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季节冻土区盐渍土环境下混凝土抗冻耐久性机理

2014-06-06宿晓萍王文华孙昊月

关键词:盐溶液抗冻冻融循环

宿晓萍,王 清,王文华,孙昊月

1.长春工程学院土木工程学院,长春 1300122.吉林大学建设工程学院,长春 1300263.吉林省电力勘测设计院,长春 130021

季节冻土区盐渍土环境下混凝土抗冻耐久性机理

宿晓萍1,王 清2,王文华1,孙昊月3

1.长春工程学院土木工程学院,长春 130012
2.吉林大学建设工程学院,长春 130026
3.吉林省电力勘测设计院,长春 130021

为了研究混凝土在冻融交替与盐类侵蚀双重因素作用下的抗冻耐久性能,根据季节冻土区大安境内盐渍土中主要易溶盐的类型与含量,配制了3种质量分数的复合盐侵蚀溶液,制备了普通混凝土、2种引气混凝土及2组粉煤灰混凝土试件,进行盐蚀-快速冻融循环试验,对盐冻破坏后混凝土的质量损失、动弹性模量衰减及其微观结构进行分析。试验结果表明:在冻融循环作用下,复合盐加剧了混凝土的冻融剥蚀破坏;混凝土的冻害程度与侵蚀盐溶液的质量分数、冻融循环次数、混凝土的含气量、粉煤灰掺量等因素有关;造成混凝土发生盐冻破坏的原因有水结成冰的膨胀压力,或冰与水的渗透压力以及复合盐与水泥水化产物发生的化学侵蚀和盐类的结晶膨胀,其中,盐类结晶压对混凝土内部结构的破坏更严重。

盐渍土;盐蚀;冻融循环;混凝土;抗冻性

0 引言

早在1991年Methta教授[1]就曾指出,冻害是除氯盐腐蚀以外影响混凝土结构耐久性的又一重要因素。冻融破坏已经成为我国东北、西北和华北地区水工混凝土建筑物老化病害的主要问题之一[2-4]。如果冻融交替与其他有害环境因素共同作用时,混凝土的破坏将更为严重,混凝土工程的使用寿命会大大缩短[5-11]。吉林西部地区既是东北典型的季冻土分布区,也是我国土壤盐碱化最严重的地区之一[4]。该区盐渍土基本属于内陆苏打盐渍型,盐分组成以硫代硫酸钠和碳酸氢钠为主,并含有少量硫酸盐和氯化物[12-14]。在此环境中的混凝土建筑物,在遭受冻融破坏的同时又将受到复合盐的侵蚀作用。

为了研究季节冻土区盐渍土中有害介质与环境因素对混凝土抗冻性能的影响,笔者以吉林省大安市为研究区,根据大安春季土样中易溶盐的测定结果,配制了不同质量分数的盐溶液(水作为对比),制备了普通混凝土、粉煤灰混凝土及引气混凝土试件,进行复合盐溶液条件下的快速冻融试验,对季节冻土区盐渍土环境下混凝土的抗冻耐久性能及盐冻破坏机理进行研究。

1 试验方案设计

1.1 侵蚀盐溶液的质量分数

对大安市为境内春季土样进行理化性质分析试验,得到土样中Na+、HCO-3、SO2-4、Cl-的含量与天然含水率[15],依此配制含有碳酸氢盐、氯盐、硫酸盐的复合盐溶液,其质量分数视为基准质量分数,即3.4%;考虑试验速度与结果比较,又配制了基准质量分数盐溶液中各种单盐用量3倍、5倍的侵蚀盐溶液,水作为对比[16]。4组侵蚀溶液的组分及其质量分数如表1所示。由于试验用水为自来水,经试验测定水中离子含量少,在此忽略不计,这与其他学者试验用水也是一致的。

表1 侵蚀溶液的组分及质量分数Table 1 Composition and mass fraction of corrosion solution

1.2 混凝土试件的配制

试验采用相同强度等级5种配合比的混凝土,即强度等级均为C30的普通混凝土、2组引气混凝土和2组粉煤灰混凝土,水胶比为0.48,含砂率为0.35。混凝土的配合比见表2。

