應(yīng)力-化學(xué)介質(zhì)-凍融循環(huán)協(xié)同作用下水泥基材料失效機(jī)理及壽命預(yù)測的研究

王 玲,吳 浩,管學(xué)茂,黃鵬飛

(中國建筑材料科學(xué)研究總院綠色建筑材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京100024)

應(yīng)力-化學(xué)介質(zhì)-凍融循環(huán)協(xié)同作用下水泥基材料失效機(jī)理及壽命預(yù)測的研究

王 玲,吳 浩,管學(xué)茂,黃鵬飛

(中國建筑材料科學(xué)研究總院綠色建筑材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京100024)

針對(duì)水泥基材料在應(yīng)力-化學(xué)介質(zhì)-凍融循環(huán)協(xié)同作用下的耐久性進(jìn)行了研究,并開發(fā)了多種材料失效試驗(yàn)方法和裝置。砂漿試件應(yīng)力-化學(xué)腐蝕協(xié)同作用試驗(yàn)裝置的特點(diǎn)是加載穩(wěn)定,克服了應(yīng)力松弛;協(xié)同作用耐久性試驗(yàn)裝置可以用于監(jiān)測協(xié)同作用下鋼筋混凝土試件性能的衰減過程。研究發(fā)現(xiàn):礦物摻合料改善抗?jié)B性的能力依次是礦渣粉、活化煤矸石粉、粉煤灰;隨應(yīng)力比加大和凍融循環(huán)次數(shù)增加,水泥基材料中鋼筋銹蝕加速、化學(xué)介質(zhì)的滲透速度和深度增大,協(xié)同作用加速了水泥基材料的失效;可以用一元二次函數(shù)來近似預(yù)測氯鹽-凍融循環(huán)-彎曲荷載協(xié)同耦合作用下的壽命。

失效機(jī)理;壽命預(yù)測;化學(xué)介質(zhì);水泥基材料;凍融循環(huán)

前 言

材料研究比較重視環(huán)境腐蝕和化學(xué)反應(yīng)所導(dǎo)致的材料性能變化,結(jié)構(gòu)失效研究通?？紤]機(jī)械荷載所導(dǎo)致的微觀損傷和裂紋擴(kuò)展,但實(shí)際結(jié)構(gòu)在服役期內(nèi)往往處于環(huán)境腐蝕與力學(xué)荷載協(xié)同作用的狀態(tài),比如混凝土橋梁結(jié)構(gòu)中的梁構(gòu)件主要受到凍融、除冰鹽腐蝕、鋼銹和彎曲荷載4個(gè)因素協(xié)同作用[1-4]。

國際著名混凝土專家Mehta[5],Neville[6]和我國工程院資深院士吳中偉教授[7-8]都曾指出混凝土耐久性破壞常常是協(xié)同作用的結(jié)果,應(yīng)考慮主次先后和隨時(shí)間變化的因素。因此,開展多種破壞因素協(xié)同作用下混凝土劣化機(jī)理的研究對(duì)于解決越來越多的混凝土結(jié)構(gòu)服役期內(nèi)破壞的問題非常必要和迫切[9-13]。

實(shí) 驗(yàn)

. 原材料

2.1.1 水泥

973水泥是一種具有較高C3S含量的高性能水泥,屬于高膠凝性高鈣水泥熟料體系,是國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃(973計(jì)劃)項(xiàng)目“高性能水泥制備和應(yīng)用的基礎(chǔ)研究”(編號(hào):2001CB610706)研發(fā)的新品種水泥。其化學(xué)組成見表1,礦物組成及物理力學(xué)性能見表2,比表面積為324 m2/kg。對(duì)比水泥選取了華新水泥、高貝利特水泥,化學(xué)組成見表1,礦物組成及物理力學(xué)性能見表2。

