海水侵蚀混凝土技术

1、海水侵蚀混凝土技术摘要： 基于混凝土干湿循环实验和混凝土细观力学对混凝土在海水侵蚀环境下力学性能的转变进行了研究。混凝土干湿循环实验方面，采纳加速侵蚀实验,对混凝土试件和依照混凝土配比制成的砂浆试件进行0 次、 10 次、 20 次、 30 次、 40 次和 50 次干湿循环,利用大型混凝土静、动三轴实验系统,检测了海水侵蚀作用对混凝土抗压强度、抗拉强度、弹性模量及应力 - 应变关系的阻碍。基于混凝土细观力学理论，对混凝土试块进行了细观数值模拟，考虑了混凝土各组成相的非均匀性，各组成相的材料性质依照Weibull 散布来赋值，同时为反映海水侵蚀作用对混凝土的阻碍，砂浆的强度和弹性模量均以砂浆干

2、湿循环实验所得结果为准。成立了混凝土随干湿循环次数转变的抗压强度折减模型：F=抗拉强度折减模型：5=和弹性模量的折减模型：E=。关键词：混凝土；抗侵蚀性；人工海水；细观数值模拟；加速侵蚀实验；0. 引言众所周知,混凝土在海洋与沿海、除冻盐、盐碱地、工业盐环境中会发生侵蚀破坏,这种破坏的要紧缘故是混凝土蒙受环境中氯离子、镁离子和硫酸根的侵蚀,这些有害离子通过混凝土孔隙进入到内部,并与混凝土中的氢氧化钙及水化铝酸钙作用生成新的盐类物质,生成的难溶盐类物质往往产生较大的体积膨胀,在孔隙的内部产生专门大的内应力,长期的积存会使混凝土开裂;一些可溶性的盐在海水的反复冲洗下溶解析出,使混凝土孔隙率增加,增

3、大了氯离子渗入混凝土内部的孔道,加重了钢筋锈蚀,并使混凝土涨裂剥落。另外,若是水灰比操纵不严 , 施工质量较差,混凝土振捣不密实,乃至显现蜂窝麻面等现象,这些都会加重盐溶液环境对混凝土的侵蚀,使变得松软,强度降低,耐久性下降2。目前， 关于混凝土经海水侵蚀作用后力学性能转变的研究较少，而基于混凝土细观力学对混凝土在海水侵蚀作用后的数值分析的研究还未见相关报导。文献 2-4 通过加速侵蚀实验研究了一般硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥在海水侵蚀后物理力学性能的转变，但没有进行混凝土细观力学方面的分析。文献6 分析了不同界面参数、不同砂浆损伤参数、不同加载形式对混凝土试件的变形特点、破坏形式和承载能力的阻

4、碍，探讨了混凝土宏观力学性能（如应变软化和剪胀等性质）的细观机制。文献7 研究了要紧力学参数的随机散布对混凝土试件宏观表征力学性质的阻碍。以上研究均没有将实验和数值分析结合起来，也没有通过细观数值分析研究混凝土受海水侵蚀的阻碍。本文通过将混凝土干湿循环试验和细观力学分析相结合，建立了海水侵蚀作用下混凝土力学性能退化模型，对混凝土受海水侵蚀作用影响的研究方面具有一定的参考价值。1.混凝土干湿循环实验进行干湿循环试验的混凝土试件规格为100m诉100m丽100mm。试件均采用标准钢模成型,24h拆模后露天盖草袋养护。表1为每立方米混凝土的配合比及性能指标。为了在短时间内进行有效的试验 ，本试验采用

5、人工海水作为侵蚀液 ，配制5倍于海水浓度 的侵蚀液，称为人工海水。人工海水中各种盐含量见表2。n 口表：曙。万嗽引气刘毅土约用勺比支性向*样 C 4弛7疝耽 k Ebk zuter皿间河15奠皿岫dune由近of ente美制TB由Ml /制取 树煤黛随 方广随 E口地 5-kg减KWkgB 眄配比0 34164212947 却?38154.470.350450.20W工 000340期00118Q25J 万ARCHDIG.COM上2 人1.盘水的配制成分回Tabi2工 PreparaHcti ofk口wtet u0mpoUHon天然洵水所大然海水各成分 人扁水存成分 含化学成分 含展（克:升