表2 C30混凝土的配合比[4]Table 2 Mixture ratio of C30concrete

混凝土所用原材料包括:P·O 42.5普通硅酸盐水泥;细骨料为细度模数3.0~2.4的中砂,平均粒径为0.35~0.50mm,颗粒级配良好,堆积密度1 470kg/m3,表观密度2 650kg/m3;粗骨料选用粒径为5~10mm连续级配、表面粗糙的坚硬碎石;Ⅱ级粉煤灰;SJ-2引气剂;非引气型高效减水剂。制作尺寸为40mm×40mm×160mm的棱柱体试件。

1.3 试验制度

试验以快冻法进行,将标准养护到24d的棱柱体试件浸入配制好的各组侵蚀溶液中(全浸泡方式),4d后放入快速冻融机中进行快速冻融试验。冻融循环制度为:1d完成6次循环,试件在(-15±2)℃温度下冻结2h,在(6±2)℃温度下融化2h。即由6℃降到-15℃用1h,再维持-15℃的温度用1h;由-15℃升到6℃用时1h,再保持6℃的温度1h,即为1次冻融循环。如此循环重复试验。

1.4 试验评价指标

考虑试验周期长与试验工作量较大,采用无损伤试验,以质量损失与动弹性模量衰减作为试验评价指标。混凝土的质量用精度为0.1g的电子天平称得。每组试验开始前,用电子天平称得试件的初始质量m0(kg),达到试验要求的冻融循环次数(n次)时称得的试件质量mn(kg),则混凝土试件的质量损失率ΔWn可按下式计算:

相对动弹性模量是常规冻融试验中用来评定混凝土抗冻耐久性的重要指标,也是反映试件内部损伤程度的主要参数。试验中相对动弹性模量[17]由无机非金属超声波检测仪测得声速后计算可得:

式中:Er表示相对动弹性模量;E0,v0分别表示混凝土的初始动弹性模量和超声波传播速度;En,vn分别表示混凝土经n次冻融循环后的动弹性模量和超声波传播速度。试验所用TICO超声波检测仪为瑞士Proceq SA ZURICH SWITZLANDSH生产,测量范围为15~6 550μs,分辨率为0.1μs,电压脉冲为1kV,脉冲率为3s-1,输入阻抗为1mΩ,直接法测试的最大距离为15m。具体测试过程如下:1)用BNC电缆将传感器接到主机Transmit和Receive接口后开机;2)用标定棒标定检测仪器;3)采用直接法测试,测试点为棱柱体试件的两端,长度测定精确到1%,将测得的数值输入仪器;4)在传感器和试件两端涂上耦合剂;5)将传感器放在试件两端抵牢,开始测试;6)数据稳定后存储声速数据值,每个试件测3次取平均值;7)试验结束后,关闭主机,拆下传感器等。

试验时测定冻融循环为0、10、20、30次……时的质量与声速(可求得动弹性模量),测数据前先将试件表面的浮渣清洗干净,擦去表面积水。由于盐溶液中的试件盐冻破坏速度较快,根据试验过程中混凝土的脱落情况、动弹性模量的衰变情况,适当调整数据测定的频率。

当质量损失率ΔWn达到5%或相对动弹性模量Er下降至60%时,认为试件已达破坏,终止试验。

2 试验结果

2.1 复合盐-冻融循环作用下混凝土的外观变化

图1为部分混凝土试件在复合盐溶液中发生冻融剥蚀破坏的外观。可以看出,在复合盐-冻融循环作用下,试件表层的混凝土出现裂纹并慢慢剥落,有的甚至露出石子。盐冻次数越多,混凝土剥落情况就越严重,有的试件甚至从中间裂为两截;而且复合盐溶液的质量分数越高,混凝土发生剥落越早,剥蚀破坏越严重,即盐溶液中的试件质量损失或表面混凝土剥落量均比水中的试件大得多。

图1 混凝土试件在复合盐溶液中的冻融剥蚀破坏Fig.1 Damage appearance of specimens under multi-salt solution and freeze-thaw cycles

