雾霾环境下水泥基材料受荷载-盐结晶作用下损伤分析.docx

雾霾环境下水泥基材料受荷载-干湿交替-冻融作用下损伤分析殷雨时（辽宁省交通高等专科学校建工系 辽宁沈阳 110122）摘要：研究了轴心受压水泥基材料在雾霾环境下的损伤劣化过程，采用环境扫描电镜(ESEM) 观察了硫酸盐-干湿循环-冻融循环-荷载多场耦合作用下的混凝土微观结构演变过程, 结果表明，与单一硫酸盐侵蚀相比，其余因素均加剧了混凝土在雾霾环境中单一的损伤程度，但干湿循环、冻融循环的加速损伤作用更加明显；试验还表明，在上述多场耦合影响下，混凝土强度等级越高其抗硫酸盐侵蚀能力越强，雾霾级别越大混凝土损伤越明显，粉煤灰和矿粉等矿物掺合料可显著提高混凝土抗硫酸盐侵蚀能力,关键词：雾霾；ESEM；干湿循环；冻融循环；多场耦合；微观结构 0 前言雾霾主要由二氧化硫、氮氧化物和可吸入颗粒物这三项组成，当雾霾形成时，空气中水汽和SO2和矿物颗粒结合形成硫酸盐，当硫酸盐以液态形式铁黏附于混凝土表面时，由于电离作用，硫酸盐分解为SO42-和R2+,其中SO42-会随着混凝土表面的微小裂隙侵浸到混凝土梁中，伴随发生石膏腐蚀或钙矾石腐蚀，会导致混凝土结构膨胀破坏，对混凝土的耐久性形成巨大的危害。并且冬春交际是雾霾的高发期，混凝土在冻融循环作用下，混凝土颗粒会变得酥松，并且常伴有保护层脱落的情况，这样，就更加为SO42-对混凝土的侵蚀造成了客观上的“通道”，形成以硫酸盐侵蚀与冻融循环复杂情况下混凝土的损伤。北方混凝土所受到的是冻融循环与硫酸根离子侵蚀造成的损伤，而例子中南方混凝土为雾霾天气下单一硫酸根离子造成的损伤。而损伤具有不可逆性，一旦损伤发生，混凝土便以初始损伤速度下进行破坏，到达一定程度下速度变快，即损伤具有加速现象。硫酸盐造成的混凝土破坏发生后，由于腐蚀生成产物体积增大，产生膨胀应力，当膨胀应力大于应力强度后，混凝土产生裂隙，这种裂隙和混凝土的初始裂缝与后来外环境下（包括荷载作用）产生的裂隙叠加，加大裂隙的贯通概率，裂隙相容相通，最后贯穿形成主裂缝，对混凝土构件耐久性形成劣化，对结构安全不利。以往水泥基材料的研究多以硫酸盐侵蚀单因素进行研究、或者荷载-硫酸盐和干湿循环-硫酸盐或冻融-硫酸盐而开展的，而实际工程中，以上因素不能完全符合实际。本文以相对动弹性模量、质量损失率为测试指标，系统研究工程混凝土结构物材料本身受硫酸盐-干湿循环-冻融循环-轴压荷载多场耦合作用下的混凝土微观结构演变过程,并采用ESEM分析了其微观结构演变过程。1 原材料的制备和试验方法的选定1.1试验原材料试验所用水泥为沈阳华新水泥厂P.I52.5水泥; 粉煤灰为镇江谏壁电厂生产的/级低钙粉煤灰; 矿粉为江南粉磨公司生产的S95级磨细矿渣;骨料采用细度模数为2.6中砂和连续级配、粒径5-20mm的碎石; 外加剂为江苏省建筑科学研究院生产的PCA型聚羧酸高效减水剂，减水率为35%;水为普通自来水, 水泥和掺合料的化学成分如表1所示。1.2 试验配合比及强度做成混凝土砂浆试件，尺寸为30mm*30mm*120mm，标准养护28d后，根据立方体标准试件经测试得C25、C35、C45三种配合比混凝土的立方体抗压强度分别为29.8MPa、41.2 MPa、51.8 MPa。如图1所示。试验前将试块的2 个端面用环氧树脂密封，如图1、2。 图1 砂浆试件制备 图2 砂浆试件制备待抗折试验表1 原材料的化学组成(w%)原材料CaOSiO2Al2O3Fe2O3MgOSO3K2ONa2O水泥65.0321.384.713.682.530.53表2 混凝土砂浆配合比（Kg/m3)编号水泥砂子水外加剂C253687361952.21C354496741574.04C455256121145.011.3试验方案在侵蚀溶液接触混凝土方式上，弯曲模拟雾霾环境条件，根据海工环境气象大气组分配制侵蚀溶液，根据对比需要，并将腐蚀溶液采用质量分数分别为0.5% 、1%、3%、5%、10%的硫酸钠溶液以周期性喷雾方式均匀喷涂到混凝土试件上（通过酸雾箱实践），模拟自然条件下雾霾情况，此试验在辽宁交专道桥所实验室完成，用到的设备是酸雾箱； 以上试验的侵蚀机制均为干湿循环和冻融循环，拟模拟北方气候的劣化环境。此种侵蚀机制在多种文献中均可见到，试验操作按照《普通混凝土长期性和耐久性能试验方法标准》（GB/T50082-2009）执行。本文拟定3个试验方案，具体如下所示：试验1：①试验方式：加载条件下（20%、40%、70%极限应力），在稳定的外界环境中(温度稳定在20℃士2℃，相对湿度为65士5%),半浸泡在1%硫酸钠普通硅酸盐水泥净浆的性能变化和产物分析（周期300个喷雾循环周期）。②性能变化考察指标：宏观：质量变化、尺寸变化、裂缝密度、抗压强度、抗折强度、弹性模量。微观：STA409PC同步分析仪、SEM。