凝土硫酸盐侵蚀试验[J]. 牛荻涛,王家滨,马蕊. 中国公路学报. 2016(02)
[5]干湿循环作用下混凝土硫酸盐侵蚀劣化机理试验研究[J]. 高润东,赵顺波,李庆斌,陈记豪. 土木工程学报. 2010(02)
本文编号：3362545
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