混合侵蝕和凍融循環(huán)條件下混凝土力學機制試驗研究
發(fā)布時間：2021-10-21 22:44
混凝土在硫酸鹽侵蝕和凍融循環(huán)條件下易破壞,引發(fā)基礎承載力下降。為了研究寒區(qū)鹽漬土環(huán)境下混凝土的劣化機制,進行混凝土在硫酸鈉和氯化鈉混合溶液中的凍融循環(huán)試驗,循環(huán)次數(shù)分別為0、10、20、30、40、50次;其次測量了凍融循環(huán)后混凝土的抗壓強度,并結合X射線衍射試驗,分析了侵蝕后混凝土內部物質的變化對力學性能的影響;最后通過凍融前后的彈性模量及質量變化,計算了損傷變量和質量損失率變化,研究了凍融循環(huán)下的混凝土損傷規(guī)律。研究結果表明:隨著凍融次數(shù)的增加,混凝土力學性能大幅度弱化,內部損傷越嚴重,表面剝落越嚴重;彈性模量、抗壓強度均大幅度降低,質量損失率與損傷變量均增大�；炷羶炔堪l(fā)生了物理反應（芒硝的生成）和化學反應（石膏和鈣礬石的生成）,共同造成了混凝土內部結構破壞。
【文章來源】：南京理工大學學報. 2020,44(04)北大核心CSCD
【文章頁數(shù)】：8 頁
【部分圖文】：
硫酸鈉溶液的飽和濃度曲線
降溫模式圖
凍融循環(huán)前后混凝土表觀結構如圖3所示。隨著凍融循環(huán)的進行,混凝土表觀結構劣化越嚴重;當凍融循環(huán)達到20次時,混凝土水下部分出現(xiàn)部分剝落,粗骨料露出,細裂紋開始生長,水面以上部分出現(xiàn)大量的鹽晶體,晶體下面的砂漿表面變得粗糙;隨著凍融次數(shù)的增加,剝落現(xiàn)象愈發(fā)嚴重,50次循環(huán)時,混凝土裂紋擴張,表面砂漿大塊脫落,結構變得疏松,水下部分出現(xiàn)結晶鹽,混凝土骨料外露。其原由是混凝土通過毛細吸水作用吸水,當水面以上混凝土的蒸發(fā)速率大于混凝土的吸水速率時,混凝土上部的蒸發(fā)區(qū)將產(chǎn)生過飽和溶液[13]。過飽和溶液在凍融的環(huán)境下結晶產(chǎn)生十水硫酸鈉晶體,干濕循環(huán)條件下時,結合硫酸鈉飽和曲線,當溫度低于32.4 ℃時,硫酸鈉結晶成芒硝,其界面處晶體形態(tài)如圖4(a)所示;當溫度高于32.4 ℃時,芒硝將脫水生成無水芒硝,反應式如式(3)所示,其界面處晶體形態(tài)如圖4(b)所示。從芒硝變成無水芒硝的過程中將產(chǎn)生較大的結晶壓力,是導致混凝土脫落、破壞的主要原因,如圖5所示。當結晶壓力大于混凝土的極限抗拉強度時,混凝剝落、破壞[30],質量損失增大。以及NaCl對混凝土的不利作用,氯化鈉溶液中試件表面層飽和程度比水中時高,氯化鈉溶液凍結后的冰塊塑性較低,處于低溫條件時,表層混凝土中的水凝結成冰,毛細作用又將試塊內部混凝土孔隙中沒凝結的水匯集過來,從而導致面層混凝土材料的嚴重剝蝕[11,31]。在凍融循環(huán)過程中,導致溶液濃度增大,引發(fā)過飽和比增大,當過飽和比達到3時,由式(1)計算,結晶壓力可達到48.6 MPa,大于混凝土的強度,引發(fā)混凝土破壞。硫酸鈉的結晶壓力和NaCl的作用共同導致了混凝土的剝落。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]多孔介質中晶體的結晶壓力分析[J]. 周鳳璽,應賽,蔡袁強. 巖土工程學報. 2019(06)
[2]半浸泡混凝土中Na2SO4溶液傳輸過程[J]. 劉贊群,裴敏,劉厚,張豐燕,朱嘉慧. 建筑材料學報. 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]混凝土在浸泡和干濕循環(huán)作用下的抗氯鹽侵蝕性能[J]. 李雋,高培偉,劉宏偉,張麗芳. 南京理工大學學報. 2017(05)
[5]硫鋁酸鹽水泥凈漿半浸泡在碳酸鈉溶液中的破壞機理[J]. 劉贊群,候樂,鄧德華,張豐燕. 硅酸鹽學報. 2017(05)
[6]降溫速率對硫酸鈉溶液晶體析出影響的試驗研究[J]. 萬旭升,賴遠明. 冰川凍土. 2016(02)
[7]硫酸鈉溶液和硫酸鈉鹽漬土的凍結溫度及鹽晶析出試驗研究[J]. 萬旭升,賴遠明. 巖土工程學報. 2013(11)
[8]混凝土鹽凍破壞機理（Ⅱ）:凍融飽水度和結冰壓[J]. 楊全兵. 建筑材料學報. 2012(06)