另外,试件的破坏程度与混凝土中外加剂有很大关系:掺引气剂的混凝土试件抗冻与抗盐冻性能比普通素混凝土试件要好,破坏程度轻微;混凝土的含气量越大,试件破坏得越轻。对于粉煤灰混凝土试件,不但未表现出较好的抗盐冻性能,反而破坏更严重:粉煤灰的掺量越大,盐冻破坏越严重。

2.2 复合盐侵蚀-冻融循环作用后混凝土的质量损失

在复合盐侵蚀与冻融循环共同作用下,混凝土发生了不同程度的破坏,其质量损失随冻融循环次数增加而变化的规律曲线见图2。可以看出:混凝土质量损失率与混凝土的配合比和复合盐溶液的质量分数有关。

图2 盐蚀-冻融循环作用后混凝土的质量损失率Fig.2 Mass loss rate of concrete after salts corrosion and freezing-thawing cycles

2.2.1 盐溶液的质量分数对混凝土质量损失率的影响

图2显示:A组溶液即水中的混凝土质量损失率曲线经历了平缓—缓慢增加的过程;对于复合盐溶液中的各组混凝土,质量损失率的变化规律基本一致,呈先降低后增加的趋势。在试验初期,盐溶液中的混凝土质量损失率不但没有增大,反而略有降低,且盐溶液的质量分数越大,质量损失率下降越明显,这与水中的混凝土截然不同。可见,盐在其中起了关键作用,由于盐溶液不断渗透到不密实的混凝土内部,使得混凝土的质量不降反升;随着盐蚀-冻融循环次数的增加,试件表层混凝土开始剥落造成质量损失,而且复合盐侵蚀溶液的质量分数越大,质量损失越严重,即混凝土质量损失率曲线的上升段越陡。可见,盐类侵蚀与冻融交替对混凝土都有破坏作用,两者共同作用时对混凝土的破坏又存在叠加效应。由于混凝土的动弹性模量下降得更明显,试件均因相对动弹性模量先降到60%而终止了试验。

2.2.2 外加剂对混凝土质量损失率的影响

由图2还可以看出:与基准混凝土相比,引气混凝土无论是在水中还是复合盐溶液中,经冻融循环作用后质量损失要慢得多,能经受的冻融循环次数更多,比基准混凝土显示出更好的抗冻与抗盐冻性能;对于粉煤灰混凝土,质量损失要迅速得多,其剥落速度比基准混凝土更快,并未表现出较好的抗冻与抗盐冻性能,反而比基准混凝土还要差。以C组盐溶液中5种混凝土为例:两组引气混凝土(Y-Ⅱ与Y-Ⅲ)比基准混凝土(Y-Ⅰ)的抗盐冻次数分别延长了100%与125%;而两组粉煤灰混凝土(Y-Ⅳ与Y-Ⅴ)的抗盐冻次数比基准混凝土分别减少了25.0%与37.5%。

2.3 复合盐蚀-冻融循环作用对混凝土动弹性模量的影响

图3 盐蚀-冻融循环作用后混凝土的相对动弹性模量Fig.3 Relative dynamic elastic modulus of concrete after salts corrosion and freezing-thawing cycles

图3所示为各组混凝土经复合盐侵蚀与冻融交替共同作用后相对动弹性模量的变化规律。可见,随着盐蚀-冻融循环次数的增加,混凝土的相对动弹性模量曲线呈先略微上升后下降的态势。

图3结果显示,复合盐溶液的质量分数越大,混凝土相对动弹性模量曲线下降得越陡,所能经受冻融破坏的时间就越短。以基准混凝土(Y-Ⅰ)为例:在A组溶液(水)中没有盐蚀的情况下,能经受160次的冻融循环作用;在B、C、D组复合盐溶液中时,能经受的最大冻融循环次数依次为120、80、50次,比水中的混凝土分别减少25.0%、50.0%、68.8%。可见,冻融交替与复合盐侵蚀双重因素作用加剧了混凝土的破坏进程。

