钢筋混凝土的劣化（精选6篇）

钢筋混凝土的劣化 第1篇

随着社会的发展, 科技的进步, 公路施工技术得到很大改善。社会要发展的更快, 经济要进步首先就要加强公路的建设, 只有条条公路都相通, 才能使各地区的经济更好的发展下去。然而, 在公路的修建过程中, 我国的公路大多受到了一系列问题的影响, 如:混凝土中存在的截面面积衰减、材料强度下降、钢筋锈蚀和侵蚀等诸多问题, 因此就要不断地对公路进行修复和改造, 但是, 在整个修复的过程里需要投入更多的人力和物力, 同时还要应对公路修复过程中遇到的的各种问题。由此看来, 就要对钢筋混凝土的承载和设计做一个具体的评估方案, 并且还要考虑它的合理结构与它的调整方案, 不能在修复过程中, 因修复时间的变化而使公路发生更多的质变。在设计方案的过程中, 还要考虑到, 公路在使用时, 要承载的重量非常多, 对于公路的抗弯度和它的敏感度以及它的参数都要有一个合理的分析, 并对公路实际所需要的各种参数做出合理的判断。

1 抗力劣化

材料强度下降, 钢筋和混凝土之间粘结力的下降, 有效截面减小这三个因素是抗力衰减与钢筋混凝土梁密切相关的。要减少抗力劣化的现象就要对钢筋混凝土梁的各方面做好全面的检查, 由于钢筋混凝土梁的优缺点同时存在, 因此在实践过程中, 就要使混凝土梁在每一方面的特点都得到显现, 这才能是材料达到真正的运用。

1.1 截面面积衰减

因为混凝土受到长期的风化和钢筋锈蚀的影响并且经过长时间的变化, 最终会衰减其截面的面积, 但是由于混凝土的受拉区有抗弯强度所以又能受到一定的保护, 而不会产生锈蚀, 所以对于截面的减少可以忽略不计。然而因为锈蚀量再不断地的增加, 所以它的截面面积也在减小, 损失率也是会随着时间而产生变化。截面的面积受到衰减之后对公路本身也会造成很大的影响, 所以为了使公路的的正常使用并避免后期出现维修的现象就要在选择混凝土梁时十分仔细, 不要因混凝土本身质量产生损坏, 否则问题混凝土修建的公路时间久了也会出现问题甚至造成很大的麻烦。

1.2 材料强度衰减

时间的腐化和其所产生的变化, 对于受拉区有非常大的影响, 当受拉区的锈蚀更严重时那么材料的强度也会慢慢减小, 即便在极限强度和屈服强度不变的情况下, 截面损失率不产生变化, 但是强度减小的钢筋拉力变化同样会影响到它的前期变化和后期的发展, 屈服强度也会随着时间的变迁而产生变化, 由此而论, 它所产生变化的趋势就是因为环境的腐蚀而形成的, 这样的变化会不断地受到各方面的影响而使公路的材料强度造成很大的变化。

1.3 混凝土与钢筋之间粘结力的下降

钢筋受到的锈蚀性越大那么它与混凝土的粘结力就会越下降, 这是因为锈蚀裂缝的原因而造成的, 在这种抗力情况下, 钢筋的构件和它表面的粘结力也会因衰减和抗力下降而发生变化, 这样因钢筋的锈蚀所发生变化, 最终就会产生不利的影响。

2 荷载

2.1 恒载

桥面铺装层自重和主梁自重是恒载的主要组成部分, 如果对混凝土的截面衰减不做考虑的话, 那么在基准期内的整个设计里恒载都不会有变化, 表1就是恒载参数的一个统计。

2.2 车辆荷载

车辆行驶密度和车辆重量是车辆荷载两个十分重要的因素。在我国的众多公路道路上, 由于公路较窄, 车辆较多的现象, 会造成很多路段的车辆拥挤, 在此路段的拥挤中, 由于车辆的重量和它的密度差异, 就形成了车辆荷载现象, 如果这种荷载现象超标, 就会产生很大的道路堵塞和超重负荷的问题, 那么就给道路的承受力带来更大的影响, 长时间的荷载量会使公路无法承担应有的重量和负荷, 从而会产生更大的道路重修, 甚至是道路塌陷的问题。所以在密集的行驶区, 更要做好公路的车辆荷载测试, 使该段路程能够适应车辆的行驶和道路的更长期使用。

2.3 实例分析

如图1所示就是一段公路的设计图和它的混凝土使用情况, 那么在混凝土的正常使用中, 对于横截面的正常比例和它的取值都要有合理的分配。表2是抗力初始值的一个设定, 这个初始值对整个道路的设计和混凝土的运用以及各种强度的要求, 都有一个十分标准的设计, 能够使公路适应正常的自然现象和人为现象。

通过图2可以看出公路的抗力情况是会跟随混凝土梁和它的密集运行状态而发生变化的, 在这样的变化过程中主梁和其它不同梁的设计会起到很关键的作用, 这样的作用点也会使其影响到整条公路的设计和开发, 在这样的情形之下, 就要具体的研究抗力劣化, 从而使其在使用中发挥它的作用, 同时钢筋混凝土也能更好的抵抗腐蚀所带来的负面作用。

2.4 参数敏感性分析

由于钢筋混凝土受到各方面的影响和梁的变化, 在强度上的分析就应该更加具体、更加符合敏感性的发展, 使其变异性不会产生太大的变化。这就需要对敏感性的参数进行全面具体的分析。

2.4.1 抗力参数

公路的抗力参数非常的重要, 要对其抗力参数进行全面的分析就要对其抗力的原因和它的影响做出具体的介绍, 在了解了抗力的每一个指标和它的要求之后, 就可以选取更适合的参数, 并对其参数进行分析, 检查是否符合公路发展的要求。