2.1.2 礦物摻合料

活化活化煤矸石粉:主要結(jié)晶礦物為石英,同時(shí)存在大量的無定型非晶態(tài)物質(zhì)。粉煤灰:內(nèi)蒙古元寶山熱電廠,用于對(duì)比研究活化粉煤灰、活化活化煤矸石粉的各項(xiàng)性能。礦渣粉:選用的是比表面積為400 m2/kg的武鋼水淬礦渣粉,主要組成是無定形的非晶態(tài)礦物質(zhì)。3種礦物摻合料的化學(xué)組成見表3。

表1 水泥的化學(xué)組成(w/%)Table 1 Chem ica l composition of cem ent(w/%)

表2 水泥的礦物組成及物理力學(xué)性能(w/%)Table 2 Mineral compo sition and physicalm echanicalprope rties of cem ent(w/%)

表3 礦物摻合料的化學(xué)組成(w/%)Table 3 Chem ical compo sition ofm ineral adm ixture(w/%)

. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

2.2.1 砂漿試件的協(xié)同效應(yīng)

目前國內(nèi)常用的是通過壓縮彈簧變形的方法來實(shí)現(xiàn)砂漿試件在應(yīng)力作用下的化學(xué)腐蝕[14-15],我們對(duì)該裝置提出了改進(jìn),解決了由于鋼筋銹蝕容易帶來應(yīng)力松弛,從而引起加載不穩(wěn)定的缺陷(專利號(hào)ZL 2006 2 0023122.3)。裝置如圖1所示[16]。

圖1 協(xié)同效應(yīng)加載裝置圖Fig.1 Sketch of preloading device:1-upright column,2-screw nut,3-spring,4-top board,5-pie sensor,6-steel frame,7-roller,8-specimen,9-baseboard,and 10-filler piece

采用40 mm×40 mm×160 mm的小混凝土試件,利用圖1裝置進(jìn)行加載,施加應(yīng)力比分別為15%和35%,腐蝕氯鹽為2 moL/L NaCl氯化鈉溶液,采用“快凍法”分別進(jìn)行10次、25次、40次凍融循環(huán)試驗(yàn)。每次達(dá)到規(guī)定循環(huán)次數(shù),取出每組的3塊試件,在試件中部劈裂,測試滲透深度,取其平均值。

2.2.2 鋼筋混凝土環(huán)境性能

鋼筋混凝土環(huán)境性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)裝置如圖2所示,包括專用四點(diǎn)彎曲加載架、混凝土自動(dòng)快凍快融試驗(yàn)設(shè)備、動(dòng)彈性模量測試儀、智能數(shù)字應(yīng)變儀和CT-2B恒電位儀,(專利號(hào)ZL 2004 2009 6292.5)[17]。為實(shí)時(shí)得到溫度和荷載數(shù)據(jù),專門設(shè)計(jì)制作了雙通道(荷載與溫度)采集器和專用數(shù)據(jù)接收軟件,可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)和同一界面上實(shí)時(shí)繪制時(shí)間-荷載圖、時(shí)間-溫度圖、溫度-荷載圖。

應(yīng)力化學(xué)介質(zhì)凍融循環(huán)協(xié)同作用下水泥基材料失效機(jī)理

. 水泥基材料的抗?jié)B性能

研究用混凝土膠凝材料的組成如表4所示,采用的配合比如表5所示。

圖2 鋼筋混凝土環(huán)境性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)裝置示意圖Fig.2 Schematic diagram of preloading reinforced concrete subject to freeze-thaw cycles and chloride salt:1-sensor,2-freezethaw machine,3-load,4-balancer,5-3%NaCl solution,6-tank,7-specimen(100 mm×100 mm×400 mm),8-antifreeze fluid,and 9-bearing

表4 混凝土的膠凝材料的組成(w/%)Table 4 Ingredients of concre te cem entitious(w/%)

表5 混凝土的配合比(kg·m-3)Table 5 Mix proportion of concre te(kg·m-3)

