盐湖卤水对再生粗骨料高性能混凝土力学性能影响研究.docx

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1、盐湖卤水对再生粗骨料高性能混凝土力学性能影响研究赵宣卜2；刘连新2(1.中国十九冶集团有限公司：2.青海大学)摘要：为了研究再生粗骨料高性能混凝土(RHPB)试件在盐湖卤水1年腐蚀期内的动弹模量、抗压与抗折强度的变化情况，探索其物理力学行为失效机理，展开了RHPB在腐蚀龄期下，离子浓度对混凝土试件及梁构件的动弹模量、强度等的影响研究。试验结果表明：RHPB试件侵蚀时间越长，氯离子含量越高，侵蚀强度也随着深度加深由强变弱；离子共存也能对腐蚀速率产生影响；Oa-LOa侵蚀下，随着侵蚀时间的延长，动弹模量损失会加剧：在相同再生粗骨料(RG)取代率下，RHPB在腐蚀时间O-LOa时，抗折强度随服役时间

2、的延长持续增长；各RG取代率下的试件在侵蚀下，抗压强度整体上呈现下降趋势，在1.0a时抗压强度随RG取代率的提高强度下降最明显，强度下降率最大；RG取代率40%为最佳。关键词：再生粗骨料高性能混凝土；动弹模量：抗压与抗折强度；氯离子；侵蚀时间；取代率中图分类号：TU375.I文献标识码：A文章编号：InfluenceofionerosiononRHPBstrengthinbrineenvironmentZhaoXuan12;LiuLianxin2(1.China19thMetallurgicalCoiporation;2.QinghaiUniversity)AbStract:Inorderto

3、studythechangeofdynamicelasticmodulus,compressivestrengthandflexuralstrengthofrecycledcoarseaggregatehighperformanceconcrete(RHPB)specimensduringone-yearcorrosionperiodinSaltLakebrine,andtoexplorethefailuremechanismofitsphysicalandmechanicalbehavior,thedynamicelasticmodulusandstrengthofconcretespeci

4、mensandbeammembersunderthecorrosionageofRHPBwerestudied.Researchontheinfluenceofdegreeandsoon.TheexperimentalresultsshowthatthelongerthecorrosiontimeofRHPBspecimensis,thehigherthechlorideioncontentis,thestrongerthecorrosionstrengthwillbecome;thecoexistenceofionscanalsoaffectthecorrosionrate;thelosso

5、fdynamicelasticmoduluswillincreasewiththeextensionofthecorrosiontimeunderOa-1.0aerosion;andunderthesamereplacementrateofrecycledcoarseaggregate(RG),R.WhenthecorrosiontimeofHPBis0-1.0a,theflexuralstrengthincreasescontinuouslywiththeextensionofservicetime.Thecompressivestrengthofspecimenswithdifferent

6、RGreplacementratesdecreasesasawholeundercorrosion.At1.0a,thecompressivestrengthdecreasesmostobviouslywiththeincreaseofRGreplacementrate,andtheStiengthdecreasesthemost,RGsubstitutionrateof40%isthebest.Keywords:Recycledcoarseaggregatehighperformanceconcrete;Dynamicmodulusofelasticity;Compressiveandfle

7、xuralstrength;Chlorideion;Erosiontime;Substitutionrate1引言为减少建筑垃圾的产生，从废弃混凝土中提炼再生骨料制备再生混凝土用于建筑物已成为发展趋势，虽然再生混凝土在实际工程环境运用中存在较多难题急需解决，但其对于改善环境、促进资源再利用等特点受到了我国学者的热切关注。因此展开对混再生凝土材料在卤水腐蚀环境下材料及结构力学行为和失效机理的研究十分必要。针对单侵蚀我国已经做了大量研究，多因素膨响研究的破坏规律还有待进一步探索。针对再生混凝土材料及其构件在硫酸盐、氯盐等侵蚀影响下对材料及结构性能退化影响，我国学者展开了一系列的研究。余红发等展开了