6、 含鼠（克，开）XaCl21.00105.004-25412.70L547.70CaSO4.2H2O2.4312 15CaCO.0 10.5混凝土力学性能实验，是在大型三轴电液伺服实验机上完成的。实验时，将试件安装在实验机的加载板间，试件加载面与加载板之间采取减摩方法，减摩材料采纳塑料薄膜和甘油。每 种工况至少实验3个试件，当发觉离散较大时，增加试件数量，以求数据的完整准确，试件经受 的压力、位移和应变值均由运算机动态搜集。试块单轴劈裂抗拉试验混凝土立方体劈裂抗拉强度按下式计算:ARCH湾警。回式中*五J昆凝土立方体外裂抗拉强度CMpaJ ;F 一极阳荀我(N);A 牛劈裂面面积C mm处，为

7、试件横截国I面枳3所示，混凝土的破坏情形混凝土随不同干湿循环次数转变的抗拉强度的实验结果如表 如图1所示。RR画匕1方*b的NrF湿狮再次数后的抗粒通度实戚值Table J Tensile stteigth of concrete afiker varjous cycl电工 ofdry-wtt 卞k鹏 m 片叫niiucr卜湿箱外试块1抗拉 即夬2拉扯试块3抗也次数5度. MpnM?;. 强境,Mpa TOC o 1-5 h z 5546537-10 次 5 103部 4.5320 次 +.513 954.7730倒打绛40卜匠产40次 J书厂口。用/ 7950 次 2.973.563.1S国

8、L注水口后混凝土试快单粘切拉破坏F if.l F ailmt Ibrtu of con;rt:e undtr uumWalSjiiirtiiigMtsilf iftr iry-智缸本实验采纳实验室加速实验方式，即按不同水灰比制备 100m丽100m诉100mm的混凝土试件，将成型试件在标准养护室中养护28天。到56天龄期开始浸一烘循环。为了减少实验结果的离散性，别离将循环试件全数浸泡在人工海水溶液中16小时，然后拿出置于80c条件下烘8小时为一个循环，如此反复循环，在此期间每距离10次别离测定试件的抗压和抗拉强 度。试块单轴压缩试验实验所得混凝土在单轴压缩载荷作用下随不同干湿循环次数变化的应力

9、-应变曲线的试验结果如图2所示，混凝土单轴受压后破坏情况如图3所示。F ig.2 CmVra of 5ires,？ -aud stxw ot toccnetev ariju? cyclesof 邙-己飞二 cvclm? m expennjent用&海水侵烛后疆疑土琴四单轴受“树M F 厚3 Failum 女inn of concrete undei uncial cQULpre 泡 ic】i iftei dnwer cyclii2.混凝土细观力学分析混凝土数值模型基于混凝土细观力学， 利用RFPA数值模拟软件，把混凝土视为由砂浆基质骨料以 及两相之间界面组成的三相复合材料。为了考虑各组成相的非

10、均匀性，各组成相的材料性质按照Weibull分布来赋值。首先，用一个 Weibull分布来表达整个试样的材料性质分布,这相当于生成砂浆基质试样，该试样的力学性质要与真实的硬化水泥砂浆体的参数基本一致。然 后，在该基质试样中添加骨料颗粒 ，程序会自动搜索骨料的边界并把边界上的单元赋上相应的力学参数。骨料的参数参照岩石的力学性质参数选取，关于般混凝土，骨料的强度相关于砂浆基质的强度较高，而且其均值度也较高。砂浆的参数参界面的参数没有照依据混凝土配比制成的砂浆试件的干湿循环实验所取得的结果进行赋值。 TOC o 1-5 h z 现成的实验依据，参数取值参考文献1。为了反映海水侵蚀作用对混凝土性能的影

11、响，根据混凝土的配比制成了砂浆试件并 对其进行了 10次、20次、30次、40次和50次的干湿循环试验，在干湿循环后分别进行了 劈裂抗拉试验和单轴压缩试验测得了其抗拉强度、抗压强度和弹模。利用式（2）和式（3）得到了数值模拟时砂浆基质在Weibull分布赋值时的弹性模量和强度的均值，见表5。上州由中向ill产iTab.- Kkchaiucal Parataewr &f.eibui Diilion ofCoucrtteWpfrcimMis组分舛性模串的均 fi/Gpa一乙Mpa均： l :J. DL骨科3205003砂浆11.421515腔结面22.02001.5 TOC o 1-5 h z A