圖3分別是凍融循環(huán)10次、25次及40次后混凝土的氯離子滲透深度與應(yīng)力比的關(guān)系。分析圖3可知,隨著應(yīng)力比的增大,滲透深度增加,其中XS2的增長梯度最大。隨著凍融次數(shù)的增加,35%高應(yīng)力比條件下,混凝土的氯離子滲透深度增長梯度增大。

為了較好的分析影響混凝土滲透性的機(jī)理,采用壓汞法對(duì)對(duì)應(yīng)漿體的孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行了測試,結(jié)果如表6所示。分析表6可知,XS1和XS2的總孔隙率相近,但XS2的平均孔徑23.8 nm,而XS1的平均孔徑只有15.4 nm,XS1的有害孔的數(shù)量27.93%,XS2的有害孔是35.93%;少害孔和無害孔的數(shù)量XS1的為72.08%,XS2的是64.07%,說明活化煤矸石粉能更好的改善混凝土的孔結(jié)構(gòu),降低混凝土有害孔的數(shù)量。XS4的總孔隙率小于XS1,且其無害孔數(shù)量多于XS1,有害孔的數(shù)量少,因此,XS4的氯離子滲透速率小,滲透深度相對(duì)XS1也較小。

圖3 混凝土在“凍融+氯鹽+應(yīng)力”作用下Cl離子的滲透深度與應(yīng)力比的關(guān)系:(a)凍融循環(huán)10次,(b)凍融循環(huán)25次,(c)凍融循環(huán)40次Fig.3 Effect of stress ratio on antipermeability of concrete under subject to freeze-thaw cycles,preloading and chloride salt:freezethaw cycles:(a)10 times,(b)25 times,and(c)40 times

表6 混凝土的孔結(jié)構(gòu)分布數(shù)據(jù)Table 6 D istribution of concre te pore structure

采用EDS能譜對(duì)氯鹽侵蝕后混凝土的水泥漿-骨料界面區(qū)的Cl離子分布情況進(jìn)行分析,如圖4所示。

混凝土XS1的膠凝材料是973水泥+40%活化煤矸石粉,其水泥-膠凝材料界面區(qū)的氯元素分布情況如圖4a所示,Cl元素在界面區(qū)的含量較小,分布較均勻,無富集現(xiàn)象。這說明活化煤矸石粉能改善混凝土的界面結(jié)構(gòu),由此提高了混凝土的抗?jié)B性能,減小了氯離子滲透性。

混凝土XS2的膠凝材料是由973水泥+Ⅱ級(jí)粉煤灰,界面區(qū)元素分布如圖4b所示,從Cl元素的能譜分布圖中可見密集的能譜峰,這說明在界面區(qū)Cl元素有局部富集的現(xiàn)象。由此反映出XS2的界面區(qū)的密實(shí)度較差,粉煤灰對(duì)混凝土界面區(qū)的改善效果不及活化煤矸石粉。

圖4c是混凝土XS4的界面區(qū)元素分布圖,其膠凝材料是華新水泥+40%活化煤矸石粉,Cl元素能譜圖的峰值較稀疏,說明在混凝土界面區(qū)Cl元素的含量低,同時(shí)Cl元素能譜圖的峰值不顯著且分布均勻,表明在界面區(qū)Cl元素沒有富集現(xiàn)象,說明混凝土的界面致密,抗?jié)B透性能較好。

圖4 混凝土的水泥漿-骨料界面區(qū)Cl離子分布的EDS譜圖:(a)XS1,(b)XS2,(c)XS4Fig.4 EDS spectra of chlorine ion distribution of interface transition zone of cement-aggretate of concretes:(a)XS1,(b)XS2,and(c)XS4