8、对新疆、青海、内蒙古、西藏等地盐湖卤水环境下OPC、HSC.FRHSC混凝土试件的应力与非应力腐蚀强度的研究。闫宏生回等通过实验分析了混凝土自身、工作条件、周围环境对硫酸盐侵蚀的影响，提出了一系列防腐措施。施峰、张峰闺等则针对硫酸盐腐蚀建立了混凝土力学性能退化模型来深入揭示硫酸盐侵蚀下混凝土强度退化规律。姜磊等做了不同种类硫酸盐溶液侵蚀下混凝土损伤研究，结果表明随着侵蚀时间增加，损伤层厚度增大，并且损伤层混凝土抗压强度明显降低。试验通过配置卤水，探窕SOJ与侵蚀下RHPB材料抗压与抗折强度的变化，并分析了RHPB材料及构件在卤水腐蚀下的力学行为和失效机理。2试验设计2.1试件原材料水泥(C)：

9、由祁连山水泥有限公司生产，采用RII52.5普通硅酸盐水泥;表I水泥各项性能指标TableIPerformanceIndicatorsofCement表观密度比表面积烧失量(%)初凝/终凝时间抗折强度(MPa)抗压强度(MPa)(kgm3)(m2kg)(min)3d28d3d28d31203751.06225/3206.58.431.258.7粉煤灰(F)：I级粉煤灰，细度9.0%：硅灰(Si)：SiO2含量90.51%,比表面积26200m2kg:矿渣(K)：S95矿渣，比表面积为430m2kg;砂(三)：河砂，细度模数2.65；石子(三)：花岗岩碎石，最大粒径20mm,表观密度2780kg

10、n堆积密度1530kgm3,连续级配；再生粗骨料(RCA)：骨料粒径5mm-45mm,根据建筑用卵石、碎石(GB/T14685-2011)提供的方法对各项基本性能其进行测试。表2再生骨料材料性质Table2Propertiesofrecycledaggregatematerials含水率吸水率含泥量压碎指数表观密度老砂浆含量3%4.4%0.6%11.8%27IlkgZm533.1%减水剂(WR)：聚陵酸系。水(W)：采用自来水，符合国家标准。混凝土配合比按照水胶比与用水量控制设计，设计原理根据普通混凝土配合比设计规程JGJ55-2011规定进行设计网,见表3。表3混凝土配合比Table3Con

11、creteMixRatio编号RG取代单位立方混凝土的材料用量(kgn)抗压强度(MPa)率/%B/MMCFKSiSGRCAWRWRIIPB-O00.305003256010015741115901115051.6RHPB-20200.305003256010015741927.2231.81115050.0RHPB-40400.305003256010015741695.4463.61115048.2RHPB-60600.305003256010015741463.6695.41115047.3RHPB-80800.305003256010015741231.8927.21115045.8R

12、HPB-1001000.305003256010015741011591115044.62.2试验方案(1)试验评价方法卤水浸泡过程中为保持溶液浓度不变，用塑料薄膜对溶液进行密封以防止挥发，并且定期更换溶液，侵蚀在室内进行，以保持温湿度相对稳定。使用氯离子含量快速测定仪测氯离子含量，用硫酸钢重量法(化学滴定法)测量0-35mm均分为7个取样深度的硫酸根含量。使用台式钻芯取样机，将同期、同条件浸泡的100mrnXle)OmmX40Omm的试件做完抗折试验后，对两个半截试块取样，并对同一试块的同一深度取足够多的混凝土粉末。取样孔位于混凝土试块角部，距离边缘均为20mm。卤水成分情况见表2,用波美氏

13、重度仪定期测量养护箱中卤水重度为1250gL，以保证卤水浓度。表4每升卤水所含的基本化学成分Table4Basicchemicalconstituentsperliterofbrine名称NaClNazSOiMgSOlCaSO*NaHCO3KjSO,质量/g208.9843.15.481.210.250.09(2)强度分析方法100mrn100mm400mm的抗折试件6组，每组3个试件，共计18个试件。100mm100mm100mm的抗压试件6组，每组3个，共计18个。设定28d标准养护(基准试件)、0.5a1.0a共3个跟踪龄期。抗折强度试验，按照普通混凝土力学性能试验方法标准团，将配制成型

