多因素耦合作用下混凝土耐久性试验方法研究
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摘要：本文综合论述了荷载、碳化、盐类侵蚀、冻融等多种因素对混凝土结构的复合影响，针对得出的一些相关结论。提出了自己的看法，为以后的耐久性研究提供了参考。
关键词：多因素耦合；荷载；氯离子；硫酸盐；冻融
中图分类号： TV331 文献标识码： A
1、前言
混凝土的耐久性是指混凝土在设计使用年限内保持其良好性能的能力，它是由其所在环境和材料本身性质所决定的。裂缝，重量损失，变质，强度下降等都是耐久性损伤的外观表现。影响耐久性的因素概括起来有以下几种：1)酸、碱、盐侵蚀和水的溶蚀、碱骨料反应、碳化及电化学作用引起的钢筋腐蚀、有害气体的侵蚀等化学作用；2)冻融循环、荷载、干缩、徐变、磨损等物理作用。
对于上述各种单一因素作用下混凝土耐久性的问题，国内外开展的研究工作已经取得了大量成果，然而工程实际中的混凝土并不是在单一因素作用下工作的，而是经受着荷载和环境、气候等多种因素协同作用。多种因素共同作用时，对混凝土的破坏作用并不是各单一因数作用的简单叠加，各因素产生的交互作用使得实际服役中的混凝土破坏过程复杂化，也使得从单一因素作用条件下研究所得结论和经验公式具有一定的局限性。为此，近年来一些混凝土科学工作者逐步开展了多因素协同作用下混凝土耐久性的研究，其中较多的是研究荷载与其它因素共同作用。
2、荷载-Cl-共同作用下混凝土耐久性
目前国内外主要研究成果集中在以下几个方面：①水胶比、水泥类型、介质浓度、试件的表面处理与涂层、以及试件的槽口深度等因素对水泥砂浆、普通混凝土弯曲强度的影响；②研究处于腐蚀介质，并承受弯曲荷载作用下，混凝土的渗透性、孔隙结构的变化。国内在混凝土应力与有害离子共同作用下的性能研究起步较晚，主要研究成果也基本上集中在对混凝土力学性能的研究方面。清华大学的冷发光对素混凝土和钢筋混凝土在氯离子(Cl一来源于10％NaCl溶液)溶液浸泡一长期、短暂荷载下(30％、50％、70％应力水平)的扩散规律进行了系统的研究，并建立了相应的经验模型，研究结果表明，(1)拉应力始终引起氯离子扩散性能增大，而压应力先使氯离子扩散性能降低，而后使扩散性能增加；(2)扩散性能与时间的平方根之间存在线性关系：(3)扩散系数与荷载水平之间的关系可以用三次多项式来拟合：(4)扩散系数随荷载水平的提高而提高：(5)受拉区氯离子扩散系数可以用三次多项式来拟合，受压区的氯离子扩散系数符合二次多项式的数学模型；(6)高强混凝土的氯离子扩散系数变化幅度比普通混凝土小，对应的临界应力水平比普通混凝土要高；(7)加载时测得的混凝土氯离子扩散系数比卸载时测定的扩散系数要大。同时分析冷发光的试验结果，可以看出还存在以下不足：①腐蚀溶液的浓度太高，不符合实际工程所处环境；②未对受荷状态下混凝土的寿命进行预测。
3、荷载作用下高强混凝土的硫酸盐侵蚀试验方法
试验中制作了素高强混凝土(HSC)和钢纤维高强混凝土(SFRHSC)两个系列的试件，对混凝土试件三分点加荷，使试件受弯。经过应用表明这种加载方式效果很好，完全可以满足硫酸盐侵蚀的条件。采用了40mm×40mm×160mm的试件，这样试验结果与以前的研究结果可比性大大提高，而且正好适合已有加载系统的要求。实践证明，这种改进很有必要，虽不符合标准要求，但是研究结果更为可靠。
侵蚀溶液采用分析纯硫酸钠配制，硫酸钠溶液质量分数为5.0%(相当于SO42-含量16 500mg/L)，溶液温度20℃左右。本次试验采用浸泡法，将加好荷载的试件连同荷载架一起浸没于装满硫酸钠溶液的容器中，每周测定一次硫酸根离子浓度，如有变化及时调整，保证溶液浓度保持恒定。