2.4.2 荷载参数

公路的荷载参数是一个十分重要的参数设定, 对于这样的参数要考虑到车辆的问题和公路的承载力问题, 对多方面的问题都要进行一个统一的分析和具体的核定, 才能测算出它最全面的荷载参数是多少, 这样才能对车辆的行驶和公路的修复带来更好的参考价值。这种参数的设定也是一种全新的制定, 在这样的荷载参数设定期间, 要研究恒载率和它的可靠性, 对两者进行全面的分析, 同时, 对于混凝土的承受力和它的发展情况要进行及时的掌握, 这样在车辆的行驶途中, 才能更好的发挥荷载参数的作用。

3 结语

对公路的多项要求进行考察, 对环境和材料的选择以及每一项参数的不同做出合理的判断, 这样的参数分析才有利于公路的发展, 才能使钢筋混凝土的作用全面的发挥出来, 在整个公路的建造过程中都会起到积极的作用。因此在建造公路时, 对钢筋混凝土的选用和它的后期加工, 都要有全面的设计和了解, 从而使其能够适应环境的发展和整个公路的长期使用。对于公路钢筋混凝土的抗力劣化的分析也要更加的全面更加的具体, 而且这也是在以后的工作中要不断进行研究和改善的一项重要内容。将它的可靠性加大, 就能使公路的承受能力更大。

参考文献

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[2]张彦玲, 陈伟.在役公路钢筋混凝土梁的可靠性分析及剩余寿命估算[J].中外公路, 2004 (01) .

[3]程而正.加固钢筋混凝土梁的试验研究[J].铁道建筑, 1994 (10) .

[4]方淑君, 文雨松.25吨车辆轴重对现有钢筋混凝土桥梁疲劳寿命影响的研究[J].长沙铁道学院学报, 1996 (03) .

[5]压补环氧混凝土整治钢筋混凝土梁裂纹[J].铁道建筑, 1974 (04) .

钢筋混凝土的劣化 第2篇

1 沿海地区混凝土劣化分析

1.1 硫酸盐侵蚀引起的劣化

国内外对混凝土的硫酸盐侵蚀机理进行了大量研究,取得了许多成果。根据硫酸盐侵入混凝土内部所形成的有害化合物及其破坏模式,主要有以下两类。

(1)物理侵蚀——硫酸盐结晶型侵蚀。

在干湿循环交替作用下,渗入混凝土内部的硫酸盐会出现溶解—结晶现象,例如NaSO4和MgSO4从水中结晶分别形成NaSO4·10H2O和MgSO4·7H2O晶体,其体积将膨胀4～5倍,产生结晶压力,引起混凝土内裂缝的产生,导致混凝土的劣化。

(2)化学侵蚀。

通常我们所说的混凝土硫酸盐侵蚀是指硫酸盐对混凝土的化学侵蚀,硫酸盐侵入混凝土内部,主要与混凝土内氢氧化钙、水化铝酸钙、单硫型硫铝酸钙等水泥水化物和未水化的铝酸三钙C3A反应,形成膨胀性的产物—石膏和钙钒石。石膏的形成,其体积膨胀1.2倍,钙矾石的形成使体积增加了1倍,因而使硬化混凝土开裂破坏,混凝土的开裂又使外部硫酸根离子更容易渗透到混凝土内部,这些过程相互促进,循环发展,使混凝土很快破坏。石膏的形成还导致混凝土刚度、强度的降低、表面软化。

1.2 氯盐引起的劣化

混凝土浇注之初,钢筋表面产生钝化膜,但钝化膜只有在高碱性环境中才是稳定的,当pH<11.5时,钝化膜就开始不稳定;当pH<9.88时,钝化膜生成困难或已经生成的钝化膜逐渐破坏。Cl-进入混凝土中并到达钢筋表面,当它吸附于局部钝化膜处时,可使该处的pH迅速降低(Cl-被称为“酸根”)。有微观测试表明,Cl-的局部酸化作用,可使钢筋表面pH降至4以下(酸性),从而使钢筋表面钝化膜受到破坏;另一方面,由于Cl-活性大,容易渗入钝化膜,与铁离子结合为易溶的Fe2+与氯化物的复合物(绿锈),因此,即使钢筋周围的混凝土孔溶液仍具有高碱性,钝化膜也会被破坏。绿锈可以向外渗出钝化膜,遇到含氧较多的介质时,又分解为铁的氢氧化物(褐锈)再放出C1-,而重新放出的C1-又渗入到钝化膜中,所以氯盐促使钢筋去钝化和腐蚀,只起催化作用,并没有被消耗。

氯盐不仅能破坏钢筋表面钝化膜而引起钢筋锈蚀,而且能和混凝土中的Ca(OH)2发生离子互换反应生成易溶(如CaC12)或疏松无胶凝性(如Mg(OH)2)的产物,破坏混凝土材料的微结构。

1.3 冻融破坏

当环境温度降低到水的冰点以下,混凝土中的毛细水将冻结,体积膨胀9%。冻结过程由外及里,处于饱水状态的混凝土受冻时其毛细孔壁同时承受膨胀压及渗透压,当两种压力超过混凝土的抗拉强度时,混凝土就会开裂。在反复冻融循环作用后,混凝土中的损伤会不断扩大,其强度逐渐降低甚至完全丧失。一般来说,在大气中使用的混凝土,冻融破坏问题不大,而最不利的部位是水位变化区,此处混凝土经常处于干湿交替变化,混凝土表层的含水率通常大于其内部的含水率,且受冻时表层的温度均低于内部的温度,冻害往往是由表层开始逐步深入发展的。

1.4 碱骨料反应

碱骨料反应是指水泥或混凝士中其他成分中的碱与某些活性骨料发生化学反应,引起混凝土膨胀开裂,甚至破坏。

不同类型碱、骨料反应的共同特征是:骨料发生膨胀和开裂;混凝土的裂缝形状类似地图状的龟裂,往往是大面积的和内部外部均可发生的;骨料和水泥浆接触的周边发生反应;有反应产物碱硅酸凝胶。实际上,已知发生的碱、骨料反应绝大多数为碱、硅酸反应。