14、的100mm100mm400mm的混凝土试件，经过标准养护(温度202C、相对湿度在95%以上)28d后，测试混凝土试件的抗折强度，并作为本次研究的基准抗折强度值，强度换算系数取0.85。再测试在卤水中分别浸泡0.5a、LOa后的混凝土试件的抗折强度值作分析研究。抗压强度试验，使用150mm150mm150mm的试件做对应条件下的抗压试验。依次得出基准抗压强度值以及在卤水分别浸泡0.5a、Loa后的混凝土试件的抗压强度值，并作分析研究。(3)动弹模测试对IOommXIoommX40Omm的试块进行不同腐蚀龄期下的动弹模测试。根据混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准(GB/T50082-2009

15、),使用SRDT-60型混凝土动弹仪测定其初始动弹模及侵蚀后动弹模。3结果与讨论3.1 侵蚀分析在7d腐蚀期下，混凝土梁的氯离子含量较低，混凝土表层氯离子浓度最高才1.11%,且随取样深度的加深含量逐渐降低，说明在短时间内混凝土中氯离子侵蚀强度随取样深度的增加逐渐减弱。RHPB试件在任意服役龄期下氯离子含量都随深度的增加逐渐下降，同一取样深度的氯离子含量在LOa时达到最大，大小为1.0a05a,LOa表层氯离子含量达到10.13%，这说明，Cl随时间的推移逐渐向混凝土内部迁移，由外到内，侵蚀时间越长，氯离子含量越高，侵蚀强度也随着深度加深由强变弱。混凝土试件在任意服役龄期下SO42含量都随深度

16、的增加呈下降的趋势；腐蚀龄期为LOa时的SO/含量在各取样深度下最高，Oa时含量最低；在相同腐蚀龄期下，取样深度为05mm时SO42一含量最高，之后随深度的增加而减小直至平稳。这说明SO4的侵蚀深度随时间的延长而加深，但侵蚀含量会减少。RHPB试件腐蚀时间在0.5-1.0a时，同一取样深度下的SO43的含量随腐蚀时间的延长变化很小。SO4,侵蚀在该时间段不明显，但随时间的延长SO4的侵蚀深度加深，这说明某种物质在该时间段抑制了S04?的侵蚀。而金雁南网等的研究也表明当SOf与C共存的情况时，Cl能够减缓硫酸盐侵蚀破坏的速度。氯盐溶液浓度越高，延缓混凝土损伤效果越明显。主要是由于C与混凝土中水化

17、产物反应生成了Friedel盐，造成了混凝土中部分孔隙堵塞，降低了S04?.在混凝土中的扩散速度。说明离子共存也能对腐蚀速率产生影响。表5RHPB-40的Cl与SOQ侵蚀浓度分析Table5AnalysisofCl-andSO42-ErosionConcentrationsofRHPB-40卤水腐蚀时间(a)钻心取SOE浓度(%)卤水腐蚀时间(a)钻心取样深度(mm)ci-浓度(%)S(V浓度(%)卤水腐蚀时间(a)钻心取Soj浓度(%)样深度(mm)Cl-浓度(%)样深度(mm)Cl-浓度(%)0-50.0110.0720-50.7980.0760-5L0130.0835-100.0090.

18、0225-100.5620.0645-100.7430.06610-150.0080.02510-150.330.0510-150.4550.0590(7d)15-200.0070.0180.515-200.1450.045115-200.2870.05120-250.0070.02220-250.1380.04320-250.1640.04925-300.0050.03525-300.0840.03925-300.1590.03830-350.0040.03530-350.080.03430-350.1350.0323.2 动弹模分析表6RHPB试件动弹模量Table6Dynamicmodu

19、lusofRHPBspecimens动弹模量(GPa)编号水胶比标准养护28d(Oa)0.5aLOa卤水环境卤水环境RHPB-O0.3042.244.536.5RHPB-200.3041.343.335.4RHPB-400.3040.541.534.3RH1,B-6O0.3039.140.933.2RHPB-800.3038.739.831.2RHPB-1000.3036.838.630.1E三O 20406080 ICORG substitution rate（%）(Bd9)s=npouJ OEEUA图1动弹模量曲线Fig. 1 Dynamicmoduluscurve在水股比相同下，相同腐蚀

