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张德尧等:应力腐蚀对混凝土结构力学性能影响研究
DoI:10.13905/j.cnki.dwjz.2015.01.-013
应力腐蚀对混凝士结构力学性能影响
张德尧,张永军
(大庆石化工程有限公司,黑龙江大庆163714)
摘要】对混凝土结构的耐久性影响最大的是结构所处的环境,但是仅考虑环境影响因素的研究存在着
局限性。在实际工程当中,混凝土结构会处在较为复杂的环境当中,需要综合考虑环境因素与荷载共同作用的影
响,故文中进行了环境因素与荷载共同作用下产生的应力腐蚀对结构力学性能影响的研究,发现了应力腐蚀对结
构强度的影响规律。
【关键词)应力腐蚀;力学性能
【中图分类号】TU37
文献标识码】B
文章编号】1001-6864(2015)01-0037-03
应力腐蚀是指混凝土结构在外部荷载的作用下2腐蚀溶液的配制
其内部的应力和环境腐蚀的共同作用下产生的结构
不同功能的混凝土结构会处在不同环境中,一般
腐蚀现象。目前多数的混凝土结构腐蚀硏究还是只考民用建筑结构并不会处在腐蚀严重的环境中,但是某
虑环境影响因素对结构的腐蚀作用,而且在结构设计些工业建筑、公路或桥梁等结构就会处在较为严重的
中也很少会考虑到混凝土结构所处环境对其力学性腐蚀环境下。尤其是建设在沿海地区的混凝土结构,
能的影响,多是按照规范的要求进行满足结构强度的会受到海水的腐蚀,所以对于这些混凝土结构就要求
结构设计和符合基本的耐久性的设计,与工程实际中其具有更强的抗腐蚀能力和耐久性,以适应不同的环
混凝土结构服役的复杂环境情况不符。
境
为了避免结构设计工作与考虑环境腐蚀影响的
良好的抗腐蚀能力和耐久性能够增加混凝土结
脱离,提高结构的安全性和耐久性,进行应力腐蚀对结构服役的年限,保证在使用过程中的安全。通过资料
构强度的影响研究是非常必要的。应力腐蚀对混凝土的查阅和以往的工程经验,发现混凝土结构会受到很
结构力学性能影响的研究会综合考虑应力与腐蚀溶多形态的物质的腐蚀,包括固态、液态和气态腐蚀介
液的共同作用,也就是会考虑外部荷载与化学介质的质。在自然条件下空气中的有腐蚀性的水分遇到混凝
共同作用,研究在这两种影响因素作用下,对结构的影土结构会变成液态形式对结构产生腐蚀,而干燥的空
响情况,发现规律,为结构设计工作与结构抗腐蚀研究气和固体物质对混凝土结构的腐蚀相对较弱,几乎可
提供有利的依据。2
以忽略。所以对混凝土结构造成腐蚀情况影响最大的
1试验试件的制作
物质形态就是液态形式。混凝土结构一般会遇到一定
(1)水泥。用于搅拌混凝土结构试件的水泥采浓度的酸或盐的腐蚀,比如氯盐和硫酸盐。文中为便
用强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥。
于试验的操作,选用了硫酸钠和硫酸镁溶液为腐蚀溶
(2)粉煤灰。选用的粉煤灰是以煤为燃料的电液,选择清水作为腐蚀溶液的参照对比进行试验。经
厂中的一级电吸尘粉煤灰,该粉煤灰中含有大量的二査阅相关的文献,发现前人的研究中,腐蚀溶液的浓度
氧化硅和氧化铝。粉煤灰的各项参数分别为烧失量为设定过低时不会产生腐蚀作用力,没有明显的腐蚀效
2.4%,比表面积为990cm2/g,需水量为96%。
果。如果腐蚀溶液浓度过大,会使混凝土结构产生较
(3)砂。对于搅拌混凝土采用中粗砂比较合为严重的破坏,无法得到准确的试验数据,影响结构试
适,故文中选择的搅拌用砂为颗粒级配良好的中粗颗件的力学性能的研究