各组混凝土,无论是在水中还是在盐溶液中,冻融循环作用后相对动弹性模量曲线都先经历平缓段或略有增加,即出现较明显的“拐点”后便迅速下降,曲线变陡。与基准混凝土相比,引气混凝土相对动弹性模量曲线出现“拐点”较晚,而且所经受的冻融循环作用的次数更多,抗冻耐久的时间更长,抗冻与抗盐冻的效果更好;而且含气量越大,效果越好。如水中的Y-Ⅱ、Y-Ⅲ组引气混凝土的“拐点”分别比基准混凝土延后了100%与220%;B组盐溶液中Y-Ⅱ、Y-Ⅲ组引气混凝土的“拐点”分别延后了100%与200%。可见,季节冻土区盐渍土分布区的混凝土工程宜采用引气混凝土,以提高混凝土工程的抗冻与抗盐冻耐久性。

对于Y-Ⅳ、Y-Ⅴ组粉煤灰混凝土,相对动弹性模量曲线“拐点”出现得较早,甚至早于基准混凝土,抗冻融循环作用的次数少于基准混凝土,抗冻与抗盐冻的效果较差;而且粉煤灰掺量越大,混凝土的抗冻与抗盐冻性能越差。可见,建设在季节冻土区盐碱土分布区内的混凝土工程不宜采用粉煤灰混凝土。

2.4 盐冻破坏后混凝土的微观结构

混凝土试件外观的盐冻剥蚀破坏是其内部损伤的宏观表象。为了探究混凝土盐冻破坏的实质,进一步对盐冻破坏后混凝土的内部微观结构进行电镜扫描、能谱与化学成分分析,试验样品均取自C组复合盐溶液中的Y-Ⅰ组、Y-Ⅱ组与Y-Ⅳ组混凝土试件。

2.4.1 普通混凝土盐冻破坏后的微观结构

图4所示为盐冻破坏后C组复合盐溶液中Y-Ⅰ组普通混凝土的2 000倍扫描电镜照片。从照片中可以看到,混凝土结构不但失去了原有的完整性与密实性,而且内部生长着大量花状晶体,盘根错节。对花状晶体进行能谱与化学成分分析(表3)。可见,这类晶体的主要元素有C、O、Au、Ca,其中,元素Au由样品镀膜带入,元素C、O、Ca的摩尔分数较高,分别为28.49%,38.56%,28.59%。这说明这一物质是CaCO3晶体,也证明水泥浆中的Ca(OH)2受到盐溶液中CaHCO3的侵蚀,发生化学反应,生成大量的CaCO3生长在混凝土内部孔隙间,巨大的体积膨胀应力造成混凝土的开裂、剥落、直至破坏。

图4 盐冻破坏后普通混凝土SEM照片Fig.4 SEM photograph of normal strength concrete after frost damage

2.4.2 引气混凝土盐冻破坏后的微观结构

图5所示为盐冻破坏后C组复合盐溶液中Y-Ⅱ组引气混凝土的2 000倍扫描电镜照片。可以看到,混凝土内部呈现出纤维状与草状物质交错重生的松散结构,不再是凝胶状与晶体结合的致密结构,经过对其能谱图与化学成分分析(表4)发现,混凝土不仅含有Ca、Si、O、Al等一些常见元素,还出现了Na、C、S、Cl等元素,显然是复合盐溶液中各类盐的侵蚀所致。

2.4.3 粉煤灰混凝土盐冻破坏后的微观结构

图5 盐冻破坏后引气混凝土SEM照片Fig.5 SEM photograph of air-entraining concrete after frost damage

图6 盐冻破坏后粉煤灰混凝土SEM照片Fig.6 SEM photograph of fly ash concrete after frost damage

图6为盐冻破坏后C组复合盐溶液中Y-Ⅳ组混凝土的2 000倍扫描电镜照片。SEM照片显示,盐冻后的混凝土内部凸起大量的球状物质,互相胶结重叠,表面杂生着一层白色毛刺,犹如“刺球”一般,经过能谱分析与化学成分测定,结果见表5。这些“刺球”的主要元素为Na、Ca、C、O,初步推断这可能是 Na2CO3、NaHCO3、CaCO3或Ca(OH)2晶体。由于Ca(OH)2晶体与凝胶状C-S-H同为混凝土的水化物,但是化学成分测定的结果显示没有Si元素的存在,可见Ca(OH)2晶体存在的可能性不大,应是CaCO3;由于复合盐溶液中NaHCO3盐的含量较大,与水泥浆体中的Ca(OH)2发生了化学反应,产物是CaCO3与Na2CO3。综合起来,可以判断这些晶体主要是CaCO3与Na2CO3。