20、条件下试件的动弹模量随着RG的取代率从O-IO0%的提高逐渐降低；随着RG的取代率的提高，Oa动弹模量从42.2MPaF降到了36.8MPa,下降了12.8%；0.5a动弹模量从44.5MPa下降到了386MPa,下降了13.3%；Loa动弹模量从36.5MPa卜降到了30.1MPa,下降了17.5%。说明，0a-：Loa侵蚀下，随着侵蚀时间的延长，动弹模量损失会加剧。在相同RG取代下，随着侵蚀时间的延长，动弹模量的变化呈现先升后降的规律，动弹模量在0.5a时达到最大值，0-0.5a动弹模量小幅上升，0.5a-L0a大幅下降。说明，在一定的短时间侵蚀下，对试件的动弹模量有利。3.3强度的变化分

21、析表7RHPB卤水腐蚀下的强度Table7StrengthofRHPBBrineunderCorrosion类型水股比抗折强度（MPa）抗压强度（MPa）标准养护28d0.5a1.Oa标准养护28d0.5a1.Oa卤水环境卤水环境卤水环境卤水环境RHPB-O0.306.37.98.551.659.946.6R1IPB-2O0.306.06.87.950.055.645.2RHPB-400.305.77.78.648.259.446.3R1IPB-6O0.305.56.77.347.357.640.6RHPB-800.305.26.26.945.852.338.7RIIPB-1000.305.1

22、5.97.144.654.135.7ual-2OXE图2抗折强度曲线Fig. 2 FlexuralStrengthCurve在0a(28d的强度)下，抗折强度随取代率从0虬Io0%变化过程中逐渐卜.降，取代率0时抗折强度最大为6.3MPa,取代率100%抗折强度最小为5.1MPa,下降率为19%。在0.5a下，抗折强度随取代率从0-100%变化过程中呈现下降的趋势，但在取代率40时抗折强度上升的转折点，此点抗折强度为7.7Pa,取代率0%时抗折强度最大为7.9MPa,取代率100%抗折强度最小为5.9MPa,下降率为25.3%。在1.0a下，抗折强度随取代率从0-100%变化过程中呈现下降的趋

23、势，但在取代率40%时出现最大抗折强度的转折点,此点为8.6MPa,取代率0%时抗折强度为8.5MPa,取代率80%抗折强度最小为6.9MPa,下降率为18.8%。以上说明抗折强度的变化与RG取代率及侵蚀时间有关，其规律性还有待深入研究。在相同RG取代率下，RHPB在腐蚀时间O-LOa时，试件没有出现抗折强度的损失，而是随服役时间的延长持续增长。这种现象说明，在卤水腐蚀过程中必定产生某种物质，提高了其抗折强度。其中，RG取代率0%时，Oa-I-OaF抗折强度增长了34.9%,在LOa达到最大值8.5MPaORG取代率20%时,Oa-LOa下抗折强度增长了31.7%,在LOa达到最大值7.9MP

24、aRG取代率40%时，Oa-LOa卜抗折强度增长明显，O-Loa增长了50.9%,在LOa达到最大值8.6MPa。RG取代率60%时，Oa-Le)a下抗折强度增长了31.0%,在LOa达到最大值7.3MPa.RG取代率80%时，0a-1.0a卜抗折强度增长了32.7%,在1.0a达到最大值6.9MPa0RG取代率IO0%时，Oa-1.0a卜.抗折强度增长了39.2%,在1.0a达到最大值7.1MPao以上说明，RG取代率相同时，在O-LOa侵龄期卜.，抗折强度随侵蚀时间的延长逐渐增长，各取代率下的试件增长率均大于3国，取代率40%的试件增长率最大，达到50.9%卤水侵蚀对试件抗折强度有促进作用

25、。O20406080100Substitutionrate(%)图3抗压强度曲线Fig. 3 ompressivestrengthcurveRHPB试件在卤水腐蚀环境下随服役时间的延长，抗压强度整体上成下降趋势。在Oa时，各取代率下试件抗压强度呈现递减规律。RG取代率0%时抗压强度最大，为51.6MPa;RG取代率100%时抗压强度最小，为44.6MPa。抗压强度卜.降率为13.6%。在0.5a时，各取代率下试件抗压强度呈现先减后增再减再增的规律，整体上是减小的趋势。RG取代率0%时抗压强度最大，为59.9MPa;RG取代率80%时抗压强度最小，为52.3MPa。抗压强度下降率为12.7%。在

