荷载作用下氯离子和硫酸根离子对混凝土侵蚀试验研究

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氯离子侵蚀和硫酸根离子腐蚀分别是导致钢筋混凝土结构中钢筋锈蚀和混凝土腐蚀破坏的主要因素;同时,由于地铁混凝土结构在服役过程中承受着水土压力等静载作用和列车运营时的疲劳荷载作用,进一步促进了离子向混凝土内部的传输。因此,侵蚀性离子(氯离子、硫酸根离子)和荷载同时存在对地铁结构的健康服役状况构成了巨大的威胁。本文采用上海地铁现场施工应用的配比制备了试验用混凝土试件,重点考虑荷载(静力弯曲荷载、疲劳弯曲荷载)作用对离子(氯离子、硫酸根离子)侵蚀混凝土的影响,测试了混凝土宏观力学性能、相对动弹性模量和离子浓度分布规律等,并且对疲劳荷载引起混凝土的损伤程度进行了研究。主要研究内容如下:  (1)静力弯曲荷载+氯离子对混凝土的侵蚀试验。宏观方面主要测试各侵蚀龄期混凝土中自由氯离子和总氯离子浓度分布规律,分析氯离子结合率的变化规律,试验结果表明,自由氯离子和总氯离子含量均随着侵蚀龄期和荷载水平的增大而增多,尤其当荷载水平大于0.4时表现较为明显;微观方面主要进行X射线衍射定性分析氯离子侵蚀过程混凝土内部固相组成演变规律,测试结果显示Friedel盐是氯离子与混凝土化学反应的产物,随着侵蚀龄期的延长和荷载水平的增大,Friedel盐含量也逐渐增多。  (2)静力弯曲荷载+硫酸根离子对混凝土的侵蚀试验。主要研究抗弯强度的劣化规律和相对动弹性模量的退化规律,同时利用化学滴定(EDTA)的方法研究混凝土中硫酸根离子的浓度随侵蚀龄期和荷载水平分布规律。研究表明,荷载水平小于0.4且蚀30天时,抗弯强度及相对动弹性模量下降较小,而荷载水平0.5的试件在侵蚀30d后抗弯强度和相对动弹性模量下降较为明显;离子含量测试的结果表明硫酸根离子含量随着侵蚀龄期延长和荷载水平的增大而增多。  (3)混凝土疲劳试验及疲劳损伤研究。研究混凝土疲劳过程中的应变发展规律,分析不同荷载水平作用下混凝土试件的疲劳寿命,并研究不同循环次数引起混凝土的疲劳损伤规律。研究表明,荷载水平从0.75升至0.8时,疲劳寿命从1900万次降低到244万次,降低近7倍,混凝土的损伤程度随着荷载水平增大和加载次数的增多而提高。  (4)不同疲劳损伤程度混凝土耐久性试验。对不同疲劳损伤程度的混凝土试件分别进行氯离子和硫酸根离子浸泡试验,研究离子侵入混凝土内部随疲劳荷载水平、循环次数和侵蚀溶液浓度的变化规律。研究表明无论是硫酸根离子还是氯离子含量均随着损伤程度的提高而增多。
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