關(guān)于受腐蝕混凝土力學(xué)性能試驗探討

何碧霞

摘 要：文章結(jié)合受腐蝕混凝土力學(xué)性能試驗相關(guān)經(jīng)驗，就工程建設(shè)中的受腐蝕混凝土力學(xué)性能試驗進行了分析和研究，旨在為今后受腐蝕混凝土在建設(shè)工程設(shè)計與施工中的應(yīng)用和發(fā)展提供經(jīng)驗和指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：受腐蝕；混凝土；力學(xué)性能試驗

在目前快速發(fā)展的條件下，我國工程建設(shè)中離不開科學(xué)的受腐蝕混凝土力學(xué)性能試驗工作，旨在保證經(jīng)濟可行、科學(xué)合理的混凝土工程設(shè)計與施工。因此，我國需要采取相應(yīng)的措施，從多方面入手，促進形成合理完善的受腐蝕混凝土力學(xué)性能試驗管理體系，進而為建設(shè)工程的混凝土設(shè)計與施工工作提供堅強的后盾，積極推進受腐蝕混凝土力學(xué)性能試驗的應(yīng)用與發(fā)展。

1 混凝土受腐蝕機理與力學(xué)性能研究

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)因為由于腐蝕所產(chǎn)生的影響密切聯(lián)系于腐蝕性物質(zhì)在混凝土中的擴散快慢程度，而混凝土滲透性、附近環(huán)境的溫濕度、結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)和介質(zhì)種類決定了在混凝土中介質(zhì)的擴散快慢。

混凝土必須經(jīng)歷一系列物理化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生腐蝕，因而包括化學(xué)和物理因素兩方面原因造成混凝土腐蝕。就物理方面而言，磨耗、剝蝕和成穴作用造成混凝土損耗的物理作用包括表面磨損和物質(zhì)損失兩方面；關(guān)于正常溫濕度的梯度，在孔中鹽類的結(jié)晶壓力，結(jié)構(gòu)載荷和暴露在急變的文都中，比如由于火災(zāi)或冰凍造成的開裂；就化學(xué)方面因素而言，包括水泥漿組和軟水水解、侵蝕性液體和水泥漿體間離子交換反應(yīng)和硫酸鹽侵蝕、堿骨料侵蝕和混凝土中剛進你腐蝕的膨脹反應(yīng)三種類型。物理和化學(xué)作用在現(xiàn)實中常常相互交織。當(dāng)前普遍重點研究的腐蝕現(xiàn)象主要是碳化作用、化學(xué)介質(zhì)的侵蝕以及應(yīng)力腐蝕。

1.1 混凝土的碳化作用

經(jīng)過充分試驗調(diào)查可知，主要是混凝土滲透性和大氣中二氧化碳的濃度決定了碳化速度。眾多學(xué)者總結(jié)在Fick第一擴散（滲透）定律的理論模式的基礎(chǔ)上，計算出十幾種碳化深度的方法。世界普遍認(rèn)為的未受氯離子污染的混凝土碳化深度與碳化時間t的經(jīng)驗公式為kt1/2（k為混凝土碳化系數(shù)（mm/年1/2），是由混凝土滲透性和環(huán)境條件決定的。

因為水泥種類、水灰比、澆筑、搗實和養(yǎng)護質(zhì)量等決定了混凝土滲透性，溫濕度、二氧化碳濃度等構(gòu)成環(huán)境條件，各個參數(shù)存在差異。最近，由于在土木工程中普遍運用了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，眾多研究者在混凝土碳化分析和預(yù)測上也開始逐步使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法。

1.2 混凝土的化學(xué)侵蝕

經(jīng)過深入分析眾多試驗材料和關(guān)于腐蝕性介質(zhì)造成結(jié)構(gòu)物腐蝕研究得出，混凝土包括三種基本的腐蝕種類：第一種是可以溶解水泥石組分的液態(tài)介質(zhì)，即水溶液于混凝土中腐蝕的整個過程；第二類為發(fā)生在水泥石組分和溶液間的置換反應(yīng)產(chǎn)生的化學(xué)作用的腐蝕，酸與一些鹽溶液和混凝土作用導(dǎo)致的腐蝕過程；第三類包括下列腐蝕現(xiàn)象，如果腐蝕形成于混凝土空隙中，由于部分物質(zhì)難溶，聚集并形成結(jié)晶，固相體積或物相轉(zhuǎn)化時形成越來越大的聚合物，擴大了混凝土空隙中的固相體積，比如由于硫酸鹽產(chǎn)生的腐蝕。并且部分像水泥石和集料結(jié)合產(chǎn)生的腐蝕，混凝土抗蝕性的影響和生物化學(xué)腐蝕等也特殊性腐蝕也包括在內(nèi)。單一類型的腐蝕一般在自然條件下不易產(chǎn)生，按照腐蝕表現(xiàn)出來主要和次要特點，可判斷主要和次要的腐蝕類型。