. 水泥基材料的抗凍性能

本研究主要通過測試動(dòng)彈性模量來研究混凝土在不同因素協(xié)同作用下的損傷演變過程,并認(rèn)為當(dāng)混凝土動(dòng)彈性模量下降到凍融實(shí)驗(yàn)前動(dòng)彈性模量的60%時(shí),混凝土已經(jīng)凍融破壞。實(shí)驗(yàn)用混凝土配合比如表7所示,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表8和圖5。其中,FT-W表示水中凍融;FT-NCL表示鹽凍(3%氯化鈉溶液);RC表示鋼筋銹蝕程度的影響;ST表示四點(diǎn)彎曲荷載。Ed表示協(xié)同作用下鋼筋混凝土的動(dòng)彈性模量(GPa);E0表示鋼筋混凝土的初始動(dòng)彈性模量(GPa);Ed/E0表示在協(xié)同作用下鋼筋混凝土的相對(duì)動(dòng)彈性模量。

表7 混凝土配合比及相關(guān)性能參數(shù)Table 7 Concre te m ix proportion and corresponding to p rope rtie s pa ram eters

表8 不同損傷因素協(xié)同作用下4種混凝土相對(duì)動(dòng)彈性模量下降到60%時(shí)的凍融循環(huán)次數(shù)Table 8 Num ber of freeze-thaw cycle s of re info rcem ent concrete when re la tive dynam ic ela sticity modulus wa s reduced to 60%in different conditions

圖5 不同損傷因素組合協(xié)同作用下,4種混凝土的相對(duì)動(dòng)彈性模量:(a)C70,(b)C60A,(c)C60B,(d)C45Fig.5 Relative dynamic elasticitymodulus of four kinds of concrete in different freeze-thaw conditions:(a)C70,(b)C60A,(c)C60B,and(d)C45

結(jié)果顯示:隨著凍融循環(huán)次數(shù)增加、應(yīng)力比增大、化學(xué)介質(zhì)的加入,水泥基材料的動(dòng)彈性模量明顯下降,即抗凍能力下降。從表8看出,在不同的凍融條件下,抗凍融的性能依次C70>C60A>C60B>C45。

. 混凝土中的鋼筋銹蝕

鋼筋銹蝕實(shí)驗(yàn)中鋼筋混凝土配合比如表9所示,配筋如表10所示,混凝土的膠凝材料組成和侵蝕環(huán)境如表11所示[16]。

表9 鋼筋混凝土配合比(kg·m-3)Table 9 Mix proportions of re info rcem ent concrete(kg·m-3)

表10 鋼筋混凝土試件配筋表Table 10 Re inforcem ent sheet of re inforcem ent concrete

表11 鋼筋混凝土的膠凝材料組成和侵蝕環(huán)境Table 11 Corrosion circum stance and cem entitious composition of reinforcem ent concre te

圖6是3#、5#和6#試樣在彎曲應(yīng)力、凍融循環(huán)和氯鹽侵蝕等協(xié)同作用下的鋼筋自腐蝕電位隨凍融次數(shù)變化的關(guān)系。從圖6中可以直觀地看出隨凍融次數(shù)的增加,腐蝕在增大;彎曲應(yīng)力的存在加速了鋼筋的銹蝕,這種加速的破壞作用隨應(yīng)力水平的增大而增大。

圖6 混凝土中應(yīng)力比為15%(a)和35%(b)的鋼筋的腐蝕電位和凍融循環(huán)數(shù)的關(guān)系Fig.6 Effect of freez-thaw cyclic number on corrosion potential for reinforced bar with stress ratio of 15%(a)and 35%(b)

以無應(yīng)力作用的3#混凝土凍融10次的鋼筋腐蝕電流密度為基準(zhǔn),3#、5#和6#在氯鹽+凍融+應(yīng)力三因素協(xié)同作用下的相對(duì)腐蝕電流密度分別如表12所示。隨著凍融次數(shù)增加,腐蝕電流密度增大,這表明鋼筋的腐蝕速度增大;隨應(yīng)力比的增大,相對(duì)腐蝕電流密度增加。分析表12可知,在相同的氯鹽+凍融+應(yīng)力作用條件下,相對(duì)腐蝕電流密度從大到小依次是5#、3#和6#,這說明礦渣粉對(duì)抑制鋼筋銹蝕的效果最好,活化煤矸石粉次之,Ⅱ級(jí)粉煤灰最差。

