碳化环境车站溷凝土性能评估与寿命预测.docVIP

摘要:通过对现场同条件养护试块力学性能、碳化性能和抗氯离子渗透性能的测试，评价车站混凝土结构在碳化环境下的耐久性能，并对车站顶板、底板和侧墙混凝土结构进行了使用寿命预测。结果表明:现场同条件养护试块的抗压强度和抗渗透性能满足设计要求，电通量值处于较低水平; 不同配合比的混凝土抗碳化性能有一定差别，随着龄期的增长混凝土的碳化速度系数呈逐渐降低的趋势; 碳化环境下地铁工程车站混凝土能满足 100 年的设计使用寿命。 关键词:碳化 耐久性 碳化速度系数 同条件养护 车站混凝土 混凝土碳化是大气中的二氧化碳向混凝土内部扩散，与混凝土中的氢氧化钙反应，生成碳酸盐或其他物质，使混凝土原有的强碱性( pH = 12. 5 ～ 13. 5) 降低，进而造成钢筋表面的钝化膜破坏而发生锈蚀。 的混凝土发生碳化可能性更大，原因是地下车站环境相对封闭、人流密集，车站内部空气中二氧化碳的浓度较高，温湿度相对比较恒定。对于本研究的依托工程宁波轨道交通工程来说，地下车站运营期间的平均温度预计为 25 ℃ ～28 ℃，平均相对湿度为 40% ～80%，处于碳化最容易发生的温湿度范围。因此有必要对地铁工程混凝土碳化环境下的使用寿命进行评估。 研究表明，影响碳化的主要因素有环境相对湿度、温度、CO2浓度、水灰比、水泥用量、矿物掺合料和养护条件等。以上研究大多都是在室内试验基础上得出，所用材料和碳化环境与实际工程有较大差别。因此本研究采用现场留样同条件养护试块进行模拟试验来对碳化环境下地铁车站混凝土的使用寿命进行评估。 1试验方案 本研究以宁波轨道交通工程为依托，在某地下车站混凝土施工时对车站底板、侧墙和顶板混凝土现场随机取样，制成150 mm ×150 mm ×150 mm 试块，各取样 12 组，其配合比见表 1。为模拟现场构件的服役环境，将所取的试块与现场构件采用相同的早期养护，养护结束后放置于施工现场暴露，并标记好暴露面，到规定龄期后对试块进行抗压强度、抗渗透性能和碳化深度测试。 混凝土抗压强度按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》( GB/T 50081—2002) 测试。混凝土抗渗透性能测试采用电通量法，按照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》( GB/T 50082—2009) 测试。混凝土碳化深度按照《建筑结构检测技术标准》( GB/T 50344—2004) 测试，即将混凝土垂直于暴露面劈开后滴定酚酞溶液，在碳化最为严重的面上选取 10个点，取平均值作为该试块的碳化深度。 2测试结果与分析 2. 1力学性能 现场同条件养护试块在 28 d、180 d、360 d、450 d和 540 d 龄期分别进行了抗压强度测试，试验结果见表 2。由表 2 可知，28 d 抗压强度大于设计强度，并有一定富余。随着龄期的增长，混凝土抗压强度总体呈上升趋势。由于离散性，个别试块的抗压强度增长较小，甚至略微降低。试块配合比中掺入了 30% ～37%的矿物掺合料，随着龄期的增长，掺合料后期水化效应发生，混凝土抗压强度较 28 d 龄期会有一定增长。 2. 2碳化性能 现场暴露试块碳化深度见表 3。由表 3 可知，各组的碳化深度与混凝土强度等级有一定的关系，顶板混凝土( C40P8) 在相同龄期碳化深度均低于底板和侧墙混凝土( C35P8) ; 同时，随着龄期的增长，混凝土的碳化深度逐渐增大。两种结构碳化深度的差异可能是由于水胶比和掺合料用量不同所致，顶板混凝土水胶比和掺合料用量均低于底板和侧墙混凝土。 2. 3抗氯离子渗透性能 现场暴露试块电通量测试结果见表 4。由表 4 可见，所有试块不同龄期的电通量值均 ＜1 000 C，处于较低水平，表明混凝土密实性较好。两组配合比在相同龄期的电通量值有一定差别，总体上顶板混凝土( C40P8) 略低于底板和侧墙混凝土( C35P8) ，主要是由于两者的水胶比有一定差异，水胶比相对较小的配合比电通量值较低。 3孔结构分析 混凝土内部的孔结构和孔隙率与其强度和渗透性等有直接关系。文献［1-2］指出，混凝土的渗透性是由其微观结构决定的，如混凝土的孔隙率、孔径分布，以及骨料—基体界面区的矿物组成等。混凝土中不同孔径的孔对其渗透性的作用不同，一般认为，混凝土的毛细孔越大，其强度越低，渗透性也越大。为了更好地分析现场同条件养护试块性能的差异，取样进行了孔结构测试。测试采用 AUTOPORE 9500 IV 型压汞仪，在经过暴露试验试样的未碳化区域提取直径为5 ～10 mm 的砂浆颗粒，测量不同孔径的进汞量，计算出其总孔隙率。 组别为 CD 和 DB 混凝土在 60 d 和 360 d 龄期时的孔结