[9]混凝土的抗酸雨腐蝕性及其機理研究[J]. 石立安,麻海燕,柯凱. 南京理工大學學報. 2012(04)
[10]混凝土CT圖像的3維重建技術[J]. 田威,黨發(fā)寧,陳厚群. 四川大學學報(工程科學版). 2010(06)
碩士論文
[1]硫酸鹽腐蝕和凍融復合作用下混凝土的性能研究[D]. 張東方.青島理工大學 2015
[2]混凝土單軸受壓細觀統(tǒng)計損傷本構模型研究[D]. 郗武.西安建筑科技大學 2013
[3]混凝土硫酸鹽侵蝕抑制措施及其機理研究[D]. 高立強.西南交通大學 2008
本文編號：3449860
【文章來源】：南京理工大學學報. 2020,44(04)北大核心CSCD
【文章頁數(shù)】：8 頁
【部分圖文】：
硫酸鈉溶液的飽和濃度曲線
降溫模式圖
凍融循環(huán)前后混凝土表觀結構如圖3所示。隨著凍融循環(huán)的進行,混凝土表觀結構劣化越嚴重;當凍融循環(huán)達到20次時,混凝土水下部分出現(xiàn)部分剝落,粗骨料露出,細裂紋開始生長,水面以上部分出現(xiàn)大量的鹽晶體,晶體下面的砂漿表面變得粗糙;隨著凍融次數(shù)的增加,剝落現(xiàn)象愈發(fā)嚴重,50次循環(huán)時,混凝土裂紋擴張,表面砂漿大塊脫落,結構變得疏松,水下部分出現(xiàn)結晶鹽,混凝土骨料外露。其原由是混凝土通過毛細吸水作用吸水,當水面以上混凝土的蒸發(fā)速率大于混凝土的吸水速率時,混凝土上部的蒸發(fā)區(qū)將產(chǎn)生過飽和溶液[13]。過飽和溶液在凍融的環(huán)境下結晶產(chǎn)生十水硫酸鈉晶體,干濕循環(huán)條件下時,結合硫酸鈉飽和曲線,當溫度低于32.4 ℃時,硫酸鈉結晶成芒硝,其界面處晶體形態(tài)如圖4(a)所示;當溫度高于32.4 ℃時,芒硝將脫水生成無水芒硝,反應式如式(3)所示,其界面處晶體形態(tài)如圖4(b)所示。從芒硝變成無水芒硝的過程中將產(chǎn)生較大的結晶壓力,是導致混凝土脫落、破壞的主要原因,如圖5所示。當結晶壓力大于混凝土的極限抗拉強度時,混凝剝落、破壞[30],質量損失增大。以及NaCl對混凝土的不利作用,氯化鈉溶液中試件表面層飽和程度比水中時高,氯化鈉溶液凍結后的冰塊塑性較低,處于低溫條件時,表層混凝土中的水凝結成冰,毛細作用又將試塊內部混凝土孔隙中沒凝結的水匯集過來,從而導致面層混凝土材料的嚴重剝蝕[11,31]。在凍融循環(huán)過程中,導致溶液濃度增大,引發(fā)過飽和比增大,當過飽和比達到3時,由式(1)計算,結晶壓力可達到48.6 MPa,大于混凝土的強度,引發(fā)混凝土破壞。硫酸鈉的結晶壓力和NaCl的作用共同導致了混凝土的剝落。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]多孔介質中晶體的結晶壓力分析[J]. 周鳳璽,應賽,蔡袁強. 巖土工程學報. 2019(06)
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[5]硫鋁酸鹽水泥凈漿半浸泡在碳酸鈉溶液中的破壞機理[J]. 劉贊群,候樂,鄧德華,張豐燕. 硅酸鹽學報. 2017(05)
[6]降溫速率對硫酸鈉溶液晶體析出影響的試驗研究[J]. 萬旭升,賴遠明. 冰川凍土. 2016(02)
[7]硫酸鈉溶液和硫酸鈉鹽漬土的凍結溫度及鹽晶析出試驗研究[J]. 萬旭升,賴遠明. 巖土工程學報. 2013(11)
[8]混凝土鹽凍破壞機理（Ⅱ）:凍融飽水度和結冰壓[J]. 楊全兵. 建筑材料學報. 2012(06)
[9]混凝土的抗酸雨腐蝕性及其機理研究[J]. 石立安,麻海燕,柯凱. 南京理工大學學報. 2012(04)
[10]混凝土CT圖像的3維重建技術[J]. 田威,黨發(fā)寧,陳厚群. 四川大學學報(工程科學版). 2010(06)
碩士論文
[1]硫酸鹽腐蝕和凍融復合作用下混凝土的性能研究[D]. 張東方.青島理工大學 2015
[2]混凝土單軸受壓細觀統(tǒng)計損傷本構模型研究[D]. 郗武.西安建筑科技大學 2013
[3]混凝土硫酸鹽侵蝕抑制措施及其機理研究[D]. 高立強.西南交通大學 2008
本文編號：3449860
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