圖7是應(yīng)力水平在15%(a)和35%(b)時(shí),混凝土的電阻的變化與凍融次數(shù)的關(guān)系圖。分析該圖可知,在協(xié)同作用下,隨凍融次數(shù)增加,混凝土的電阻愈來愈小,即氯鹽在混凝土中滲透性增強(qiáng)。

以無應(yīng)力作用凍融10次的3#試樣為基準(zhǔn),混凝土在各種條件下的相對(duì)電阻如表13所示。各試樣隨著應(yīng)力比的增大和凍融次數(shù)增加,相對(duì)電阻降低。在相同環(huán)境條件,混凝土相對(duì)電阻6#最高、3#次之、5#最小,這反映混凝土滲透性的大小依次是6#<3#<5#,即摻礦渣粉的混凝土滲透性最小,活化煤矸石粉的次之,摻Ⅱ級(jí)粉煤灰最大。

表12 3#、5#、6#試樣在氯鹽+凍融+應(yīng)力三因素協(xié)同作用下的相對(duì)腐蝕電流密度Table 12 The relative co rro sion current density of specim ens 3#,5#,6#subject to chloride,freezethaw cycles and p re loading

圖7 應(yīng)力比為15%(a)and 35%(b),凍融數(shù)為10,15,20次條件下,混凝土的電阻變化情況Fig.7 Resistance of concrete under number of freeze-thaw cycles of 10,15 and 20 times in stress ratios of 15%(a)and 35%(b)

表13 在氯鹽+凍融+應(yīng)力3因素協(xié)同作用下混凝土的相對(duì)電阻Table 13 Rela tive re sistance of concrete subject to chlo ride salt,freeze-thaw cycle s,and p re loading

通過對(duì)鋼筋混凝土的腐蝕電位、腐蝕速度、混凝土電阻變化進(jìn)行研究,可得出:①氯鹽侵蝕和彎曲應(yīng)力協(xié)同作用下,外部彎曲應(yīng)力的存在加速了鋼筋混凝土的破壞,且這種腐蝕速度的增加隨應(yīng)力水平的增大而增大;在混凝土配合比相同的條件下,摻Ⅱ級(jí)粉煤灰的腐蝕速度最大,其次是活化煤矸石粉,最好的是礦渣粉。②氯鹽侵蝕和凍融循環(huán)協(xié)同作用下時(shí),凍融循環(huán)加速了鋼筋的銹蝕,在混凝土配合比相同的條件下,使鋼筋腐蝕速度最小的是礦渣粉,其次是活化煤矸石粉,較差的是Ⅱ級(jí)粉煤灰;但活化煤矸石粉摻量超過30%時(shí),使鋼筋混凝土的劣化,加速了鋼筋銹蝕。

. 水泥基材料的失效機(jī)理分析

在應(yīng)力-化學(xué)介質(zhì)-凍融循環(huán)協(xié)同作用下的失效過程中,高性能水泥基材料性能參數(shù)的變化具有一定的規(guī)律性:①動(dòng)彈性模量是反映混凝土損傷程度和失效過程的極為敏感的指標(biāo),其與混凝土強(qiáng)度等級(jí)和應(yīng)力比大小密切相關(guān);同應(yīng)力比條件下,混凝土損傷程度的影響是強(qiáng)度越低,混凝土損傷程度越大;同一配比混凝土,應(yīng)力比越大,混凝土損傷程度破壞程度隨應(yīng)力比增大而加劇;②產(chǎn)生質(zhì)量損失的根本原因與混凝土基體強(qiáng)度和水灰比有關(guān),且質(zhì)量損失主要由表層剝落和開裂損壞引起,混凝土強(qiáng)度越高,質(zhì)量損失越小。

