摘要：為研究凍融損傷環(huán)境下引氣混凝土內(nèi)部鋼筋銹蝕規(guī)律和機(jī)理，同時考慮混凝土保護(hù)層厚度對內(nèi)部鋼筋銹蝕的影響,試驗(yàn)設(shè)計了不同保護(hù)層厚度的配筋普通混凝土和引氣混凝土試件，分別利用半電池電位法和線性極化法測定了不同凍融循環(huán)次數(shù)下，試件內(nèi)部鋼筋的半電池電位值和腐蝕電流密度值。試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，混凝土試件內(nèi)部鋼筋的半電池電位絕對值和腐蝕電流密度值均有顯著增加，試件的抗銹蝕能力降低;但在相同凍融循環(huán)次數(shù)下，引氣混凝土較普通混凝土具有更好的抗鋼筋銹蝕性能;增加保護(hù)層厚度可以明顯提高配筋混凝土的抗鋼筋銹蝕能力。

　　關(guān)鍵詞：凍融損傷;引氣混凝土;鋼筋銹蝕;電化學(xué)方法;保護(hù)層厚度

　　混凝土方向論文范文：高薄碾壓混凝土拱壩設(shè)計創(chuàng)新與實(shí)踐

　　摘要:碾壓混凝土拱壩具有施工快、材料省、開挖小等優(yōu)點(diǎn)，是適合高山峽谷地區(qū)的優(yōu)秀壩型。但由于采用薄層碾壓施工，層間強(qiáng)度低于本體、層面滲流問題突出，具有顯著的各向異性的特性;且高碾壓混凝土拱壩在一個枯水期難以澆筑完成，汛期需要臨時成拱擋水度汛;碾壓層面滲流問題較突出，壩體排水要求高。上述這些設(shè)計、施工難點(diǎn)成為制約該壩型進(jìn)一步發(fā)展、推廣的關(guān)鍵因素，需要有所突破。

　　0前言

　　混凝土結(jié)構(gòu)耐久性是影響混凝土結(jié)構(gòu)服役壽命的主要原因，在極端環(huán)境下，混凝土耐久性劣化更加明顯，例如在Cl-侵蝕環(huán)境、鋼筋銹蝕環(huán)境以及凍融損傷環(huán)境[1-5]。在Cl-侵蝕環(huán)境下，隨著Cl-侵入混凝土內(nèi)部，加速了混凝土內(nèi)部鋼筋鈍化膜的破壞，增加了混凝土內(nèi)部鋼筋的銹蝕速率。由于鋼筋銹蝕后腐蝕產(chǎn)物體積急劇增加，導(dǎo)致混凝土膨脹開裂，加劇了混凝土結(jié)構(gòu)的提前破壞[6-8]。根據(jù)以往學(xué)者研究，向混凝土中摻入引氣劑，可有效提高混凝土的工作性和抗凍性能，從而延長混凝土耐久性[9-10]。

　　引氣混凝土已廣泛應(yīng)用于建筑工程中，以其優(yōu)異的抗凍性能，在嚴(yán)寒地區(qū)混凝土結(jié)構(gòu)中得到更加廣泛的應(yīng)用。學(xué)者劉曙光對引氣混凝土和非引氣混凝土在凍融環(huán)境下裂縫開展進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)在同樣的凍融損傷度下,引氣混凝土基體微裂紋的密度要低于非引氣混凝土，引氣混凝土的抗凍性優(yōu)于普通混凝土[11]。國內(nèi)外對于引氣混凝土性能的研究，往往集中于其工作性、抗凍性能和力學(xué)性能[12-14]。但實(shí)際工程中的引氣混凝土均是配筋引氣混凝土結(jié)構(gòu)，對于凍融環(huán)境下引氣混凝土的抗鋼筋銹蝕性能還未曾研究。基于上述原因考慮，本文開展引氣混凝土在凍融環(huán)境下抗鋼筋銹蝕試驗(yàn)，研究凍融損傷對引氣混凝土內(nèi)部鋼筋銹蝕的影響，為引氣混凝土的工程應(yīng)用、結(jié)構(gòu)和耐久性設(shè)計提供理論依據(jù)。