2 保障混凝土桥梁耐久性的技术措施

从设计之初进行耐久性考虑,可取得事半功倍的效果。从材料上要提高混凝土的密实性,加大保护层厚度,进行专门的桥梁防水设计,在工作环境恶劣部位增加强化防腐措施是必要的手段,但对于具体部位,还要做针对性的研究。

2.1 材料防腐设计—高性能混凝土的应用

较早的设计规范中,主要考虑混凝土的强度。随着耐久性意识的提高,普通混凝土逐步向高性能方向发展。通过加入比水泥颗粒更细小的掺加料如微硅粉、优质粉煤灰、矿渣,并采用高效减水剂使混凝土可以采用较低的水灰比、较小的用水量的手段,混凝土的整体性能得到大幅度提高,在有抗冻要求的环境下还应掺用引气剂。在混凝土强度提高的同时,密实度增加,混凝土自身抗渗性提高,大大提高混凝土的耐久性,这已经逐步被大家所认同。

2.2 结构防腐设计

2.2.1 下部结构的防腐设计

滨海地区地下水位较浅,部分地区的地下水位还会随着潮汐的变化而有规律的波动,在迁移的过程中发生结晶,同时地表附近的墩台还会受到冻害的破坏。因此对于提高该类结构耐久性的主要对策是:适当的提高混凝土的密实性,合理地使用外加剂,同时,在地表附近进行硅烷乳液浸渍处理,可有效降低混凝土毛细孔壁的表面张力,阻止水沿毛细孔上升。

2.2.2 桥梁上部结构耐久性设计

桥梁上部结构的钢筋混凝土梁体受到的腐蚀基本来源于两个方面。一方面,潮湿海风携带氯离子形成的氯离子破坏;另一方面,化冰盐水的渗漏以及被盐水湿润后的盐冻破坏。针对上述原因,一方面,通过提高混凝土的密实性以及表层混凝土的质量,抵抗空气中氯离子的侵入;另一方面,适当的引入引气组分可为抵抗盐水渗漏后可能形成的盐冻做好准备。在伸缩缝下部的墩柱、盖梁,应作硅烷乳液防水处理。

防撞墙直接承受化冰盐水的溅射,盐冻破坏非常严重,同时,二氧化碳、二氧化硫的浓度要远高于大气,设计中应考虑使用阻锈剂,表面进行硅烷浸渍处理,在防撞墙外侧下沿做滴水檐,是保护边梁最为有效、经济的手段。

2.2.3 桥面防水设计

桥面防水设计的关键在于材料的选用和合理的施工工艺。防水材料不外乎卷材类和涂料类,传统的卷材关键要解决的是与基层和铺装层的粘接问题,涂料要解决的是在摊铺沥青混凝土铺装层时的抗车轮碾压和抗高温问题,这两个难题一直没有有效的解决。最近由中科院研制出的高渗透环氧树脂有望解决这一问题。

2.3 施工过程的质量控制

高性能混凝土与普通混凝土相比,主要特点是大量掺和料和外加剂的使用以及低用水量。带来的直接影响是材料成本降低,但施工过程控制成本要加大。原因是外加剂的使用要求搅拌时间要适当延长;低水胶比使混凝土的粘聚性好,要求施工过程的振捣要仔细;大量掺和料的使用要求养护时间要适当延长。

而关键的是合理有序的施工组织,包括原材料的控制、搅拌工序的控制、混凝土运输的质量控制、浇注振捣的质量控制、结构养护的质量保障以及各个过程的衔接,必须进行精心的设计。

2.4 混凝土的整体封闭保护

密封剂和涂装材料的功能主要是减少钢筋混凝土结构中的电解液,从而减缓电化学锈蚀反应的进程。另外,密封剂和涂装材料还可以防止化冰盐、二氧化碳和氧气等对结构的侵入从而减缓钢筋的锈蚀,这类保护还可以降低冻融循环对结构的破坏,提高结构抗冻融循环的能力。

3 结论

保障沿海地区混凝土桥梁耐久性是一项系统工程,要从设计、选材与施工、耐久性保护各个环节着手,改进桥梁结构设计,将新技术新工艺集成应用,可最大限度的提高混凝土桥梁的安全使用年限,提高能源和资源的利用率。

摘要：对北方沿海地区桥梁混凝土劣化机理做了分析,指出桥梁上部及下部结构的防腐技术要求,提出从选材、设计与施工、维护各个环节着手来提高钢筋混凝土桥梁的耐久性。

关键词：沿海地区,桥梁混凝土,劣化机理,对策

参考文献

[1]张誉,蒋利学,张伟平,等.混凝土结构耐久性概论[J].上海科学技术出版社,2003,(12).

[2]赵爱琴.碱集料反应预防措施评述[J].山西建筑,2004,(15):94-95.