應(yīng)力-化學(xué)介質(zhì)-凍融循環(huán)協(xié)同作用下,鋼筋混凝土的失效機(jī)理主要有三種模式:①氯鹽侵蝕使鋼筋混凝土試塊在凍融后,結(jié)冰體積膨脹,進(jìn)而在基體材料中形成均勻的微裂縫。②荷載在混凝土中微裂縫處形成應(yīng)力集中,使微裂縫發(fā)展加快。③鋼筋銹蝕體積膨脹,使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生新的微裂縫,同時(shí)伴隨原有裂縫的擴(kuò)展。

這3個(gè)過程同時(shí)作用,且會(huì)形成超疊加效應(yīng),加速各種破壞的速度和程度。

應(yīng)力化學(xué)介質(zhì)凍融循環(huán)協(xié)同作用下水泥基材料壽命預(yù)測

. 壽命預(yù)測模型的建立

混凝土動(dòng)彈性模量下降到凍融試驗(yàn)前動(dòng)彈性模量的60%時(shí),認(rèn)為混凝土已經(jīng)凍融破壞,本研究以此判斷混凝土在不同破壞因素協(xié)同作用下的壽命。通過研究鹽凍、鋼筋銹蝕與彎曲荷載等環(huán)境荷載與機(jī)械荷載協(xié)同作用下鋼筋混凝土的損傷演變過程,發(fā)現(xiàn)鋼筋混凝土在這種協(xié)同作用條件下的壽命可分為兩個(gè)階段,即穩(wěn)態(tài)衰減階段和加速衰減階段,其中穩(wěn)態(tài)衰減階段對(duì)于壽命預(yù)測是起主要作用的。一旦壽命超過穩(wěn)態(tài)衰減階段與加速衰減階段的交界點(diǎn)(稱為拐點(diǎn)),損傷就進(jìn)入加速衰減階段,類似于失穩(wěn)狀態(tài),導(dǎo)致壽命隨機(jī)性很大,因此模擬穩(wěn)態(tài)衰減階段的壽命較為可行且有實(shí)用價(jià)值。

基于以上原因,本研究對(duì)鋼筋混凝土在鹽凍循環(huán)、鋼銹與彎曲荷載協(xié)同作用下混凝土動(dòng)彈性模量變化的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合[18],最終發(fā)現(xiàn)采用一元二次函數(shù)可以很好地模擬鋼筋混凝土梁構(gòu)件在鹽凍循環(huán)、鋼銹與彎曲荷載協(xié)同作用下的穩(wěn)態(tài)衰減階段,如圖8所示。圖8中,S為鋼筋混凝土服役荷載;t1為已知的服役年限;R1、R2和R3分別為鋼筋混凝土強(qiáng)度性能的上限、平均值和下限;t2、t3和t4分別為鋼筋混凝土強(qiáng)度衰減到服役荷載S時(shí)對(duì)應(yīng)服役年限的下限、平均值和上限。

鋼筋混凝土失效時(shí)(即混凝土的相對(duì)動(dòng)彈性模量衰減到小于α?xí)r)所經(jīng)受過的凍融循環(huán)次數(shù)x(即混凝土服役壽命)的解析表達(dá)式如式(1)所示。

由式(1)即可解出針對(duì)某種鋼筋混凝土材料、某一服役荷載和特定服役環(huán)境等因素綜合影響下鋼筋混凝土的服役壽命。

圖8 鋼筋混凝土在多種損傷因素協(xié)同作用下的壽命預(yù)測模型Fig.8 Model of life prediction of reinforced concrete in different conditions

