混凝土試件鹽凍后剝落形態(tài)和質(zhì)量損失的測(cè)定與分析

于天寧

摘 要：為了研究混凝土在鹽凍以后的剝蝕程度，通過室內(nèi)對(duì)不同鹽分侵蝕下的混凝土進(jìn)行凍融循環(huán)試驗(yàn)，并且記錄了不同循環(huán)次數(shù)下在不同溶液侵蝕下的混凝土鹽凍狀態(tài)以及質(zhì)量損失，試驗(yàn)結(jié)果表明混凝土鹽凍破壞大致分為4階段：（1）表面無明顯破壞、坑蝕階段；（2）表層砂漿開始剝蝕，出現(xiàn)細(xì)小坑槽；（3）表層砂漿剝蝕嚴(yán)重，細(xì)骨料暴露和輕微剝蝕；（4）細(xì)骨料嚴(yán)重剝蝕，暴露粗骨料，混凝土質(zhì)地變疏松。

關(guān)鍵詞：凍融循環(huán)；氯鹽溶液；混凝土試塊

改革開放以來，我國的經(jīng)濟(jì)與交通取得長足發(fā)展，城市間的高速公路甚至逐步取代了鐵路的功能而成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的命脈，于是保證城市高速公路交通暢達(dá)，成為現(xiàn)實(shí)而又特別重要的任務(wù)。我國的東北、華北、西北地區(qū)由于環(huán)境、地理?xiàng)l件容易引發(fā)大雪封路情況，大量的使用氯型融雪劑雖然有效的緩解了交通壓力，但也給混凝土基礎(chǔ)設(shè)施帶來了毀滅性的破壞。大量研究結(jié)果表明，鹽對(duì)混凝土的侵蝕破壞是物理作用和化學(xué)作用的綜合結(jié)果，雖然NaCl，CaCl2等可溶性無機(jī)鹽撒在路面上可以起到防止結(jié)冰的作用，然而長期研究觀察表明，鹽會(huì)加劇混凝土的表面侵蝕。融雪劑的理化作用和腐蝕性很強(qiáng)，會(huì)對(duì)橋面板造成慢性破壞。

1 試驗(yàn)方案

1.1 凍融試件浸泡液體的組成

浸泡液體共4種，包括水、NaCl溶液、質(zhì)量比NaCl：MgCl2：CaCl2=6：2：2的溶液、質(zhì)量比NaCl：MgCl2：CaCl2=6：3：1的溶液，其中各溶液的濃度均為3%。定義質(zhì)量比NaCl：MgCl2：CaCl2=6：2：2的溶液為A溶液，質(zhì)量比NaCl：MgCl2：CaCl2=6：3：1的溶液為B溶液。

1.2 水泥、集料等原材料

試驗(yàn)梁澆筑用混凝土配合比如表2-1所示。其中，水泥采用哈爾濱亞泰水泥有限公司生產(chǎn)的天鵝牌42.5號(hào)普通硅酸鹽水泥，粗、細(xì)骨料分別為最大粒徑16mm的碎石和細(xì)度模數(shù)2.5的天然河砂，級(jí)配11區(qū)?；炷了冶葹?.40，塌落度為28mm。

1.3 試樣制作與分組

本試驗(yàn)采用素混凝土試件，試件尺寸為100mm×100mm× 400mm，采用臥式成型，共12件，均分為4組，在室溫下靜置1晝夜后拆模編號(hào)，第一組編號(hào)為A13D～B33D，第二組編號(hào)為A41D～A43D，第三組編號(hào)為A11D～A31D，第四組編號(hào)為A12D～A32D，凍融時(shí)各組盛入的液體分別為水、NaCl溶液、A溶液、B溶液。為了滿足對(duì)照研究的需要，要準(zhǔn)備3件未經(jīng)任何損傷處理的試件，總計(jì)15件。

2 試驗(yàn)分析

根據(jù)上述試驗(yàn)方案，將水和B溶液中試件進(jìn)行的剝蝕試驗(yàn)，分別為經(jīng)過了50次、150次、250次凍融循環(huán)的試件。