钢筋混凝土的劣化 第3篇

随着我国经济、旅游事业的发展, 沿海地区修建了大量的环海公路。跨海桥梁及沿海地区的桥梁受环境中各种有害因素尤其是除冰盐水、海风、海水作用, 钢筋混凝土构件出现不同程度的损伤。

桥梁普查资料表明, 在海水水位变动区桥墩混凝土受氯盐及冻融作用钢筋锈胀、混凝土开裂以及边板翼缘板底面、底板在除冰盐及桥面渗水作用下, 出现钢筋锈蚀、混凝土开裂, 令近海桥梁的耐久性及使用寿命大大衰减。而采用常规的环氧砂浆对损伤进行修补, 短期后修补层开裂、脱落, 出现“年年修补, 年年坏”的被动局面。

本文通过阐述丙乳砂浆的耐腐机理, 与其他修补材料比较的优点, 结合工程实例, 说明采用丙乳砂浆修补劣化混凝土的材料选用、配合比以及施工工艺, 以供近海环境桥梁维修补强工程参考。

1 丙乳砂浆耐腐原理

丙乳砂浆是丙烯酸脂共聚乳液 (简称丙乳) , 加入水泥砂浆后形成的高分子聚合物乳液改性水泥砂浆。

丙乳砂浆中聚合物膜弹性模量较小, 它使水泥浆体内部的应力状态得到改善, 可以承受变形而使水泥石应力减少, 产生裂缝的可能性也减少, 同时聚合物纤维越过微裂缝, 起到桥架作用, 缝间都有聚合物纤维相连, 所形成的均质聚合物框架作为填充物跨过已硬化的微裂缝, 限制微裂缝的扩展, 微裂缝常在聚合物膜较多处消失, 显示聚合物的抗裂作用。而且聚合物有减水功能, 使砂浆的水灰比减小, 聚合物膜填充了水泥浆体的孔隙, 切断了孔隙与外界的通道, 起到密封的作用。

2 丙乳砂浆与其他修补材料的优劣比较

关于近海环境下桥梁构件混凝土裂缝和表面剥蚀、水质侵蚀、冲磨、空蚀、钢筋锈蚀等修补加固可采用水泥基和树脂基修补材料。

1) 树脂基修补材料。

树脂基修补材料常用的主要是环氧树脂砂浆, 虽具有强度高且强度增长快, 能抵抗多种化学物质的侵蚀, 但是材料的力学性能与基底混凝土相一致, 如其膨胀系数大于基底混凝土而开裂脱落、不适合潮湿面粘结、不耐大气老化等缺点, 施工环境要求高, 成本高, 用来修复海工桥梁不太理想。

2) 水泥基修补材料。

水泥基修补材料有普通水泥砂浆和聚合物水泥砂浆, 普通水泥砂浆在与老混凝土表面粘结、本身抗裂和密封等性能不如聚合物 (丙乳) 水泥砂浆;丙乳砂浆与传统环氧树脂砂浆相比, 不仅成本低, 而且施工与普通水泥砂浆相似, 可人工涂抹, 施工工艺简单, 易操作和控制施工质量, 并适合潮湿面粘结, 与基础混凝土温度适应性好, 使用寿命同普通水泥砂浆, 克服了环氧树脂砂浆常因其膨胀系数大于基底混凝土而开裂、鼓包与脱落等缺点。

3) 丙乳砂浆与普通砂浆的比较。

丙乳砂浆与普通砂浆相比, 具有极限拉伸率提高1倍～3倍, 抗拉强度提高1.35倍～1.5倍, 抗拉弹模降低, 收缩小, 抗裂性显著提高, 与混凝土面、老砂浆及钢板粘结强度提高4倍以上, 2 d吸水率降低10倍, 抗渗性提高1.5倍, 抗氯离子渗透能力提高8倍以上等优异性能, 使用寿命基本相同, 且具有基本无毒、施工方便、成本低, 以及密封作用, 能够达到防止老混凝土进一步碳化, 延缓钢筋锈蚀速度, 抵抗剥蚀破坏的目的。

3 原材料和配合比选用

3.1 材料选用

1) 水泥宜采用32.5R级以上普通硅酸盐水泥;

2) 砂子为粒径小于2.5 mm的当地河砂, 砂子的细度模数1.6, 为细砂, 要求采用过筛;

3) 丙乳的固体含量为39%～48%, 砂浆用水总量应考虑丙乳中的含水量。

3.2 配合比选用

1) 丙乳砂浆:

灰砂比1∶1～1∶2;灰乳比1∶0.15～1∶0.3;水灰比40%左右。

建议近海环境下桥梁混凝土表面剥蚀、水质侵蚀、钢筋锈蚀修补采用下限配合比;有防渗要求的裂缝、冲磨、空蚀等修补采用上限配合比。

施工前应根据现场水泥和砂子及施工和易性要求通过试拌确定水灰比, 丙乳砂浆应尽量选用小水灰比。

2) 丙乳净浆配合比:

打底和最后刷面层采用的丙乳净浆配合比为1 kg丙乳加2 kg水泥搅拌成浆。

4 丙乳砂浆施工工艺

某近海6孔10 m钢筋混凝土空心板桥, 在桥梁普查中发现, 边板翼缘及底板混凝土出现纵向开裂、钢筋锈蚀、混凝土酥松。

设计修复方案采用丙乳砂浆进行, 首先凿除劣化松散混凝土, 对钢筋除锈后, 采用丙乳砂浆人工抹压的方法进行修补。施工后, 强度回弹值接近C40混凝土强度值。修补一年后检查, 无开裂脱落现象, 加固效果达到设计要求。

本文以该桥的修复补强为例, 对“人工抹压法”施工工艺进行说明。

1) 丙乳砂浆的拌制。

先将水泥和砂子拌均匀, 再加入经试拌确定的水量及丙乳, 充分拌和均匀, 材料必须称量正确, 尤其是水和丙乳, 拌和过程中不能随意扩大水灰比。每次拌制的丙乳砂浆要求能在30 min～45 min内使用完, 不宜一次拌和过多数量, 一次拌合量以控制在10 kg水泥为宜 (人工抹压施工) 。

2) 露筋混凝土表面处理。

对钢筋进行除锈处理后, 刷两遍红丹油漆, 用M10砂浆批挡恢复至原有断面。然后采用钢丝刷刷除混凝土表面浮层的污物、尘土和松软、脆弱部分 (有油漆等油脂污染部位用丙酮洗刷) , 特殊部位应用钢钎打毛, 然后用清水冲洗干净、润湿, 施工前应使混凝土表面处于面干饱和状态。

