多因素协同作用下混凝土抗硫酸盐侵蚀性研究

孙建新

(中铁十九局集团有限公司，北京 100176)

在实际工程中混凝土结构受到外部荷载，环境中腐蚀介质及冻融循环共同作用而引起的破坏实例比较常见。针对该环境特征，开展了混凝土材料在硫酸盐侵蚀、外部弯曲应力及冻融循环三种破坏性因素协同作用下的研究，以期能为该环境中高性能混凝土材料的设计提供更加科学的依据。

1 试验概况

1.1 试验原材料

水泥为北京兴发水泥有限公司生产的P.O 42.5水泥;粉煤灰为内蒙古元宝山热电厂Ⅰ级粉煤灰;砂为河砂，细度模数为3.2;外加剂为河北青华铁园生产的萘系高效减水剂;石子为花岗岩碎石，粒径为5～10 mm。

1.2 试验方法

试验采用40 mm×40 mm×160 mm棱柱体混凝土试件来进行。混凝土试件成型1 d后拆模，标准养护28 d，分别浸泡于10%Na2SO4溶液和水中。测定其不同龄期的抗折强度和抗压强度，每个混凝土配合比成型3条试件，试验结果取3条试件测试值的平均值，以抗弯拉抗蚀系数Kp和抗压抗蚀系数 Kc表示［1］。

式中:Rp、Rc表示试件在侵蚀液中浸泡一定龄期时的抗折强度和抗压强度;表示与侵蚀液同龄期水养护试件的抗折强度和抗压强度。

加载装置和加载方法:加载试验采用图1所示的加载装置对试件进行三分点受弯加荷［2］。该加载装置是通过压缩弹簧变形来对试件施加荷载的。预先测定弹簧的刚度，根据力与变形成正比的关系，通过控制弹簧压缩变形来控制荷载的大小。加载前测定试件标准养护28 d的抗折强度，以抗折强度为基准对持荷试件施加应力比为0、15%和35%三个水平的荷载。抗冻性试验采用GBJ 82—85《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》中快冻法进行。

1.3 混凝土配合比

试验用混凝土配比设计按 JGJ55—2000《普通混凝土配合比设计规程》进行，见表1。

表1 混凝土配合比 kg/m3

2 试验结果与分析

2.1 硫酸盐侵蚀和弯曲应力协同作用下的试验结果与分析

图2是两种混凝土材料在硫酸盐侵蚀和弯曲应力协同作用下的试验结果。试验结果表明，弯曲应力的存在都加速了混凝土硫酸盐侵蚀破坏的速度，且这种加速破坏的作用随其应力水平的增大而增大。试验结果同时表明，粉煤灰对混凝土在硫酸盐侵蚀和弯曲应力协同作用下的抗蚀性能有明显的改善作用。

2.2 硫酸盐侵蚀、弯曲应力和冻融循环协同作用下的试验结果与分析

图3是两种混凝土材料在硫酸盐侵蚀、弯曲应力和冻融循环协同作用下的试验结果。试验结果表明，在三因素协同作用下，两种混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能都大大降低，且这种降低作用随外部弯曲应力水平的增大而加剧。三因素协同作用下，当弯曲应力水平达到35%时两种混凝土材料都表现出突然的脆性破坏，破坏前的相对抗折强度都很高，突然断裂后抗折强度相对变化率下降到－100%。试验结果同时表明，在硫酸盐侵蚀、弯曲应力和冻融循环协同作用下，粉煤灰对混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能有不利影响，且随着弯曲应力水平的增大，这种不利影响会加剧。

从试验中还可以看出，与硫酸盐侵蚀单一因素作用相比，硫酸盐侵蚀、弯曲应力和冻融循环的协同作用对混凝土的损伤要严重得多;与硫酸盐侵蚀和弯曲应力双因素作用相比，冻融循环的存在大大加剧了混凝土材料的破坏速度。

图2 硫酸盐侵蚀和弯曲应力协同作用下混凝土相对强度的经时变化

图3 硫酸盐侵蚀、弯曲应力和冻融循环协同作用下混凝土相对强度的经时变化

3 结论

1)硫酸盐侵蚀和弯曲应力协同作用下，外部弯曲应力的存在加速了混凝土材料硫酸盐侵蚀破坏的速度，且这种加速破坏作用随着应力水平的增大而加剧。粉煤灰对混凝土材料在该环境下的抗硫酸盐侵蚀性能有明显的改善作用。

2)硫酸盐侵蚀、弯曲应力和冻融循环协同作用下，混凝土材料的抗硫酸盐侵蚀性能比硫酸盐侵蚀单因素和硫酸盐侵蚀和弯曲应力双因素协同作用下的都大大降低，且掺粉煤灰的混凝土性能更加劣化。

［1］高礼雄.掺矿物掺合料水泥基材料的抗硫酸盐侵蚀性研究［D］.北京:中国建筑材料科学研究总院，2005.

［2］慕儒，孙伟，缪昌文.荷载作用下高强混凝土的硫酸盐侵蚀［J］.工业建筑，1999，28(8):52-63.

［3］胡江，黄佳木，李化建，等.掺合料混凝土抗冻性能及气泡特征参数的研究［J］.铁道建筑，2009(6):124-127.

［4］李树彬.青藏高原多年冻土区桥梁混凝土抗裂施工技术［J］.铁道建筑，2007(9):23-24，91.