12、PG* f ftJWeibtill 分布力学步ft干湿循环弹性模量的均归底的均;Tab.5 ?Jecluiiicai F瑟mux也Wwbul： D:4口方inwa ofaimtar血r工疝。11cycled 蛙dn-甯式 eg口a0122151.5L011.4208152010.52011.5301941340851S5155。S.117315,：.Gpa均 i11. 1 J. IYI TOC o 1-5 h z 。而。恤即私涮+0.0233 （1-2，附50）42）3 =。”亡扭用+ 0 *76 （L2m ,1 5U1 0_ 1-a = arcsinHer拉伸损伤破坏混凝土在劈拉载荷作用下随

13、不同干湿循环次数变化的抗拉强度的数值模拟结果如表所示，混凝土破坏情况如图 6所示。牖RCHD我或附帝#i他凝土试块抗植强度计算值 Title 6 Tefusite uengih of rancrete after vaiicu，cycles ofcv(?cs txvtaku日口口干湿脩坏试块1抗拉试决2抗拉苴找3抗拉次散强向MpzMpa一度购H。次5.475.834 9210次5 24+ 574 8320 A4 3S+.954.7730次4 023.774.3540次3 17+ 153 6250次2.SS3 23S54宣仪大口口E W仍用F Lg.6Fxilnie form of ccicie

14、: under imajcial ren5ile dfter 比卜-评h cycling紧缩损伤破坏-应变曲线的数值模拟结混凝土在单轴压缩载荷作用下随不同干湿循环次数变化的应力果如图7所示，混凝土单轴受压后破坏情况如图8所示。RRCHDIG,CM3.混凝土在海水侵蚀作用后的力学性能退化模型通过以上混凝土干湿循环实验和混凝土细观力学分析，将取得的混凝土在不同干湿循环次数下的极限抗压强度、极限抗拉强度和弹性模量的实验结果和计算结果进行了整合，利用计算结果和实验结果的互补性，取得了混凝土随干湿循环次数转变的抗拉强度折减曲线、抗压强度折减曲线和弹性模量折减曲线和相应的的折减方程。图工计算所捋家土在不同

15、干疆循环次血单独压剪方戒交 关系曲线F ig.7 Curves of stress and strain ofcotKitte vwious cycH ct y-wei ijy calcuiitriicn通过表3与表6混凝土抗拉强度实验值与计算值的对照，图1与图6混凝土单轴紧缩应力-应变关系曲线的对照和图一、3与图六、8裂纹产生、进展和贯通情形的对照能够发觉基于混凝土细观力学进行数值模拟的计算结果与混凝土干湿循环实验所得的实验结果吻合较通过最小二乘法得到的混凝土随干湿循环次数变化的抗拉强度折减方程（8）及相应的。次国&海水慢诙用前凝土试快单搏支压破坏F is S Fature口 of 匚内1。

16、宅tE imderccmprena! after dry vrtt cyxlina:抗拉强度折减曲线如图8:ARCI-ttAKifiQif 5-梃R止依整用，:出：桃tBHT护握J*J3%外九，列广川 CD河51000 M 4。 耨诲坏次期国S建凝十抗扪强隙与干湿环次紫的关星9）及相应的Fig.g Couclm* tensilf 4Mli皎 versus thedry& Etling N通过最小二乘法取得的混凝土随干湿循环次数转变的抗压强度折减方程抗压强度折减曲线如图9:ARaweffsef1 v0104巧萩就4050: 1-:-.:二三-7二图9.混薇土抗压Si度与干源循环决数的关系Fis.

17、9 CoiicrtTt conipres$ivt ;眈口其Jceue thedrswet cy clung N通过最小二乘法取得的混凝土随干湿循环次数转变的弹性模量折减方程：/P图蠲目上弹慢摩与干湮储坏次数的美系20 F 4Q一一次解M ：r*2 II-4C-4-J*他楼课f足总事件样印矍行-8*掌Fis.10 C?ncre： ehs：ic ratio veiu die-Wdr.-.vet cvclinE N一j-4.结论通过本文的试验研究和细观力学分析，可以得到以下结论：（ 1）混凝土在单轴压荷载作用下的极限拉应力、极限压应力和弹性模量随干湿循环次数的增加逐渐降低，50 次干湿循环以后抗拉强度降低约%， 抗压强度降低约%， 弹性