3) 丙乳砂浆施工。

为保证质量应先用丙乳净浆打底, 然后分层抹压丙乳砂浆, 每层厚度控制在5 mm左右。抹压时采用倒退法进行, 即加压方向与刚建砂浆层前进方向相反, 要求丙乳砂浆层密实, 表面平整光滑, 砂浆铺筑到位后, 用力压实, 随后抹面, 注意向一个方向抹平, 不要来回多次抹, 不需第二次收光。修复面积较大时, 隔块跳开分段施工效果更好。

4) 养护。

丙乳砂浆抹压后约4 h (表面略干后) , 采用农用喷雾器进行水喷雾养护或用薄膜覆盖, 养护1 d后再用毛刷在面层刷1道丙乳净浆, 要求涂均、密封, 待净浆终凝结硬后继续喷雾养护, 使砂浆面层始终保持潮湿状态7 d。在阳光直射或风口部位, 注意采取合理的遮阳和保湿措施。

5结语

丙乳砂浆是一种新型混凝土的护面修补材料, 具有优异的粘结、抗裂、防水、防氯离子渗透、耐磨、耐老化等性能。本文通过近海桥梁修复工程实例进行阐述说明, 为近海环境在役桥梁结构耐久性加固补强提供选择。

参考文献

钢筋混凝土的劣化 第4篇

现在关于混凝土的劣化机制, 无非就是分为化学侵蚀和物理侵蚀两大类。前者认为外界离子会通过混凝土表面微空隙进入到混凝土内部, 在逐步进入的过程中, 离子通过电荷吸附作用与混凝土水化产物的结合到一起, 化学成分之间发生化学反应, 生成它物, 产生力学形态的变化, 进而反映到宏观表现上。譬如由于硫酸根离子的侵蚀下, 根据不同浓度生成钙矾石、石膏、或者两者的混合物;前者则认为离子不和水泥产物发生任何化学反应, 只是物理形态发生变化产生的劣化现象, 这样的现象称为物理侵蚀。物理侵蚀主要是侵蚀溶液通过混凝土的“灯芯效应”迅速进入到迎风面侧, 一般来说这个过程很快, 30min内就可以完成。这个过程离子在混凝土内部不发生任何化学反应, 而是通过溶液在混凝土内部孔隙内的积累, 达到过饱和而形成的结晶生成, 施力于孔壁, 形成孔压力, 进而孔隙的破坏, 宏观反应为混凝土表面脱落, 大量微裂缝存在等。反应到隧道工程结构中, 这种物理侵蚀作用在相当长的一段时间被公认为是主导混凝土衬砌破坏的主要原因。大多学者认为, 隧道在静水压力作用下, 风荷载加速了衬砌迎风面的水分蒸发速率, 盐结晶更加容易生成, 生长速度变快。况且隧道衬砌外表面均有白色物质沉积, 在一些隧道内部, 还出现黑加白色物质, 黑色居多, 白色在节理处, 普遍认为, 这些都是盐结晶的表现。

2 某隧道在硫酸盐侵蚀下检测情况介绍

某隧道全长656m, 于1992年底建成通车。隧道设计为双向四车道, 进出口洞门均采用削竹式, 洞身支护形式为曲墙式。隧道衬砌采用模板浇注, 插入式振捣器振捣, 设计强度为C30。该隧道衬砌表面蜂窝、麻面较为常见;隧道轮廓异形现象比较多, 内凹或外凸较为明显;多数地段的横断面轮廓也不甚平整光滑, 模板纵横缝间的错位较严重;在整个长度范围内, 隧道混凝土衬砌的开裂和渗漏水等病害较为发育, 局部区段比较严重, 主要集中在隧洞进出口部位和隧道右侧, 有的地段甚至已影响到了隧道内行车的安全。为了查明隧道病害的成因, 对其安全状况作出综合评价, 在进行岩体地下水样分析的基础上, 对该隧道的混凝土衬砌进行了局部地段布置钻孔, 采用钻芯取样进行了强度试验, 并进行了微观分析 (XRD、ESEM、EDS、TGA) 。考虑到钻芯法破坏影响, 取二个断面并以三孔打眼, 检测有无静水压力下混凝土衬砌的劣化程度, 并辅助以回弹法和超声回弹综合法配合无损检测工作。

3 检测结果分析

从水样分析可以看到, 地下水含有丰富的Cl-和SO42-, 还有另外一种阴离子HCO3-, 处于这样环境中的混凝土面临着巨大的盐腐蚀。根据美国腐蚀标准, 单对硫酸根离子侵蚀而言, 已经构成了严重腐蚀程度。并且隧道洞口较大, 交通量为2840辆/天, 风荷载在混凝土表面形成负压, 灯芯效应也促使混凝土衬砌形成盐结晶侵蚀。

一个断面3个点位的混凝土钻芯用于混凝土轴心受压强度测试, 测试结果分别为27.79MPa、30.50MPa、28.89MPa;表明混凝土强度在D、C两处有所劣化, 强度降低7.3%和3.7, B处的混凝土强度反而略有增加。这是因为在实际不规范施工操作因素下, 拱顶D处可能会有积水, 在静水压力作用下D处发生物理侵蚀, 孔隙溶液达到过饱和, 晶体长大迫使孔隙结构破坏, 劣化加速, 产生裂缝, 并伴有脱层出现, 所以混凝土强度下降;C处混凝土劣化的原因和D处一样, 但是由于衬砌背后积水程度没有D处强, 所以强度降低不如D处大;B处混凝土强度略有增加, 是因为化学侵蚀占据了主导, 检测时刻为生成膨胀性物质石膏初期, 孔隙密实, 强度略有增加。但是随着劣化发展, 强度必然会下降。