　　1原材料與配合比

　　水泥：日照中聯(lián)港中水泥有限公司生產(chǎn)P·O42.5級水泥;天然細(xì)骨料：青島平度砂場砂，其堆積密度為1460kg/m3;符合JGJ52—2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》要求，級配良好，細(xì)度模數(shù)為2.9;天然粗骨料：產(chǎn)自青島即墨，堆積密度1450kg/m3;玄武巖骨料連續(xù)級配5~25mm;引氣劑為三萜系粉末狀引氣劑，呈淺黃色，具有降低溶液的表面張力，形成的氣泡數(shù)量多，氣泡間距小，穩(wěn)泡時間長等特點(diǎn)。考慮混凝土保護(hù)層對混凝土抗鋼筋銹蝕的影響，試件保護(hù)層厚度分別為15mm和30mm;同時，制備尺寸為100mm×100mm×100mm的凍融循環(huán)試驗(yàn)試件，測定普通混凝土和引起混凝土在不同凍融循環(huán)次數(shù)下的相對動彈性模量，以評價其抗凍性能。待試件硬化成型后置于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中，養(yǎng)護(hù)齡期為28d。

　　2試驗(yàn)內(nèi)容與試驗(yàn)方法

　　待試件達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)齡期時，將試件置于清水中浸泡4d，試件內(nèi)部飽水后，按GB50476—2008《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范》進(jìn)行快速凍融循環(huán)試驗(yàn)，試驗(yàn)用凍融循環(huán)設(shè)備滿足國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，凍融循環(huán)次數(shù)分別為0、10、25、50、75、100次。測不同凍融循環(huán)次數(shù)下普通混凝土和引氣混凝土試件的相對動彈性模量;對經(jīng)過不同凍融循環(huán)次數(shù)下配筋普通混凝土試件和引氣混凝土試件進(jìn)行Cl-加速銹蝕試驗(yàn)，利用半電池電位法和線性極化法測定不同侵蝕齡期下混凝土內(nèi)部鋼筋的半電池電位值和腐蝕電流密度。

　　3試驗(yàn)結(jié)果與分析

　　3.1抗凍性試驗(yàn)結(jié)果與分析

　　為研究普通混凝土與引氣混凝土在凍融環(huán)境下的耐久性劣化行為，給出了不同混凝土試件經(jīng)過不同凍融循環(huán)次數(shù)后的相對動彈模量。隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，普通混凝土和引氣混凝土的相對動彈模量均呈下降趨勢，說明凍融損傷加劇了混凝土的結(jié)構(gòu)破壞。當(dāng)凍融循環(huán)次數(shù)為100次時，普通混凝土試件與引氣混凝土試件的相對動彈性模量分別降低了80%和4.8%。

　　進(jìn)一步給出了不同凍融循環(huán)次數(shù)下混凝土的空隙結(jié)構(gòu)分析。隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，混凝土的孔隙率，特別是有害孔和多害孔的數(shù)量顯著提高，這些空隙為混凝土中侵蝕性介質(zhì)的侵入和傳輸提供了路徑，所以凍融損傷增加了混凝土的滲透性。分析其原因是由于隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，在混凝土內(nèi)部反復(fù)凍融膨脹應(yīng)力作用下，混凝土內(nèi)部的裂縫開展和損傷點(diǎn)增加，從而試件的整體性能和耐久性能均降低。

　　但是，在相同凍融損傷環(huán)境下，引氣混凝土較普通混凝土具有更高的相對動彈模量，說明引氣混凝土具有更好的抗凍性能;這是因?yàn)殡S著引氣劑的摻入，混凝土內(nèi)部有更多獨(dú)立且閉合的微小氣泡，可以有效減緩凍融膨脹應(yīng)力引起的凍融損傷，從而使引氣混凝土具有更好的抗凍性能。可以明顯地看到引氣混凝土中分布著大量且獨(dú)立的封閉圓孔，這些圓孔可以較好地抵抗凍融循環(huán)應(yīng)力作用，提高混凝土的抗凍性。

　　3.2保護(hù)層厚度為15mm時，混凝土的鋼筋銹蝕為保護(hù)層厚度為15mm時，配筋普通混凝土在不同凍融循環(huán)次數(shù)、不同Cl-加速銹蝕齡期下的電化學(xué)試驗(yàn)測試結(jié)果，分別利用半電池電位法和線性極化法測試鋼筋的銹蝕速率。為半電池電位法測定試驗(yàn)結(jié)果，當(dāng)Cl-加速銹蝕齡期為200d時，經(jīng)過0、10和50次凍融循環(huán)次數(shù)后試件的半電池點(diǎn)位值分別為：-324mV、-343mV和-560mV。由圖中數(shù)據(jù)可知，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，測得的半電池電位絕對值隨著加速銹蝕齡期的增加而增加;在相同銹蝕齡期下，半電池電位絕對值隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加而增加，說明凍融循環(huán)損傷加速了混凝土內(nèi)部鋼筋的銹蝕速率，尤其在較高的凍融循環(huán)次數(shù)下，鋼筋銹蝕的風(fēng)險急劇增加。