表3 图4中花状晶体的能谱图与化学成分Table 3 Energy spectrum diagram and chemical composition of flower crystal in Fig.4

表4 图5方框区域的能谱图与化学成分Table 4 Energy spectrum diagram and chemical composition of square area in Fig.5

表5 图6中刺球的能谱图与化学成分Table 5 Energy spectrum diagram and chemical composition of thorn ball in Fig.6

3 复合盐与冻融循环共同作用下混凝土盐冻破坏的机理分析

3.1 水中混凝土冻融破坏机理分析

关于混凝土冻融破坏的机理,许多学者提出了各种假说,其中,以静水压假说和渗透压假说公认程度较高[18]。静水压假说主张:在潮湿条件下,混凝土的毛细孔内吸水,空气泡内壁也能吸附水,但在常压下都很难吸满水,总会有无水的空间存在;当温度降低到0℃以下时,毛细孔中的水结成冰,体积膨胀,将未冻水向着大的空气泡方向推动,便形成了静水压力。渗透压力假说主张:冰水饱和蒸汽压不同,冰的饱和蒸汽压小于水的饱和蒸汽压。研究表明,小孔水的冰点低于大孔中水的冰点,所以混凝土中的大孔水先结冰,逐渐扩展到小孔,使得冰水之间产生了饱和蒸汽压差,这一压力差将未冻水推向冻结区,便形成了渗透压。由于未冻水的迁移渗透使得毛细孔中冰的体积不断增大,从而产生更大的膨胀压力,混凝土开始开裂。随着冻融循环次数的增加,裂缝不断扩展、连通,混凝土由表及里的剥落,造成质量损失,内部损伤加剧,强度逐渐降低,最终破坏。

由此可见,水是造成混凝土受冻破坏的主要原因。混凝土中的水有3种存在形式,即化学结合水、物理吸附水和自由水。其中,自由水对混凝土冻融破坏的影响最大。自由水广泛存在于混凝土的大小不同的毛细孔或大孔中,其数量多少和毛细孔直径有关,而混凝土受冻害程度与孔隙中饱水程度有关,混凝土在完全饱水状态下,其冻胀压力最大。对于水中的混凝土,表层含水率要大于内部的含水率,由于冻结时表面混凝土的温度低于内部的温度,所以冻害首先从表层开始逐步向内部深入发展。因此试件表面的混凝土脱落要严重些。

3.2 复合盐溶液中混凝土的盐冻破坏机理分析

在冻融交替的反复作用下,复合盐溶液中的各组混凝土破坏程度均比水中的混凝土严重,盐在混凝土冻融破坏中起了重要作用。混凝土发生盐冻破坏可以从有利和不利2个方面分析。有利的一面是复合盐环境下混凝土中溶液的冰点降低,且盐溶液的质量分数越高,冰点降低幅度越大,对混凝土的冻融损伤就越轻。不利的一面是盐溶液渗透进混凝土内部的孔隙中,因过饱和,NaHCO3、NaCl、Na2SO4不断结晶析出,巨大的结晶压力造成混凝土膨胀开裂,使得混凝土内部损伤,动弹性模量下降,强度降低。但是,在冻融循环初期,混凝土的孔隙中因为充满复合盐的结晶体变得更加密实,使得相对动弹性模量与质量略有增加。

可见,复合盐侵蚀溶液对混凝土造成的冻融损伤破坏,存在着降低冰点、缓解冻融损伤的正效应,也存在着盐类结晶膨胀导致混凝土开裂损伤的负效应。在复合盐侵蚀与冻融交替反复作用下,各种盐结晶压对混凝土的破坏犹如疲劳作用,对混凝土损伤存在超叠效应,当损伤负效应累积到大于正效应时,混凝土发生膨胀开裂,混凝土的强度也就不断降低,直至破坏。

