干湿循环下改性混凝土硫酸盐腐蚀的断裂性能试验研究.pdf

水 利 学 报 2018年4月 SHUILI XUEBAO 第49卷 第4期 文章编号：0559-9350（2018）04-0419-09 干湿循环下改性混凝土硫酸盐腐蚀的断裂性能试验研究 郭进军，杨 梦，陈红莉，韩菊红 （郑州大学 水利与环境学院，河南 郑州 450001） 摘要：分别掺入粉煤灰、矿渣粉、硅灰和聚酯纤维对普通混凝土进行改性，通过切口梁三点弯曲断裂试验研究干 湿循环方式下受5 %Na SO 溶液腐蚀混凝土的抗裂阻裂性能。计算分析了腐蚀后改性混凝土的荷载-裂缝口张开 2 4 位移P-CMOD曲线特性、断裂韧度与断裂能，给出抗腐蚀增韧系数的定义，并研究了硫酸盐腐蚀环境下改性混 凝土相对于普通混凝土的增韧效果，探讨了不同腐蚀时期改性混凝土的劣化机理。结果表明：腐蚀后改性混凝土 的P-CMOD曲线经历了损伤初弯段、比例弹性段、稳定扩展段和软化段4个阶段；随干湿循环次数的增加，改性 混凝土的抗腐蚀增韧系数总体呈先增大后减小趋势；掺加25 %粉煤灰可显著增强腐蚀早期混凝土的断裂韧度， 掺入聚酯纤维、矿渣有利于混凝土腐蚀后期失稳韧度的提升和断裂能的增加，而掺入硅灰对腐蚀混凝土的增韧效 果不明显。 关键词：改性混凝土；硫酸盐；干湿循环；腐蚀；断裂韧度；断裂能；抗腐蚀增韧系数 中图分类号：TV431 文献标识码：A doi ：10.13243/ki.slxb 1 研究背景 硫酸盐是导致混凝土性能劣化的重要腐蚀介质之一。我国西北地区水利工程地基多为红色岩系 ［1］ 2- 地基，含有大量硫酸盐矿物 ，导致地下水和土壤中硫酸盐浓度较高，例如青海省盐渍土中SO 浓 4 ［2］ 度超过4200mg/L ，属强腐蚀等级。在高浓度硫酸盐作用下，该区域的水工建筑物基础（如廊道、排 水孔等）混凝土出现凸起胀裂、剥落甚至粉化现象，导致混凝土承载力明显降低，干湿循环的叠加作 ［3-5］ 用更加快了硫酸盐腐蚀速度，加剧了混凝土的损伤 ，严重威胁大坝的稳定性。如甘肃省盐锅峡电 站，18个坝段中有14个受到硫酸盐侵蚀，多个部位的混凝土已变成泥糊状，严重影响了工程的安全 ［6］ 运行 。 硫酸盐的腐蚀破坏对象是混凝土本身，主要以物理盐胀性破坏为主，辅以与水泥水化物化学反 应侵蚀，造成混凝土开裂甚至剥落，进而又为氯盐等其他腐蚀介质提供侵蚀通道。目前国内外学者 围绕硫酸盐或干湿循环条件下单一或双因素对混凝土影响的研究较多，主要集中在普通混凝土抗压 ［7-11］ 强度、抗拉强度和膨胀量等力学性能方面 。近年来也有学者对多种劣化因素共同作用下混凝土的 ［12-15］ ［13］ 断裂性能开展了相关研究 ，董宜森等 研究了硫酸盐与干湿循环联合作用对普通混凝土断裂韧度 ［14］ 的影响；张廷毅等 研究了碳化和干湿交替单一及共同作用下对普通混凝土断裂韧度的影响，并探 ［15］ 讨了腐蚀作用下混凝土断裂韧度的计算模式；Almusallam等 研究了HFRC复合材料中不同纤维对其 断裂性能的影响，并且开发了一种用于确定HFRC复合材料设计断裂能的分析模型。但这些研究主要 针对的是普通混凝土腐蚀后的断裂性能，均得到腐蚀可降低混凝土断裂性能、劣化混凝土耐久性的 收稿日