粒砂,其各项参数分别为视密度2.60g/cm2,细度模数
故文中综合前人试验的数据和相关书籍的分析
2.95,含泥量小于2.0%
最终确定模拟实际环境中的腐蚀的溶液确定为硫酸
(4)碎石。碎石釆用连续级配的石灰岩碎石,钠和硫酸镁溶液,浓度均为10%,经过后期的试验也
最大粒径10mm
表明,这个浓度水平基本符合试验的需要,最终结果也
(5)试件尺寸。混凝土抗腐蚀试验标准中有规比较合理。
定的试件的尺寸,但是其规定的尺寸都比较小,与工程3腐蚀试验
实际情况存在差别,故文中增大了腐蚀试验试件的尺
前人的研究很多都是基于试件没有应力的情况
寸,确定试件尺寸为40mx40mmx150m
下的腐蚀情况,而针对试件承受外部荷载,产生应力腐
低温建筑技术
2015年第1期(总第199期
蚀的情况研究的却不多。混凝土结构在外部荷载的作
用下,内部分出现一些细微裂缝,随着外部荷载的增
未腐蚀不同应力下腐蚀
加,裂缝会逐渐扩展,结构最终发生开裂破坏的情况。
在承受荷载在30%~50%极限荷载的范围内时,随着
荷载的逐渐增加细微裂缝会连续增多,但裂缝扩展的
并不严重,混凝土结构一直处于弹性阶段。在承受荷
载在40%-80%极限荷载的范围内时,裂缝平稳并且
缓慢的增加和扩展,如果外部荷载不再增加,出现的裂
荷载百分比/%
缝也不会继续扩展。在承受荷载在80%~90%极限
图1硫酸钠溶液中应力腐蚀对结构强度的影响
荷载的范围内时,裂缝开始快速增加并且岀现联通的
情况,最后结构发生破坏。在实际的工程结构当中,混
凝土结构都是处于弹性阶段,只有在出现一些恶劣的
表2硫酸镁溶液中应力腐蚀对结构强度的影响
使用环境情况下会造成混凝土处于塑性阶段。综合以
外部荷载强度
10%30%50%70%
上考虑,文中选取10%、30%、50%和70%的极限荷载
百分比
几种不同的荷载水平进行试验
未浸泡试件
以没有经过浸泡腐蚀试件经标准养护28d的抗弯
抗弯强度/MPa
破坏荷载为极限荷载,对试件均加以静载,加载程度分
浸泡腐蚀后
10.219.429.118.837.65
别为无荷载、10%、30%、50%和70%的极限荷载,并抗弯强度AMPa
使其浸泡在配制好的浓度为10%的硫酸钠、硫酸镁和应力腐蚀造成的
1.168.8111.8114.5225.94
清水溶液中60d后取出进行抗弯试验,测得不同荷载
强度损失/%
作用下的混凝土构件的抗弯强度。
试验数据分析
一未腐蚀不同应力下腐蚀
由表1-3,图1~3的试验结果分析,发现没有荷
载作用的情况下,经硫酸镁腐蚀溶液浸泡过的构件较
未经浸泡的构件强度有损失,但损失程度较小,仅为
9
1.16%,说明在无荷载单纯腐蚀的环境中造成的强度
7
损失极小,基本可以忽略。在有荷载作用的情况下,随
着荷载的增加,造成的强度损失程度就越大,当达到
荷载百分比/%
70%极限荷载作用的情况下会造成25.94%的强度损
图2硫酸镁溶液中应力腐蚀对结构强度的影
失。说明随着构件中的应力水平的增加,腐蚀对结构
强度的影响就越大,造成的强度损失就越大。
对于经过硫酸钠腐蚀溶液浸泡过的腐蚀试验情
表3清水中应力腐蚀对结构强度的影响
况与上述情况基本类似,都会造成相同情况的强度损
失。而经过清水浸池的试验,造成的强度损失比较小,
外部荷载强度
10%30%50%70%
百分比
说明即使在存在外部荷载的情况下,一般的清水对混
未浸泡试件
10.33
表1硫酸钠溶液中应力腐蚀对结构强度的影响
抗弯强度/MPa
外部荷載强度