但是,从混凝土试件的脱落程度、破坏速度、质量与动弹性模量的损失等方面比较来看,无论是哪组混凝土,盐溶液中的混凝土冻融破坏都比水中的严重。可见,水结成冰的膨胀压力,或是冰与水的渗透压力对混凝土内部损伤的作用相对较小,而盐对混凝土冻胀破坏的作用更大。盐冻破坏后的各组混凝土微观结构的分析结果也证明了盐类结晶破坏是造成混凝土发生盐冻破坏的重要因素。

3.3 外加剂在混凝土冻融破坏中的作用

在复合盐侵蚀与冻融循环的共同作用下,引气混凝土比普通混凝土表现出较好的抗冻性,可见,引气有利于混凝土抗冻。这是由于掺入引气剂在混凝土中产生大量的封闭气泡,这些均匀分布的细小气泡不但具有一定的保温作用,而且能有效地缓冲在冻结过程中渗透压与冰晶应力(或盐类结晶力)对混凝土造成的膨胀破坏作用,从而减轻混凝土的冻害。

试验结果表明,粉煤灰的掺入对提高混凝土抗盐冻破坏性能作用不大,甚至不如普通混凝土。这是由于粉煤灰对混凝土后期强度的贡献比较大,而对其早期强度不利,粉煤灰的掺量越大,混凝土的早期抗压强度下降得越多。这一点在试验中也得到了证明,Y-Ⅰ、Y-Ⅳ、Y-Ⅴ3组混凝土的28d立方体抗压强度分别是37.2、33.1、31.4MPa。随着龄期的延长,粉煤灰混凝土的抗压强度逐渐升高,但是在冻融交替与复合盐侵蚀的共同作用下,混凝土后期强度的增长不及冰晶压力、渗透压力与盐类结晶压力产生的负效应,便很快破坏。可见,季节冻土区盐碱土环境中服役的混凝土工程不建议采用粉煤灰混凝土,或者粉煤灰掺量过大的混凝土。

4 结论

1)季节冻土区盐渍土分布区内的混凝土工程会发生严重的盐冻剥蚀破坏,混凝土的冻害程度与侵蚀盐的种类、侵蚀溶液的质量分数、冻融循环次数、混凝土的含气量、粉煤灰掺量等因素有关。

2)复合盐-快速冻融试验初期,由于复合盐的渗透与密实作用,混凝土的质量和动弹性模量略有增加;随着试验次数的增加,混凝土的质量和动弹性模量均呈下降趋势。复合盐溶液的质量分数越大,质量和动弹性模量下降趋势越明显,混凝土剥落得越严重,有的甚至在中间冻断。即使在水中的混凝土,质量和动弹性模量也呈下降趋势,只是下降得平缓些。

3)在复合盐-快速冻融试验中,引气混凝土比基准混凝土抗盐冻破坏的能力强,且随着含气量的增加而增大。而掺入粉煤灰的混凝土没有明显地改善混凝土抗盐冻破坏的能力,反而比普通混凝土破坏严重。季节冻土区盐碱土区内混凝土工程不建议采用粉煤灰混凝土,宜采用引气混凝土。

4)在复合盐的侵蚀与冻融循环共同作用下,混凝土发生盐冻破坏原因是多方面的,既有水结成冰的膨胀压力,或冰与水的渗透压力,也有复合盐对水泥水化产物的化学侵蚀以及盐类的结晶膨胀压力。其中,盐类结晶压造成混凝土内部损伤是导致混凝土发生盐冻破坏的主要因素。

(References):

[1]洪定海.混凝土中钢筋的腐蚀与保护[M].北京:中国铁道出版社,1998.

Hong Dinghai.Corrosion and Protection of Steel Bars in Concrete[M].Beijing:China Railway Publishing House,1998.

[2]李金玉,曹建国.水工混凝土耐久性的研究与应用[M].北京:中国电力出版社,2004.

Li Jinyu,Cao Jianguo.Research and Application of Durability in Hydraulic Engineering Concrete[M].Beijing:China Electric Power Press,2004.

[3]黄国兴,鲁一晖.水工混凝土结构的材料研究创新成果综述[J].中国水利水电科学研究院学报,2008,6(4):279-287.

