干濕交替酸性環(huán)境下樁基礎混凝土耐久性試驗

王寶安

（中鐵十九局集團第五工程有限公司，遼寧大連 116100）

0 引言

酸雨對建筑結構的損傷較為嚴重，隨著工業(yè)化進程的不斷發(fā)展，空氣質(zhì)量逐漸下降，含硫氣體的排放量不斷增大，而含硫氣體與雨水結合便會形成酸雨，不僅對地表建筑結構產(chǎn)生影響，同時還對深埋土中的樁基礎具有較強的影響[1-2]。

近年來，國內(nèi)學者對酸性環(huán)境下混凝土的耐久性問題進行了較為詳細的研究。王錕[3]通過硫酸鹽來模擬混凝土的附存環(huán)境，對混凝土進行干濕循環(huán)后的抗壓強度試驗，分析了不同力學參數(shù)隨干濕循環(huán)次數(shù)的分布規(guī)律。宋洋等[4]為研究鹽漬土地區(qū)隧道襯砌混凝土的耐久性問題，采用硫酸鹽來模擬酸性環(huán)境，對混凝土進行干濕循環(huán)后的力學特性試驗，同樣對各力學參數(shù)的演化情況進行了分析。姜磊[5]基于混凝土的強度檢測試驗，對不同硫酸鹽溶液侵蝕后的混凝土試樣進行了研究，分析酸性環(huán)境對混凝土的劣化機理。

已有研究對干濕循環(huán)和酸性環(huán)境混凝土耐久性進行了較為詳細的分析，本文在總結已有研究的基礎上，結合沈陽某在建民用建筑樁基礎對不同干濕循環(huán)次數(shù)、不同Na2SO4溶液濃度下的樁基礎混凝土進行單軸壓縮試驗研究，分析不同試驗條件下混凝土的力學參數(shù)的演化規(guī)律，為工程實際提供可靠的理論支撐。

1 試驗部分

1.1 試驗材料與配合比

本文試驗用水泥為阜新鷹牌水泥公司生產(chǎn)的型號為42.5R（P·O）普通硅酸鹽水泥；粗骨料采用粒徑為5～15 mm 的普通級配碎石；細骨料采用普通河沙，細度模數(shù)為2.7，堆積密度為1487 kg/m3；外加劑采用普通符合外加劑；水采用普通自來水。

根據(jù)工程實際，擬制備混凝土標號為C40，根據(jù)JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設計規(guī)程》對標號為C40 的水泥混凝土進行配合比設計，首先進行初步配合比設計，對初步配合比設計的混凝土試樣進行室內(nèi)試驗檢測，根據(jù)檢測對初步配合比進行微調(diào)，在結合施工現(xiàn)場的實際情況，最終確定本文試驗用水泥混凝土配合比：水灰比0.52，水泥367 kg/m3，水181 kg/m3，石子1453 kg/m3，砂子782 kg/m3，外加劑0.68 kg/m3。

1.2 試驗方法

為研究建筑樁基礎混凝土在干濕交替酸性環(huán)境下的力學特性，本文采用Na2SO4溶液來模擬混凝土所處的酸性環(huán)境，Na2SO4溶液濃度分別設置為0.02 mol/L、0.04 mol/L、0.06 mol/L和0.08 mol/L，干濕循環(huán)次數(shù)設置為0 次、5 次、10 次、15 次和20 次。混凝土力學特性試驗采用MTS815.02 多工能巖石三軸試驗系統(tǒng)，該試驗系統(tǒng)廣泛應用于混凝土及巖石類材料的強度測試等試驗中。根據(jù)表中混凝土配合比進行制樣，將攪拌均勻的水泥混凝土倒入標準制樣模具中，制得的試樣尺寸為50 mm×100 mm的標準圓柱體。試樣產(chǎn)生一定強度后進行脫模，在標準養(yǎng)護箱中養(yǎng)護28 d，待養(yǎng)護結束后，按試驗方案將不同編號的試樣分別置于不同濃度的Na2SO4溶液中浸泡48 h，然后將試樣置于室溫環(huán)境下進行自然風干48 h，此為一個完整的干濕循環(huán)過程。將干濕循環(huán)完成后的試樣放置在試驗機上對其進行單軸加載試驗，加載速率為0.01 mm/s。

2 試驗結果分析

2.1 應力—應變曲線

限于篇幅僅給出Na2SO4溶液濃度為0.04 mol/L、不同干濕循環(huán)次數(shù)下的單軸壓縮應力—應變曲線（圖1）。可見同一酸性環(huán)境下，不同干濕循環(huán)次數(shù)水泥混凝土試樣的應力—應變曲線變化趨勢大體相同，與巖石經(jīng)典單軸壓縮應力—應變曲線類似，酸性環(huán)境下不同干濕循環(huán)次數(shù)水泥混凝土試樣的應力—應變曲線可分為4 個階段，即壓密階段、彈性階段、屈服階段和峰后階段。不同試驗條件下，水泥混凝土的單軸壓縮試驗結果見表1。