另外一个断面的三个点位用于微观分析测试 (XRD、ESEM、EDS、TGA) , 在检测之前, 首先要明确试件表面处微裂缝是重点检测区域。因为狭小的裂缝在盐结晶过程中有着十分重要的作用, 因为晶体会首先在裂缝处产生, 并不断生长产生结晶压力导致材料破坏。因此, 在微观测试中, 要说明盐结晶是导致混凝土衬砌破坏的主要因素, 那么裂缝处微观检测的必要性就显而易见了, 只要在裂缝处检测到硫酸钠或者氯化钠晶体, 就能证明盐结晶导致混凝土衬砌的劣化, 并且是主要方面;如果检测到其他物质, 就证明是化学反应生成的膨胀性物质导致了混凝土的破坏, 那么就是化学侵蚀占据主导, 由此可见, 分析可见或者不可见的微裂缝处的产物是研究过程中的重点。

在小水泥块灰黑色的内部表面上生成了大量针状晶体, 根据EDS分析, 产物的主要元素是Na、Al、Si、S和Ca。为进一步确定这种产物, 用小刀片将内部灰黑色部位刮下一层粉末进行了XRD分析。

根据XRD分析结果, 水泥块内部灰黑色部位中的主要产物为氢氧化钙, 钙矾石和石灰石。综合上面的ESEM和EDS分析, 针状晶体产物应该是钙矾石和小量的石灰石, 但并没有检测到无水硫酸钠晶体。

比较内部灰黑色部位中的针状产物, 外部灰白色部位表面的生成物是一种像爆米花状的颗粒状晶体。根据EDS分析, 主要产物应该是碳酸钙。同样在外部灰白色部位刮了一层粉末进行了XRD分析, 相对于内部的产物, 在外部生成了更多的碳酸钙, 说明更多的水泥水化产物己经被碳化, 但也没有发现硫酸钠的晶体。

根据在外部灰白色部位表面上生成的白色晶体的ESEM图像和EDS分析, 可以确定这种白色的晶体是硫酸钠晶体。

根据以上对裂缝表面不同部位的微观分析, 可以得出:在硅酸盐水泥净浆中并没有发现硫酸钠晶体;硫酸钠晶体只发生在碳化的硬化水泥净浆表面。

4 结论

通过以上隧道检测宏观、微观分析可以得出如下结论:

1) 隧道衬砌破坏仍然是以化学侵蚀为主, 盐结晶易在碳化的混凝土中发生。

2) 劣化初期, 混凝土强度略有增加, 随着时间的推移, 产生膨胀性化学侵蚀物质钙矾石和石膏, 引起混凝土裂缝出现, 强度逐步降低。

3) 衬砌裂缝处是劣化的集中区域, 也是结构的薄弱环境, 容易产生盐结晶, 需要在施工中严加控制。

摘要：关于隧道混凝土衬砌在硫酸盐侵蚀下的劣化机理, 近些年来在学术界争议很大。多数学者认为物理侵蚀占主导地位, 也有一些学者认为仍然是化学侵蚀影响力学性能变化。本人基于某隧道的检测结果, 结果表明:化学侵蚀是影响隧道衬砌力学强度的主要原因, 物理盐结晶是继化学反应外发生的劣化现象, 具有二次劣化效果。

关键词：隧道,混凝土衬砌,物理侵蚀,盐结晶

参考文献

[1]刘赞群.混凝土硫酸盐侵蚀机理研究[D].中南大学, 2009.

[2]王起才.南疆铁路桥梁工程混凝土抗侵蚀试验研究.兰州铁道学院学报, 1997.

[3]韩同春.百家岭隧道混凝土腐蚀的评价.中国铁路, vol.8.1999.

钢筋混凝土的劣化 第5篇

根据已经总结到的环丁砜劣化机理进行分析, 当前总结起来有两点观点。第一有些观点认为在环丁砜在高温条件下, 会自动分解二氧化硫以及丁二烯这两种化学物质。众所周知, 二氧化硫容易导致设备受到腐蚀, 而丁二烯主要是设备堵塞的物质。第二, 另一种观点认为, 当环丁砜处于不稳定条件下, 具体而言是属于杂质污染条件下, 会逐渐析出二氧化硫, 但是环丁砜本身不会发生分解, 仍然保持完好的性质。在实验中发现, 环丁砜劣化严重时, 是因为环丁砜受到芳烃抽提影响, 当环丁砜在有水的条件下逐渐被水解时, 会逐渐形成磺酸。在实验中还发现, 当处于杂质影响环境中, 环丁砜会随着温度变化而发生变化, 在水中会分解出大量的气体, 当这个气体溶解在水中时, 就会使得环丁砜环境变得恶劣。基于这样的观点开展实验, 试验机过程做好变动控制, 在对比中实验, 可以得出实验结果。

二、环丁砜劣化影响

1. 环丁砜影响

为了更好的发现环丁砜劣化条件和影响, 可以将环丁砜放置在不同的实验环境中进行对比, 将其放置以无氮保护环境下和有氮环境下, 进行恶劣实验研究。根据实验结果显示, 氧气的存在会使得环丁砜加剧恶劣。这样可以看出芳烃抽提装置中的进料含氧量比较大, 环丁砜恶化的现象很明显。当环丁砜逐渐在水中溶解时, 小部分环丁砜会立刻被分解出来, 释放出大量的二氧化硫。在一定的规格中, 环丁砜的含量有明确的指标, 另外环丁砜的热稳定性也有规定。一般而言, 进入生产环节中, 需要将剩余的气体进行反应掉, 如果气体无法完全反应将影响环丁砜效果, 从而使得劣化现象加重。实验中为了考察出精确的劣化原因。需要配置出不同类型的环丁砜, 不同类型体现在含量不同。需要环丁砜试液作为实验溶剂。配制环丁砜时, 需要将其控制在0.2%范围内, 这样才符合规定需求。实验过程中, 还需要不断改变温度变量, 当温度达到180时, 劣化的结果会更加明显。随着环丁砜加入量不断提升, 热稳定性会有所下降, 还有相应的PH值也出现下降现象, 相反的腐蚀度会逐渐上升。不同的温度条件下, 热稳定性变动类型不一样, 会出现不一样的曲线类型。当温度逐渐升高和环丁砜含量加大时, 热稳定性有明显升高现象。在一定的温室下, 如果环丁砜量加大, 温度却降低出现的情况就不一致。

