多因素協同作用下混凝土抗硫酸鹽侵蝕性研究

孫建新

(中鐵十九局集團有限公司，北京 100176)

在實際工程中混凝土結構受到外部荷載，環境中腐蝕介質及凍融循環共同作用而引起的破壞實例比較常見。針對該環境特征，開展了混凝土材料在硫酸鹽侵蝕、外部彎曲應力及凍融循環三種破壞性因素協同作用下的研究，以期能為該環境中高性能混凝土材料的設計提供更加科學的依據。

1 試驗概況

1.1 試驗原材料

水泥為北京興發水泥有限公司生產的P.O 42.5水泥;粉煤灰為內蒙古元寶山熱電廠Ⅰ級粉煤灰;砂為河砂，細度模數為3.2;外加劑為河北青華鐵園生產的萘系高效減水劑;石子為花崗巖碎石，粒徑為5～10 mm。

1.2 試驗方法

試驗采用40 mm×40 mm×160 mm棱柱體混凝土試件來進行。混凝土試件成型1 d后拆模，標準養護28 d，分別浸泡于10%Na2SO4溶液和水中。測定其不同齡期的抗折強度和抗壓強度，每個混凝土配合比成型3條試件，試驗結果取3條試件測試值的平均值，以抗彎拉抗蝕系數Kp和抗壓抗蝕系數 Kc表示［1］。

式中:Rp、Rc表示試件在侵蝕液中浸泡一定齡期時的抗折強度和抗壓強度;表示與侵蝕液同齡期水養護試件的抗折強度和抗壓強度。

加載裝置和加載方法:加載試驗采用圖1所示的加載裝置對試件進行三分點受彎加荷［2］。該加載裝置是通過壓縮彈簧變形來對試件施加荷載的。預先測定彈簧的剛度，根據力與變形成正比的關系，通過控制彈簧壓縮變形來控制荷載的大小。加載前測定試件標準養護28 d的抗折強度，以抗折強度為基準對持荷試件施加應力比為0、15%和35%三個水平的荷載。抗凍性試驗采用GBJ 82—85《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法》中快凍法進行。

1.3 混凝土配合比

試驗用混凝土配比設計按 JGJ55—2000《普通混凝土配合比設計規程》進行，見表1。

表1 混凝土配合比 kg/m3

2 試驗結果與分析

2.1 硫酸鹽侵蝕和彎曲應力協同作用下的試驗結果與分析

圖2是兩種混凝土材料在硫酸鹽侵蝕和彎曲應力協同作用下的試驗結果。試驗結果表明，彎曲應力的存在都加速了混凝土硫酸鹽侵蝕破壞的速度，且這種加速破壞的作用隨其應力水平的增大而增大。試驗結果同時表明，粉煤灰對混凝土在硫酸鹽侵蝕和彎曲應力協同作用下的抗蝕性能有明顯的改善作用。

2.2 硫酸鹽侵蝕、彎曲應力和凍融循環協同作用下的試驗結果與分析

圖3是兩種混凝土材料在硫酸鹽侵蝕、彎曲應力和凍融循環協同作用下的試驗結果。試驗結果表明，在三因素協同作用下，兩種混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性能都大大降低，且這種降低作用隨外部彎曲應力水平的增大而加劇。三因素協同作用下，當彎曲應力水平達到35%時兩種混凝土材料都表現出突然的脆性破壞，破壞前的相對抗折強度都很高，突然斷裂后抗折強度相對變化率下降到－100%。試驗結果同時表明，在硫酸鹽侵蝕、彎曲應力和凍融循環協同作用下，粉煤灰對混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性能有不利影響，且隨著彎曲應力水平的增大，這種不利影響會加劇。

從試驗中還可以看出，與硫酸鹽侵蝕單一因素作用相比，硫酸鹽侵蝕、彎曲應力和凍融循環的協同作用對混凝土的損傷要嚴重得多;與硫酸鹽侵蝕和彎曲應力雙因素作用相比，凍融循環的存在大大加劇了混凝土材料的破壞速度。

圖2 硫酸鹽侵蝕和彎曲應力協同作用下混凝土相對強度的經時變化

圖3 硫酸鹽侵蝕、彎曲應力和凍融循環協同作用下混凝土相對強度的經時變化

3 結論

1)硫酸鹽侵蝕和彎曲應力協同作用下，外部彎曲應力的存在加速了混凝土材料硫酸鹽侵蝕破壞的速度，且這種加速破壞作用隨著應力水平的增大而加劇。粉煤灰對混凝土材料在該環境下的抗硫酸鹽侵蝕性能有明顯的改善作用。

2)硫酸鹽侵蝕、彎曲應力和凍融循環協同作用下，混凝土材料的抗硫酸鹽侵蝕性能比硫酸鹽侵蝕單因素和硫酸鹽侵蝕和彎曲應力雙因素協同作用下的都大大降低，且摻粉煤灰的混凝土性能更加劣化。

［1］高禮雄.摻礦物摻合料水泥基材料的抗硫酸鹽侵蝕性研究［D］.北京:中國建筑材料科學研究總院，2005.

［2］慕儒，孫偉，繆昌文.荷載作用下高強混凝土的硫酸鹽侵蝕［J］.工業建筑，1999，28(8):52-63.

［3］胡江，黃佳木，李化建，等.摻合料混凝土抗凍性能及氣泡特征參數的研究［J］.鐵道建筑，2009(6):124-127.

［4］李樹彬.青藏高原多年凍土區橋梁混凝土抗裂施工技術［J］.鐵道建筑，2007(9):23-24，91.