表1 酸性環(huán)境下樁基礎水泥混凝土單軸壓縮試驗結果

圖1 不同干濕循環(huán)次數(shù)水泥混凝土的單軸壓縮應力—應變曲線

2.2 不同干濕循環(huán)次數(shù)影響分析

根據(jù)表中數(shù)據(jù)繪制各力學參數(shù)隨干濕循環(huán)次數(shù)的分布曲線，如圖2～圖4 所示。可見各力學參數(shù)隨干濕循環(huán)次數(shù)的變化規(guī)律大體一致，試樣的單軸抗壓強度、峰值應變及彈性模量均隨干濕循環(huán)次數(shù)的增多呈逐漸遞減趨勢。以Na2SO4濃度0.04 mol/L 為例，當干濕循環(huán)0 次時，試樣的單軸抗壓強度為87.251 MPa，峰值應變?yōu)?.760%，彈性模量為10.331 GPa；當干濕循環(huán)20 次時，試樣的單軸抗壓強度降為73.371 MPa，峰值應變?yōu)?.709%，彈性模量為8.667 GPa；干濕循環(huán)次數(shù)從0 次上升到20次，試樣的單軸抗壓強度減小了14 MPa、峰值應變減小了0.051%，彈性模量減小了1.664 GPa。可見，干濕循環(huán)對建筑樁基礎混凝土力學特性的劣化作用較為明顯，施工前應提前做好水泥混凝土的干濕損傷預測。

圖2 不同Na2SO4 溶液濃度下單軸抗壓強度與干濕循環(huán)次數(shù)之間關系

圖3 不同Na2SO4 溶液濃度下峰值應變與干濕循環(huán)次數(shù)之間關系

圖4 不同Na2SO4 溶液濃度下彈性模量與干濕循環(huán)次數(shù)之間關系

2.3 不同Na2SO4 溶液濃度影響分析

不同干濕循環(huán)次數(shù)下，試樣的各力學參數(shù)隨Na2SO4溶液濃度分布曲線，如圖5～圖7 所示。可見不同干濕循環(huán)次數(shù)下，試樣的各力學參數(shù)隨Na2SO4溶液濃度的變化規(guī)律大體相同，單軸抗壓強度、峰值應變及彈性模量均隨Na2SO4溶液濃度呈逐漸遞減變化趨勢。根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，以干濕循環(huán)5 次為例，當Na2SO4溶液濃度0.02 mol/L 時，試樣的單軸抗壓強度為88.644 MPa，峰值應變?yōu)?.780%，彈性模量為10.069 GPa，當Na2SO4溶液濃度達到0.08 mol/L 時，試樣的單軸抗壓強度為78.301 MPa，峰值應變?yōu)?.690%，彈性模量為8.757 GPa，Na2SO4溶液濃度從0.02 mol/L 增大到0.08 mol/L，單軸抗壓強度減小了10.343 MPa，峰值應變減小了0.09%，彈性模量減小了1.312 GPa。可見，Na2SO4溶液濃度越大，建筑柱基礎混凝土的穩(wěn)定性越弱、承載能力越低。

圖5 不同干濕循環(huán)次數(shù)下單軸抗壓阿強度與Na2SO4 溶液濃度之間關系

圖6 不同干濕循環(huán)次數(shù)下峰值應變與Na2SO4 溶液濃度之間關系

圖7 不同干濕循環(huán)次數(shù)下彈性模量與Na2SO4 溶液濃度之間關系

3 結論

（1）同一Na2SO4溶液濃度下，隨著干濕循環(huán)次數(shù)的逐漸增多，混凝土試樣的單軸抗壓強度、峰值應變及彈性模量均呈逐漸遞減趨勢，干濕循環(huán)次數(shù)從0 次上升到20 次，單軸抗壓強度減小了14 MPa、峰值應變減小了0.051%，彈性模量減小了1.664 GPa。

（2）同一干濕循環(huán)次數(shù)下，隨著Na2SO4溶液濃度逐漸增大，凝土試樣的單軸抗壓強度、峰值應變及彈性模量同樣表現(xiàn)為逐漸減小，Na2SO4溶液濃度從0.02 mol/L 增大到0.08 mol/L，單軸抗壓強度減小了10.343 MPa，峰值應變減小了0.09%，彈性模量減小了1.312 GPa。