2. 劣化环丁砜ph值影响

实验的目的是为了更好的研究劣化环丁砜PH值变动情况, 主要观察热稳定性和腐蚀率。在该实验中, 随着芳烃抽提装置运行时间提升, 环丁砜出现劣化现象, 其中PH值不断下降。为了保障劣化实验得以顺利进行, 需要在实验之前分别设置出不同的PH值, 而这个数值应该根据实际实验而确定出来。如果在劣化的环丁砜试液中加入一定量的单乙醇胺, 这个量控制在50ug/g内。这个时候会发现之前的PH值有新的变动, 数值变化比较大。

三、实验结果总结

根据试验结果显示, 环丁砜劣化的速度一般都会随着PH值降低而逐渐增强。为了探究这个现象出现的原因, 可以进行对比试验, 这样查看的结果会更加明显, 而且的得出的实验数据也比较准确。需要将不同单乙醇胺进行提纯, 添加一定的硫酸或者是环丁砜, 在有空气的环境中加热, 使用人为方式影响劣化。这个工作完成之后, 再使用交换色色谱和红外线光谱进行分析, 从中可以得出磺酸的含量。注意实验中加入的是硫酸而不能是其他含氯酸。因为氯离子极易与环丁砜发生化学反应, 使其变成酸性介质, 并在高温下与烯烃生成聚合物, 使系统的PH值迅速下降。在实验过程中, 因为加入了磺酸或者环丁砜, 在基于劣化实验中, 发现环丁砜量逐渐增加。因为环丁砜性质不稳定, 因此会出现分解现象, 分解出来的二氧化硫量比较多。在试样中变动时, 就形成了磺酸, 从而使得磺酸含量增加。从实验结果中看出, 当加入大量的环丁砜时, 生成的磺酸含量不一定很多。这是因为这个过程有二氧化硫气体排出, 实验中可以看到这一变化现象。结束语

环丁砜基于芳烃抽提过程中, 会因为水解而出现大量的磺酸, 这是使得设备出现腐蚀一大因素。当磺酸铁盐和磺酸单乙醇胺盐相互作用时, 会产生沉积物, 从而出现大量的聚合物, 也是原因之一。在出现杂质条件中, 环丁砜的稳定性是否会被影响, 这需要在高温和常温下进行实验研究。在常温下, 可以分解出少量的二氧化硫气体, 却出现加速劣化实验。其中氧含量也对环丁砜劣化起到一定影响。在生产中为防止溶剂与空气接触劣化要求装置密封性好。从实验中可以看出, 选择环丁砜时, 应该重点关注环丁砜含量, 这是一个重要的判断标准。当前我国在应对金属腐蚀时, 一般都选择添加MEA, 可以起到缓解作用。虽然在一定程度上虽然起到缓解作用, 但是随着加入的量逐渐增多, 容易引起芳烃抽出率发生变动, 使得抽出率下降。而且, 加入一定量的MEA时, 不利于水和油进行分离, 容易出现磺酸, 当磺酸出现时, 会堵塞装置, 从而使得问题得不到解决。因此, 在进行实验中应该做好分析准备工作, 做好变量控制准备工作。

摘要：文章对芳烃抽提沉积物进行研究, 研究基于环丁砜的劣化环境下出现的化学反应过程。文章对环丁砜的劣化机理提出了新的认识和见解, 为了更好的探究当处于环丁砜的劣化环境中, 芳烃抽提性能有哪些方面影响, 更好的提升芳烃抽提性能。

关键词：芳烃抽提,环丁砜的劣化,影响

参考文献

[1]张文林.苯乙烯-邻二甲苯-环丁砜三元体系的等压汽-液相平衡[J].《石油学报 (石油加工) 》ISTIC EI PKU-2011年2期.

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[3]陈梅兰, 李长.离子色谱-柱切换进样抑制电导检测环丁砜中的杂质阴离子[J].《浙江大学学报 (理学版) 》ISTIC PKU-2013年2期.

[4]王来军, 李伟, 张明慧, 陶克.粉末化学镀法制备的NiB/TiO2非晶态合金催化剂对环丁烯砜加氢反应的催化性能[J].《催化学报》ISTIC SCI PKU-2012年11期.

岩石的卸荷劣化及其本构模型研究 第6篇

关键词：岩石力学,卸荷,劣化,损伤本构模型

边坡的开挖是一个卸荷过程,这与常规加载理论所得结果有着本质区别[1],用加载理论来解决卸荷岩石力学问题往往会得到错误的结论。近年来, 许多学者对卸荷条件下岩石的特性进行了研究,取得了一些成果[2—7]。研究表明,卸荷状态下,相关力学参数出现急剧弱化,这时与加载条件下的岩体性质有很大的不同,因此研究卸荷状态下岩石变形参数劣化显得很重要。

由于岩石在卸荷条件下的参数劣化,其应力应变全过程曲线也表现出与常规加载试验的明显差别。特别是在卸荷段其轴向应变较小,破坏段表现出明显的脆性特征。

在研究常规加载力学时,基于损伤力学的本构模型取得了良好的效果[8—12],试图将其应用于卸荷力学的本构模型研究,但是要考虑到上述加卸荷条件下的区别。另外,已有的损伤统计模型是将岩石的变形参数以常量,虽然简化了公式,但是其对模型的影响不容忽视。

通过对岩石变形参数在卸荷条件下的劣化效应以及在破坏阶段岩石的变形参数的变化规律进行研究探讨。试图通过对岩石变形参数的研究来改进已有的损伤本构模型,使之适用于卸荷条件下的岩石的力学特性研究。