Huang Guoxing,Lu Yihui.General Introduction on Research Achievements of Materials for Hydraulic Concrete Structures[J].Journal of China Institute of Water Resources and Hydropower Research,2008,6(4):279-287.

[4]宿晓萍.吉林省西部地区盐渍土环境下混凝土耐久性研究[D].长春:吉林大学,2013.Su Xiaoping.Research on the Concrete Durability Due to Salinized Soil in the Western Region of Jilin Province[D].Changchun:Jilin University,2013.

[5]蒋卫东,陈啸,刘斌.基于六盘山隧道衬砌混凝土腐蚀破坏分析及对策[J].公路,2007(11):228-232.

Jiang Weidong,Chen Xiao,Liu Bin.Analysis and Treatment of Corrosion Failure of Lining Concrete in Liupanshan Tunnel[J].Highway,2007(11):228-232.

[6]洪雷,唐晓东.冻融循环对高性能混凝土氯离子渗透性的影响[J].武汉理工大学学报,2010,32(18):41-44.

Hong Lei,Tang Xiaodong.Influnence of Freezing-Thawing Cycles on Chloride Permeability of High Performance Concrete [J]. Journal of Wuhan University of Technology,2010,32(18):41-44.

[7]葛勇,杨文萃,袁杰,等.混凝土在硫酸盐溶液中抗冻性的研究[J].混凝土,2005(8):71-73.

Ge Yong,Yang Wencui,Yuan Jie,et al.Research on Frost Resistance of Concrete in Sulfate Solution[J].Concrete,2005(8):71-73.

[8]Tian B,Cohen M D.Does Gypsum Formation During Sulfate Attack on Concrete Lead to Expansion?[J].Cement and Concrete Research,2000,30(1):117-123.

[9]杨文武,钱觉时,黄煜镔.海洋环境下硅灰混凝土的抗冻性与氯离子扩散性[J].重庆大学学报,2009,32(2):158-162.

Yang Wenwu,Qian Jueshi,Huang Yubin.Frost Resistance and Chloride Ion Diffusion of Silica-Fume Concrete in a Marine Environment[J].Journal of Chongqing University,2009,32(2):158-162.

[10]王复生,秦晓娟,孙瑞莲.青海察尔汗盐湖条件下水泥混凝土侵蚀的试验研究[J].硅酸盐通报,2003(4):25-28.

Wang Fusheng,Qin Xiaojuan,Sun Ruilian.Study on Corrosion and Destruction of Concrete Under Natural Conditions of Caerhan Salt Lake[J].Bulletin of the Chinese Ceramic Society,2003(4):25-28.

[11]余红发,孙伟,李美丹.混凝土在化学腐蚀和冻融循环共同作用下的强度变化[J].沈阳建筑大学学报,2006,22(4):588-592.

Yu Hongfa, Sun Wei, Li Meidan. Strength Development of Concrete Subjected to Combined Actions of Freezing-Thawing Cycles and Chemical Attack[J].Journal of Shenyang Jianzhu University,2006,22(4):588-592.

[12]张晓平,李梁.吉林省大安市盐渍化土壤特征及现状研究[J].土壤通报,2001(增刊1):26-30.

Zhang Xiaoping,Li Liang.Characteristic and Current Situation of Salinized Soil in Da’an City,Jilin Province[J].Chinese Journal of Soil Science,2001(Sup.1):26-30.

[13]李晓军,李取生.松嫩平原西部土地利用变化及其盐渍化效应研究[J].干旱区资源与环境,2005,19(3):88-92.

Li Xiaojun,Li Qusheng.Studies on Land Use Change and the Land Salinization of the Western Songnen Plain[J].Journal of Arid Land Resources and Environment,2005,19(3):88-92.

[14]李彬,王志春,梁正伟,等.吉林省大安市苏打碱土盐化与碱化的关系[J].干旱地区农业研究,2007,25(2):151-155.

Li Bin, Wang Zhichun,Liang Zhengwei,et al.Relationship Between Salinization and Alkalization of Sodic Soil in Da’an City,Jilin Province[J].Agricultural Research in the Arid Areas,2007,25(2):151-155.