26、Loa时，各取代率下试件抗压强度呈现先减后增再减的规律，整体上是减小的趋势。RG取代率0%时抗压强度最大,为46.6MPa;RG取代率IO0%时抗压强度最小，为35.7MPa。抗压强度下降率为23.4%。以上分析表明，各RG取代率下的试件在侵蚀下，抗压强度整体上呈现下降趋势，在LOa时抗压强度随RG取代率的提高强度下降最明显，强度下降率最大。在各RG取代率下，抗压强度大小表现为0.5a0aL0a,RHPB试件在0-0.5a抗压强度仍然在增长，说明其后期水化持续较长，这主要是由于(1)矿物微粉的微骨料效应，参加水化反应并且填充混凝土内部的微小孔隙，使其更加密实，从而强度更高，(2)C会通过扩散与

27、渗透作用进入到混凝土内部后与水泥水化产物发生反应，生成水化氯铝酸盐，密实混凝土内部的孔隙，使混凝土抗压强度提高，(3)硫酸盐在混凝土水化过程中，生成了膨胀性产物钙矶石，形成巨大的膨胀应力，使得混凝土强度提高。0.5a-1.0a造成强度损失主要是由于混凝土的化学物质在Cl及Sc)/溶液中发生反应，并吸附离子填充孔隙，导致表层混凝土孔隙膨胀破坏，抗压强度减小，当卤水离子大量进入内部后生产了膨胀性物质钙帆石使抗压强度增加，最后由于构件内部膨胀损伤枳累导致混凝土抗压强度下降。40%RG取代率的试件Oa时抗压强度48.2MPa；0.5a时抗压强度59.4MPa,相对Oa增长率为23.2%；Loa时抗压强

28、度46.3MPa,相对Oa降低率3.9%；增长率为所有取代率试件中最高，降低率为所有取代率最小，故取代率40%对抗压强度有利。4结论(1)同一取代率下的RHPB试件在卤水环境腐蚀下，随着服役时间的推移，抗压强度下降，抗折强度增长，抗压与抗折呈现相反规律，且抗压强度高并不意味着抗腐蚀性强。(2)RG取代率为40%为本试验最佳取代率，试件在腐龄期卜.的抗折强度、动弹模量损失最小，抗压强度增长最大。(3)在相同RG取代下，随着侵蚀时间的延长，动弹模量的变化呈现先升后降的规律，动弹模量在0.5a时达到最大值，说明在0.5a的短时间范围内的卤水侵蚀，对试件的动弹模量有利。(4)离子侵蚀，由表层到内部，侵

29、蚀时间越长，离子含量越高，侵蚀强度也随着深度加深由强变弱。由于卤水中硫酸根离子与氯离子共存，对混凝土构件腐蚀具有多样性、梵杂性，还需定量、具体的进行研究分析。参考文献余红发,孙伟,刘连新.等.在盐湖卤水环境中混凝土应力腐蚀行为J.哈尔滨工业大学学报,2007,12(12):1965-1968.闫宏生.混凝土硫酸盐腐蚀试验研究J.沈阳建筑大学学报(自然科学版).2012,28(6):1083-1088.施峰,汪俊华.硫酸盐侵蚀混凝土立方体的性能退化J.混凝土,2013(3):52-54.张峰,祝金鹏,李术才,等.海水侵蚀环境卜混凝土力学性能退化模型J.岩土力学,2010,31(5):1469-1474.姜磊,牛荻涛.不同种类硫酸盐溶液侵蚀卜混凝土损伤研究J.硅酸盐通报,2017,36(1):51-56.丁威,等JGJ552011,普通混凝土配合比设计规程S.北京:中国建筑工业出版社,2011.戎君明,等.GBT50081-2002,普通混凝土力学性能试验方法标准S.北京:中国建筑工业出版社,2003.金雁南,周双喜.混凝土硫酸盐侵蚀的类型及作用机理J华东交通大学学报,2006(5)48.