1 卸荷岩石的损伤劣化

岩石的性质在卸荷条件下与加载条件有明显区别,其变形参数出现劣化效应,劣化主要是由于围压的卸除导致岩石内部裂隙的扩展、滑动等引起,本文以卸荷量为参变量对岩石变形参数弱化进行研究, 以得到劣化参数与表征卸荷程度的卸荷量的关系式。根据相关文献[7],卸荷量定义为

式( 1) 中,σ30为初始围压,卸荷量是表征岩石卸荷程度的物理量。

1. 1 低应力( 初始围压 10 ~ 30 MPa)

1. 2 高应力( 初始围压 40 MPa)

由以上拟合可知,砂岩在高地应力下卸荷与低地应力下的卸荷对变形参数的影响有所不同。

2 岩石损伤统计本构模型及参数

2. 1 岩石损伤本构模型

结合损伤的微、细、宏观研究,引进表征岩石内部关系的影响因子,结合曹文贵等的研究[8],建立了反映岩石变形破裂全过程的岩石损伤软化统计本构模型,取得了良好效果,具体模型为

式( 2) 中,σ1、σ3为轴压和围压,D为损伤变量符合Weibull分布,E、μ为岩石的变形模量和泊松比,ε1 为岩石轴向应变,σ″1、σ″3分别为岩石受损材料所受应力,γ为表征岩石受损材料与微缺陷关系的影响因子。

式中,c、φ为岩石的黏聚力及内摩擦角。

2. 2 参数分析

以往的研究中表明,上述模型的关键在于损伤变量的确定,这就涉及到Weibull分布参量的确定, 且曹文贵等也给出了较为合理的求解方法。但是, 岩石自身的参数变化对于上述模型也具有一定的影响( 如图5、6) 。

一方面,岩石的变形参数本身不是一个常数,而通常情况下,岩石弹性阶段的变形参数变化不大一般取常量,但在卸荷情况下岩石参数产生劣化效应, 如节2所述,此时可结合卸荷劣化效应对模型进行修正; 另一方面,在岩石破坏阶段,岩石的损伤理论上为大于等于1,即此时应属于损伤后的断裂力学范畴,而利用损伤变量控制本构模型已稍显不足。而由模型本身及上述分析可看出岩石变形参数E、μ对模型有着极其重要的控制作用。由此试图在破坏阶段利用岩石变形参数控制模型的变化。总的来说,在考虑卸荷条件时,可将模型根据变形模量的变化分为三段: 一般加载段,卸荷段,应力跌落段。此时,关键在于变形模量及泊松比的计算及选取。

由于卸荷过程中,其轴向应变变化小,不能按照常规公式进行计算,否则所求变形模量会很大,与实际情形不符[6]。因此,变形模量及泊松比采用如下公式[2]计算

1) 一般加载段可按常规情况计算;

2) 卸荷段: 结合节二分析,分别将E、μ与卸荷量U进行拟合得到曲线F( U) ,并将其代入模型;

3) 应力跌落段: 此时岩石的变形参数E与轴压之间有一定的联系,为了研究的方便,提出应力跌落量H。并定义应力跌落量H

弹性模量E与应力跌落量之间的关系如图7所示。

其拟合曲线如表1。

综上所述,得到卸荷岩石的损伤统计本构模型:

3 试验与验证

3. 1 试验

本次试验岩样为锦屏某高边坡区厚70 m、青灰色的厚层-块状变质石英细砂岩( T3(1-1)2-3z ) 。野外采集的岩块样本送往长江科学院,试验所用岩石较完整,无人为裂缝。按照相关规范和规程,试验前把岩样加工成直径50 mm,高度100 mm的标准圆柱体岩样。岩样精度满足岩石力学试验要求和试验方法。

卸荷试验方案如下: 1采用应力控制,按静水压力条件施加( 0. 5 MPa /s) σ1和σ3至预定值( 10、20、30、40 MPa) ,稳定15 s; 2保持σ3不变,增加σ1( 0. 5 MPa / s) 直至试样破坏前的某一应力值; 3保持σ1恒定,以一定的速率( 0. 05 MPa /s) 降低σ3直到试样破坏。

本次试验在中国地质大学MTS实验室进行。

3. 2 验证分析

通过相应的数据处理可 得其内摩 擦角φ = 32. 4°,黏聚力c = 27. 3 MPa,单轴抗压强度σc= 110 MPa。其弹性模量及泊松比按2. 2节求得,鉴于E及μ对模型的影响,其一般加载段的取值情况如下 ( 见表2) 。

分别考察不同围压下模型参数m和F0与σ3的关系( 表3) ,通过拟合得到

将上述两式代入式( 9) 得到最终模型。试验结果与理论模型对比如图8:

1) 卸荷情况下,岩石的脆性特征明显,在高围压( 40 MPa) 状态下仍表现较为明显的脆性。

2) 岩石破坏后,特别是在低围压时,发生一定程度的卸荷回弹现象。

3) 模型与实际数据相比其拟合程度较高,且对于破坏后阶段的拟合程度也相对比较高,符合实际情形。

4 结论

( 1) 卸载条件使得岩石的变形产生了劣化,且与卸荷量有一定的关系: E在卸荷初期变化较小随着卸荷量增加到一定程度后开始快速劣化; μ随着卸荷量的增加而变大。

( 2) 破坏阶段岩石的变形参数与其应力跌落量有关: E随着应力跌落量的增加而减小并呈线性关系。

( 3) 卸载条件使得其本构关系也有别于加载情形,利用岩石的变形参数的变化修正卸载时的损伤本构模型,并根据变形参数的变化规律将其分为三段: 一般加载段,卸荷段,应力跌落段。

( 4) 修正后模型与实际较为相符,有一定的研究意义。

参考文献

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