[15]王文华.吉林省西部地区盐渍土水分迁移及冻胀特性研究[D].长春:吉林大学,2011.

Wang Wenhua.A Study on the Moisture Content Migration and Characteristics of Frost Heaving of Saline Soil in the Western of Jilin Province[D].Changchun:Jilin University,2011.

[16]宿晓萍,王清.复合盐与干湿循环双重因素作用下混凝土耐久性试验[J].吉林大学学报:地球科学版,2013,43(3):851-857.

Su Xiaoping,Wang Qing.Experiment of the Concrete Performance Under the Condition of Multiple Salts and Dry-Wet Cycles[J].Journal of Jilin University:Earth Science Edition,2013,43(3):851-857.

[17]罗骐先,Bungy J H.用纵波超声换能器测定混凝土表面波速和动弹性模量[J].水利水运科学研究,1996,9(3):264-270.

Luo Qixian,Bungy J H.Using Compression Wave Ultrasonic Transducers to Measure Velocity of Surface Waves and Dynamic Modulus of Elasticity for Concrete[J].Hydro-Science Research,1996,9(3):264-270.

[18]段桂珍,方从启.混凝土冻融破坏研究进展与新思考[J].混凝土,2013(5):16-20.

Duan Guizhen,Fang Congqin.Research Progress and New Thinking of Destruction of Concrete Due to Freeze-Thaw Cycles[J].Concrete,2013(5):16-20.

Frost Resistance and Durability Mechanism of Concrete Under Saline-Alkali Condition in Seasonal Frozen Soil Area

Su Xiaoping1,Wang Qing2,Wang Wenhua1,Sun Haoyue3
1.SchoolofCivilEngineering,ChangchunInstituteofTechnology,Changchun130012,China
2.CollegeofConstructionEngineering,JilinUniversity,Changchun130026,China
3.JilinProvincialElectricPowerSurveyandDesignInstitute,Changchun130021,China

In order to study the frost resistance and durability of concrete structures under double factors of salts attack and freezing-thawing cycles in seasonal frozen soil area,multi-salt solution with three kinds of mass fraction and water were prepared according to the type and quantity of the main dissolved salts in the spring soil of Daan region.Specimens of ordinary concrete with different mixture ratios,two kinds of air-entraining concrete and two kinds of fly-ash concrete were prepared for the multiple salts and freezing-thawing cycle tests.The mass loss,dynamic elastic modulus reduction and microstructure of tested samples were analyzed.Results showed that concrete erosion was aggravated by multi-salt under the action of freezing-thawing cycles.The degree of frozen damage was related to the mass fraction of salt solution,times of freezing-thawing cycle,air content in concrete and fly-ash addition ratio.Reasons that lead salt-frozen damage occur were expansion pressure produced during the course of water turning into ice,the seepage pressure of ice and water and the chemical erosion and crystalline swelling of salt from the reaction between multi-salt and cement hydration production,among which salt crystallization played more important role in the damage of concrete internal structure.

saline-alkali soil;salt corrosion;freezing-thawing cycle;concrete;frost resistance

10.13278/j.cnki.jjuese.201404201

TU528.33

A

宿晓萍,王清,王文华,等.季节冻土区盐渍土环境下混凝土抗冻耐久性机理.吉林大学学报:地球科学版,2014,44(4):1244-1253.

10.13278/j.cnki.jjuese.201404201.

Su Xiaoping,Wang Qing,Wang Wenhua,et al.Frost Resistance and Durability Mechanism of Concrete Under Saline-Alkali Condition in Seasonal Frozen Soil Area.Journal of Jilin University:Earth Science Edition,2014,44(4):1244-1253.doi:10.13278/j.cnki.jjuese.201404201.

2013-10-17

国家自然科学基金项目(406721780,41302247);吉林省科技厅项目(20130413055GH);吉林省教育厅项目(120130042);吉林省重点学科项目(2013-10)

宿晓萍(1971—,女,副教授,博士,主要从事地质工程、混凝土耐久方面的研究,E-mail:sxp5400@163.com

王清(1959—,女,教授,博士生导师,主要从事地质工程方面的研究,E-mail:wangqing@jlu.edu.cn。

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