1.3 混凝土的應(yīng)力腐蝕

由于材料受到應(yīng)力和環(huán)境中腐蝕介質(zhì)的影響，所導(dǎo)致的腐蝕就是應(yīng)力腐蝕。研究混凝土應(yīng)力腐蝕起步晚、時間短，目前缺乏大量完善的研究。所以，亟待將應(yīng)力的因素納入評估混凝土耐久性和抗化學(xué)侵蝕性的影響，然而當(dāng)前關(guān)于這方面的研究尚不具備現(xiàn)實條件。由此可見，混凝土應(yīng)力腐蝕問題在研究受腐蝕鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)工程中至關(guān)重要，具有基礎(chǔ)性的地位，亟待作更深入的探究。

2 受腐蝕混凝土力學(xué)性能試驗研究

2.1 混凝土膨脹內(nèi)應(yīng)力試驗研究

2.1.1 混凝土的體積膨脹機理。因為在混凝土中有可能會混入環(huán)境介質(zhì)中的液相物質(zhì)，在和混凝土融合的化學(xué)反應(yīng)中產(chǎn)生水化產(chǎn)物，并有新物質(zhì)在混凝土內(nèi)部形成并不溶于水，造成體積愈發(fā)增大的混凝土。經(jīng)過研究可知，造成混凝土膨脹體積不斷增加的腐蝕因素主要是硫酸鹽、鎂鹽、氯化物、硝酸、硝酸鹽及混凝土受凍脹產(chǎn)生的膨脹性腐蝕等。當(dāng)前，不乏研究各種化學(xué)介質(zhì)產(chǎn)生的混凝土體積膨脹的國內(nèi)外研究學(xué)者，經(jīng)過實驗研究計算出體積膨脹系數(shù)，同時通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法和回歸分析方法構(gòu)建混凝土膨脹預(yù)測模型；同時分析了混凝土受到硫酸鹽腐蝕的可靠性。

2.1.2 膨脹作用引起混凝土的內(nèi)應(yīng)力。在剛開始產(chǎn)生腐蝕作用時，不斷膨脹的混凝土?xí)黾臃e累在混凝土中的應(yīng)力，還會使混凝土更緊實。在不同結(jié)構(gòu)部位因為膨脹接合點自行閉合、位移和變形，導(dǎo)致裂縫和爆裂頻繁，因此會對混凝土的強力、應(yīng)力到應(yīng)變的變化和彈性模量等力學(xué)性能產(chǎn)生影響，整體性受到破壞，甚至還會加重破壞和影響混凝土結(jié)構(gòu)。當(dāng)前，涉及到因為膨脹而導(dǎo)致混凝土顳部應(yīng)力不斷增加的研究比較多，可是缺乏深入研究此應(yīng)力的文獻。研究人員從硫酸鹽腐蝕環(huán)境下服役10余年的鋼筋混凝土構(gòu)件中取得的混凝土芯樣，并對其作了單軸抗壓強度試驗研究，將腐蝕作用導(dǎo)致混凝土內(nèi)部膨脹內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生進行分析，這種應(yīng)力是在混凝土組分體積膨脹導(dǎo)致的內(nèi)應(yīng)力作用下產(chǎn)生的，將其定義為膨脹內(nèi)應(yīng)力，用σes表示。體積開始膨脹時，由于有膨脹應(yīng)力，則會增加混凝土密實度，還會增加混凝土強度；體積在不斷膨脹之后，膨脹內(nèi)應(yīng)力的存在將促使混凝土開裂，嚴(yán)重削弱抗壓、抗拉的強度。基于試驗研究，進一步分析膨脹內(nèi)應(yīng)力的相關(guān)理論，得出混凝土品種和腐蝕介質(zhì)濃度密切關(guān)系到膨脹內(nèi)應(yīng)力，其作為構(gòu)建內(nèi)部各點位置坐標(biāo)和腐蝕作用時間的函數(shù)，在彈性理論基礎(chǔ)上，構(gòu)建混凝土內(nèi)部因腐蝕而產(chǎn)生膨脹內(nèi)應(yīng)力的計算模型。

2.2 混凝土本構(gòu)關(guān)系

截止現(xiàn)在，業(yè)界依然普遍忽視研究受腐蝕混凝土本構(gòu)關(guān)系，尚未形成成熟的研究體系，缺乏混凝土破壞準(zhǔn)則和本構(gòu)模型，以輔助計算受腐蝕鋼筋混凝土構(gòu)件和結(jié)構(gòu)有限元的計算，也很難將真實的具體情形反映在最終的計算結(jié)果。

3 結(jié)語

綜上所述，加強受腐蝕混凝土力學(xué)性能試驗研究，尤其是要加強對受腐蝕混凝土力學(xué)性能試驗管理人員的職責(zé)要求，提高他們的技術(shù)水平，為進一步促進新時期工程建設(shè)中的受腐蝕混凝土力學(xué)性能試驗應(yīng)用及發(fā)展做出應(yīng)有的努力和貢獻。

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