试件成型养护至28d龄期时，进行基准值的测定，测试项目有动弹性模量、抗弯强度、抗压强度。动弹性模量按照GBJ82-85中的共振法测定，抗压强度按照GBJ177-85进行，抗弯强度采用三分点加载，和试验中对试件的加载方式相同。以28d时的抗弯破坏荷载作为基准，对试件施加应力等级为0%、10%、25%、50%的荷载。试验过程中随时注意试件有无断裂，及时消除由此引起的荷载误差。
4、荷载作用下混凝土结构抗盐类侵蚀性能研究现状
邢锋、冷发光等通过试验研究了长期持续荷载作用下素混凝土的氯离子渗透性。试验中采用56 d龄期的混凝土试件进行试验，施加应力水平为30％和50％的弯曲荷载，并浸入l0％的氯化钠溶液中进行渗透试验。得出结论：在荷载作用下的素混凝土受弯构件，其受拉区的氯离子渗透性随荷载的提高而增大，荷载较小时，增长幅度也小，当荷载进一步提高后，增长幅度也相应提高，30％和50％两个应力水平还处于混凝土的线性范围内；并用三项式拟合了标态化的氯离子渗透深度(荷载引起的增长幅度)与荷载水平之间的关系。
袁承斌，张德峰等人通过实验室长期持载试验，将混凝土分为无应力、压应力、拉应力三个应力状态，通过施加不同的应力水平来测定氯离子侵蚀情况。其中拉应力的实现是采用弯曲受拉代替轴向受拉，压应力的实现是采用后张法施加预应力。研究发现：相同应力水平下氯离子的侵蚀速度不同。施加压应力，混凝土的氯离子侵蚀速度减小；施加拉应力，侵蚀速度增大。应力水平不同时，氯离子的侵蚀速度也不同。
U．Schneide等对持续压荷载或弯曲荷载作用下混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能进行了研究。研究发现，当压应力水平高于0.65%时，同时承受压应力会加速混凝土的硫酸盐腐蚀过程；当压应力水平低于0.275时，同时承受压应力会抑制混凝土的硫酸盐腐蚀。对于水化接近完全的混凝土而言，任何级别的弯曲荷载都会加速混凝土的硫酸盐腐蚀。
5、混凝土结构在冻融、碳化和氯离子侵蚀三种环境荷载复合作用下的耐久性试验方法
试验用混凝土为普通混凝土，由花岗岩碎石、砂、水泥和水组成。快冻法对混凝土进行冻融循环试验，经50次或150次冻融循环后，将混凝土试块从冻融箱中取出，用干布将混凝土试件表面擦净，置于实验室室内环境中晾干，1 d后将试块四个表面用石蜡密封，仅留两个相对的侧面，保证CO2以一维方式扩散，然后将试件放入快速碳化箱中静置1 d，以确保混凝土碳化时与箱内温湿度平衡。据试验需要，试件在碳化箱内加速碳化1周或2周。试件从碳化箱中取出后，放入浓度为3％的氯化钠溶液(模拟海水)中浸泡24小时。
对混凝土试件进行分层磨粉，取得混凝土粉末后，应用caC03含量数字压力分析仪对混凝土中的CaC03含量进行定量分析，为研究复合环境荷载作用对混凝土强度的影响，对经过不同荷载作用后的尺寸为100 mm×100 mm×300mm的棱柱体试块进行三点弯曲试验和抗压强度试验。
6、结语
到目前为止，结构耐久性的研究已经逐步从单一因素的研究向多因素方向发展，特别是
荷载和环境综合作用下的耐久性研究。但总的来说，无论是国内还是国外，此类研究仍处于起步阶段，现有的结论也是非常有限的，因此，其研究内容和试验方法还需要进一步完
善，研究结果还需要进一步验证。
参考文献：
[1]滕海文，黄颖，黄峰洲，霍达.荷载与环境因素耦合作用下结构耐久性研究进展.工程抗震与加固改造.2011,2
[2]张亦涛,方永浩,郑波.荷载与其它因素共同作用下混凝土耐久性研究进展.材料导报.2003,9
[3]王军.荷载作用下钢筋混凝土结构耐久性分析方法研究.天津大学,2008
[4]舒正昌.荷载与氯盐共同作用下混凝土耐久性试验研究.北京工业大学，2010