楊冬鵬

(1. 東北大學(xué)，沈陽110004;2. 遼寧省水利水電勘測設(shè)計研究院，沈陽110006)

我國正在進行大規(guī)模的混凝土工程建設(shè)中，對混凝土的安全性能和使用性能提出更高的要求。然而隨著混凝土結(jié)構(gòu)使用環(huán)境的日益惡化，環(huán)境因素中溫度、濕度、水位變化和酸堿鹽等腐蝕介質(zhì)的侵蝕，導(dǎo)致混凝土工程過早地出現(xiàn)老化危害問題，已逐漸引起土木工程界的普遍關(guān)注［1］。硫酸鹽通過地下水和空氣擴散到混凝土中，導(dǎo)致混凝土材料發(fā)生損傷、開裂?；炷翐p傷后，抗壓強度會降低，嚴重影響混凝土的耐久性。因此如何預(yù)防和減輕硫酸鹽對混凝土的腐蝕破壞、提高混凝土的使用壽命將具有十分重要的意義。本文在試驗的基礎(chǔ)研究了腐蝕液的濃度、養(yǎng)護時間對混凝土抗壓強度影響。

1 試樣的制備

參照SL352—2006《水工混凝土試驗規(guī)程》，共制作試樣40 組，尺寸為150 mm ×150 mm ×150 mm，其中混凝土材料用量見表1。

表1 混凝土試件材料用量表

2 腐蝕方法

采用實驗室加速腐蝕的試驗方法，配制質(zhì)量濃度分別為0%，5%，10%，15%的A、B、C、D 共4 組硫酸鈉溶液，將制備好的試樣在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護條件下養(yǎng)護7 d后，浸泡在配制好的溶液中，不同濃度硫酸鈉溶液中浸泡10 組試樣，之后放置在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護室中進行養(yǎng)護。

3 試驗方法

加載試驗在遼寧省水利水電勘測設(shè)計研究院的電液伺服壓力機上進行的，加載速率為0.5 MPa/s。

4 實驗結(jié)果

分別將在4 種不同濃度的硫酸鈉溶液中養(yǎng)護的試樣，在腐蝕0 d、30 d、60 d、90 d、120 d、150 d、180 d、240 d、270 d 后進行單軸抗壓試驗，結(jié)果如表2。

表2 不同濃度的硫酸鈉溶液腐蝕的試樣在不同腐蝕時間的抗壓強度

5 結(jié)果分析

5.1 混凝土單軸抗壓強度與養(yǎng)護時間以及硫酸鹽濃度的關(guān)系

不同濃度硫酸鈉溶液腐蝕的混凝土強度與齡期的關(guān)系如圖1，在硫酸鈉濃度為0 的溶液中養(yǎng)護的混凝土強度隨時間的推移，強度逐漸增加，在0 ～50 d內(nèi)強度迅速增長，50 ～150 d內(nèi)，混凝土強度增長緩慢，150 d以后混凝土強度又開始快速增長［2］。

圖1 在4 組不同濃度硫酸鹽溶液中腐蝕的混凝土強度與腐蝕時間的關(guān)系圖

從圖1 中可以發(fā)現(xiàn)，混凝土試樣的抗壓強度隨時間的變化趨勢分為3個階段，在硫酸鈉濃度為0的溶液中腐蝕的試樣，隨著養(yǎng)護時間的增加，抗壓強度呈增加趨勢，在第一階段內(nèi)，混凝土試樣的抗壓強度隨時間增加而快速增長;在第二階段內(nèi)，混凝土試樣的抗壓強度隨時間增加而緩慢增長;在第三階段內(nèi)，混凝土試樣的抗壓強度隨時間增加而基本保持不變。在濃度為5%、10%、15%硫酸鈉溶液中腐蝕的混凝土試樣的抗壓強度與時間的關(guān)系為:在第一階段內(nèi)，混凝土試樣的抗壓強度隨時間增加而快速增長;在第二階段內(nèi)，混凝土試樣的抗壓強度隨時間增加而緩慢增長;在第三階段內(nèi)，混凝土試樣的抗壓強度隨時間增加而逐漸減低。

在第一階段內(nèi)，4 組溶液中腐蝕的混凝土試樣強度均隨時間增加而快速增長，這是因為水泥發(fā)生水化發(fā)生反應(yīng)，強度增加，還可以發(fā)現(xiàn)混凝土試樣強度與硫酸鈉溶液濃度成正比，這是因為硫酸鹽腐蝕產(chǎn)物石膏和鈣礬石會填充混凝土的縫隙使得混凝土更加密實，強度增加。硫酸鹽濃度越高，腐蝕混凝土的縫隙中充填的產(chǎn)物越多，強度越高。

在第二階段內(nèi)，混凝土試樣的抗壓強度隨時間增加而緩慢增長，一方面水泥水化反應(yīng)繼續(xù)進行，增加混凝土的強度，這是強度增加的有利因素;另一方面隨著腐蝕的不斷進行，混凝土中生成的腐蝕產(chǎn)物體積開始膨脹，造成的晶體壓力超過混凝土的抗拉強度使之開裂，這會降低混凝土的強度，這是強度增加的不利因素。在這個階段中，強度增加的有利因素要強于不利因素，因此強度隨時間緩慢增加，但是有利因素逐漸減弱，不利因素逐漸增強。硫酸鹽的濃度越低，第二階段維持的時間越長，相反，硫酸鹽的濃度越高，混凝土的最大強度越大。

在第三階段內(nèi)，混凝土強度增加的不利因素要強于有利因素，混凝土的強度隨時間增加而降低。硫酸鹽濃度越高，產(chǎn)生的腐蝕產(chǎn)物越多，由膨脹而產(chǎn)生的開裂也就越多，因此強度降低的也就越多。

5.2 強度與應(yīng)變關(guān)系

圖2 給出了混凝土在硫酸鹽濃度為15%溶液腐蝕的不同時期的應(yīng)力－應(yīng)變曲線，3 條曲線分別腐蝕0、90、270 d，分別代表腐蝕前期、中期、后期的典型應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系?？梢园l(fā)現(xiàn)，隨著腐蝕時間的增加，混凝土的彈性模量先增加后減小，峰值應(yīng)變先減小后增加，這與強度變化關(guān)系一致，所以說適當(dāng)濃度的硫酸鹽腐蝕，可以增加混凝土的前期腐蝕。

圖2 混凝土在不同腐蝕時間的應(yīng)力～應(yīng)變曲線

6 結(jié) 論

綜上所述，得到以下結(jié)論:①在硫酸鹽對混凝土的腐蝕前期，由于腐蝕產(chǎn)物，會增加混凝土的強度，硫酸鹽濃度越高增加效果越明顯;②在硫酸鹽對混凝土的腐蝕中期，混凝土強度隨時間增加而緩慢增加，硫酸鹽濃度越低，增加時間越長，但混凝土的最高強度越低;③在硫酸鹽對混凝土的腐蝕后期，混凝土強度隨時間增加而迅速降低，硫酸鹽濃度越高，混凝土強度越低越明顯;④適當(dāng)濃度的硫酸鹽環(huán)境，有利于提高混凝土的力學(xué)性能。

［1］馬孝軒. 我國主要土壤對混凝土材料腐蝕性分類［J］. 混凝土與水泥制品，2003，6(12):6 －7.

［2］盧木. 混凝土耐久性研究現(xiàn)狀和研究方向［J］. 工業(yè)建筑，1997，27(05):1 －6.