. 壽命預(yù)測模型的驗(yàn)證

表14是利用本研究提出的模型進(jìn)行壽命預(yù)測的結(jié)果,從表14看出,一元二次函數(shù)可以較好地模擬穩(wěn)態(tài)衰減階段。從統(tǒng)計(jì)規(guī)律上看,采用本模型時(shí),混凝土凍融循環(huán)破壞的臨界相對(duì)動(dòng)彈性模量α定為0.6較為合理,這時(shí)計(jì)算結(jié)果絕大部分與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合良好,誤差在10%以內(nèi)。

表14 鹽凍循環(huán)、鋼銹與彎曲荷載協(xié)同作用下,穩(wěn)態(tài)衰減階段的凍融循環(huán)數(shù)(應(yīng)為比為35%)Table 14 Life prediction of concre te subject to freeze-thaw cycle s,steel corrosion,preloading and chloride sa lt attack in steady attenua tion period(stress ra tio 35%)

結(jié) 論

(1)水泥基材料的抗?jié)B性能與其水化產(chǎn)物結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。礦物摻合料通過改善水泥基材料的孔結(jié)構(gòu),能夠提高水泥基材料抗?jié)B性,并降低氯離子在其中的滲透、擴(kuò)散速度,但活化煤矸石粉的效果要優(yōu)于粉煤灰。

(2)在協(xié)同作用下,水泥基材料的氯離子滲透速率提高,滲透深度加大。

(3)協(xié)同作用下混凝土中的鋼筋腐蝕一方面是混凝土保護(hù)層由于各外部因素使混凝土內(nèi)部微裂紋的擴(kuò)展、斷裂加速了氯鹽侵蝕,從而使腐蝕速度愈來愈大,另一方面,鋼筋銹蝕后體積不斷膨脹,產(chǎn)生新的微裂紋,同時(shí)伴隨著原有裂紋的進(jìn)一步擴(kuò)張、斷裂,使氯離子的滲透越來越強(qiáng),鋼筋的銹蝕也愈來愈厲害。在協(xié)同作用下,鋼筋的銹蝕是內(nèi)外因素相互疊加結(jié)果,而且這種疊加是超疊加作用。

(4)建立了鋼筋混凝土在“化學(xué)介質(zhì)+凍融循環(huán)+鋼銹+彎曲荷載”協(xié)同作用下的衰減階段的室內(nèi)試驗(yàn)壽命預(yù)測模型,該模型可以較好地模擬穩(wěn)態(tài)衰減階段;從統(tǒng)計(jì)規(guī)律上看,壽命預(yù)測模型的計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合良好,誤差在10%以內(nèi)。

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Research on Failure Mechan is m and Service Life Prediction of High Performance Cementitious Materials under the Synergistic Effect of Stress,Chem ical Medium and Freezing-Thawing Cycle

WANG Ling,WU Hao,GUAN Xuemao,HUANG Pengfei

(State Key Laboratory of Green Building Materials,China Building Materials Academy,Beijing 100024,China)

Research on the durability of cementitious materials under the synergistic effect of stress,chemical corrosion and freezing-thawing cycle was systematically conducted.The strong point of equipments for mortar and concrete research under synergistic effect is stable load,non-stress relaxation and perfor mance on-line monitoring.For the improvement on per meability,blast furnance slag was ranked most,followed by activated coal gangue and fly ash.Along with the increase of stress ratio and freezing-thawing cycle,per for mance failure was expedited because of the acceleration of steel bar corrosion and the penetration degree of chemicalmedium.A quadratic function was established to estimate concrete service-life under synergistic effect of chloride ion,freezing-thawing cycle and bending load.

failure mechanis m;service life prediction;chemical medium;cementitious material;freezing-thawing cycle

TU528

A

1674-3962(2010)09-0025-09

2009-12-10

973項(xiàng)目“高性能水泥制備和應(yīng)用的基礎(chǔ)研究”(2001CB610706),“水泥低能耗制備與高效應(yīng)用的

基礎(chǔ)研究”(2009CB623100)

王 玲,女,1968年生,教授級(jí)高工