對(duì)經(jīng)過鹽凍試驗(yàn)以后的不同凍融次數(shù)下的試件進(jìn)行觀察，考察它們的損傷程度。通過觀察可以發(fā)現(xiàn)溶液中試件的凍融破壞試驗(yàn)同樣遵循4階段破壞方式，、50次凍融循環(huán)后的試件，表面光滑、平整；、150次凍融循環(huán)后的試件，可以看出試件局部表面開始出現(xiàn)斑槽，表層砂漿開始剝落，但是破壞輕微，未暴露骨料，局部依然平整；250次凍融循環(huán)后的試件，這時(shí)的試件表層剝蝕已經(jīng)非常嚴(yán)重，坑槽遍布整個(gè)試件，混凝土砂漿、細(xì)骨料大量脫落，甚至有少量粗骨料剝離，可以看到粗骨料暴露在外面；截面面積減小嚴(yán)重，試件的兩端已經(jīng)近似于橢圓錐形，硬物敲擊時(shí)感覺表層物象質(zhì)地疏松，并且會(huì)掉落骨料。

與此同時(shí)，通過統(tǒng)計(jì)在不同的凍融循環(huán)次數(shù)下受鹽溶液影響的試件的質(zhì)量損失率以進(jìn)一步考察其損傷程度。質(zhì)量損失圖如圖1，根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，在整個(gè)凍融循環(huán)過程中，各試件的質(zhì)量變化并不是持續(xù)減小的，在凍融試驗(yàn)的早期（0～150次循環(huán)），水和各溶液中的試件的質(zhì)量出現(xiàn)小幅度的增長現(xiàn)象，但是趨勢(shì)比較平穩(wěn)；凍融試驗(yàn)的中后期開始，試件（尤其是各溶液中的）的質(zhì)量損失加劇，質(zhì)量損失曲線變的很陡；經(jīng)過300次凍融試驗(yàn)，水、NaCl溶液、A溶液、B溶液中試件的質(zhì)量損失率分別為0.56%、2.36%、3.39%和3.71%。

這種質(zhì)量損失的變化規(guī)律是由多種因素造成的，包括溫度應(yīng)力、滲透壓力、結(jié)晶壓力等。早期完好的混凝土表層結(jié)構(gòu)致密，孔隙率小，無明顯的裂縫等病害，當(dāng)表層砂漿凍融剝落后微觀孔隙和裂縫暴露，有利于離子的滲透，當(dāng)溶液中的離子介質(zhì)深入到混凝土內(nèi)部后與混凝土材料發(fā)生復(fù)雜的理化反應(yīng)，生成結(jié)晶體和有害介質(zhì)，這時(shí)反應(yīng)物生成量略大于混凝土剝蝕量，故試件的質(zhì)量有小幅度的增長。隨著砂漿和細(xì)骨料的進(jìn)一步剝蝕，孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯的變化，這更有利于離子介質(zhì)的侵入，加劇了混凝土剝蝕的進(jìn)程，混凝土剝蝕量遠(yuǎn)大于理化反應(yīng)物的生成量，故質(zhì)量損失急劇增大。

3 結(jié)語

試驗(yàn)可知，氯鹽溶液可以大大促進(jìn)混凝土結(jié)構(gòu)的凍融破壞進(jìn)程，以300次凍融循環(huán)為例，NaCl溶液、A溶液、B溶液中試件的質(zhì)量損失率分別為水中的4.2、6.0、6.5倍。通過Matlab分析軟件擬合發(fā)現(xiàn)，B溶液中的試件經(jīng)過410次凍融循環(huán)后質(zhì)量損失會(huì)達(dá)到5.02%（規(guī)范限值為5%）而率先達(dá)到破壞極限。

參考文獻(xiàn)

[1] 吳澤媚.氯鹽和凍融對(duì)混凝土破壞特征及機(jī)理研究[D].南京航空航天大學(xué)碩士論文，2012.

[2] 王稷良，田波，劉英.氯鹽類融雪劑對(duì)水泥混凝土鹽凍破壞機(jī)理與影響因素研究[J].公路交通科技，2009（06）：67-69endprint