　　為線性極化法測定試驗(yàn)結(jié)果，當(dāng)Cl-加速銹蝕齡期為200d時，經(jīng)0、50、100次凍融循環(huán)次數(shù)后，腐蝕電流密度分別為0.312μA/cm2、0.423μA/cm2、1.14μA/cm2，判定標(biāo)準(zhǔn)得鋼筋銹蝕狀態(tài)分別為中銹蝕速率、中銹蝕速率和高銹蝕速率。可知本文采用的兩種不同電化學(xué)試驗(yàn)方法具有非常好的一致性，可以有效的反映凍融損傷后混凝土內(nèi)部鋼筋的銹蝕情況。

　　特別當(dāng)凍融循環(huán)次數(shù)為100次時，配筋混凝土試件在加速Cl-侵蝕的最初階段便有較高的半電池電位絕對值和腐蝕電流密度值，說明當(dāng)配筋混凝土試件經(jīng)過較高的凍融循環(huán)次數(shù)后，配筋混凝土試件在Cl-加速銹蝕環(huán)境下很快達(dá)到嚴(yán)重銹蝕狀態(tài)。分析其原因是由于隨著凍融損傷的增加，混凝土內(nèi)部新生成更多的裂縫和損傷點(diǎn)，在加速Cl-侵蝕環(huán)境下，Cl-沿著混凝土內(nèi)部的孔隙和裂縫迅速侵入到鋼筋表面，從而增加了鋼筋的銹蝕風(fēng)險和銹蝕速率，并且鋼筋的銹蝕風(fēng)險和速率均隨著凍融損傷的增加而增加。為保護(hù)層厚度為15mm時，配筋引氣混凝土在不同凍融循環(huán)次數(shù)、不同Cl-加速銹蝕齡期下的電化學(xué)試驗(yàn)測試結(jié)果。

　　當(dāng)速銹蝕齡期為200d，凍融循環(huán)次數(shù)為0、10、50、100次時，配筋引氣混凝土試件的腐蝕電流密度值均在0.1～0.5μA/cm2之間，鋼筋銹蝕狀態(tài)均處在中銹蝕速率。在相同凍融循環(huán)次數(shù)和加速銹蝕齡期下，引氣混凝土較普通混凝土具有更低的半電池電位絕對值和腐蝕電流密度值，尤其在較高的凍融循環(huán)次數(shù)下，這種下降趨勢更加明顯。對于配筋引氣混凝土試件，即使在經(jīng)過100凍融循環(huán)次數(shù)后，測定的半電池電位值和腐蝕電流密度值也沒有較大的變化。說明在凍融損傷環(huán)境下，摻入引氣劑的混凝土較普通混凝土具有更好的抗鋼筋銹蝕性能。

　　分析其原因，是由于隨著引氣劑的摻入，改變了引氣混凝土內(nèi)部的孔隙結(jié)構(gòu)，閉合的孔隙結(jié)構(gòu)可以有效降低混凝土凍融損傷，從而提高混凝土抗凍性;相同凍融損傷環(huán)境下，引氣混凝土內(nèi)部的裂縫和損傷點(diǎn)遠(yuǎn)小于普通混凝土，侵入混凝土內(nèi)部的Cl-也明顯減少，所以，與普通混凝土相比引氣混凝土具有更小的Cl-侵入量和更好的抗鋼筋銹蝕能力。在實(shí)際存在凍融循環(huán)破壞的環(huán)境下，應(yīng)向混凝土內(nèi)部摻入引氣劑，以提高配筋混凝土的抗凍性能和抗鋼筋銹蝕性能。

　　3.3保護(hù)層厚度為30mm時，混凝土的鋼筋銹蝕分別為當(dāng)保護(hù)層厚度為30mm時，普通鋼筋混凝土和引氣鋼筋混凝土在不同凍融損傷、不同Cl-加速銹蝕齡期下的電化學(xué)試驗(yàn)測試結(jié)果。當(dāng)加速銹蝕齡期為200d時，經(jīng)過0、50和100次凍融循環(huán)次數(shù)后，配筋普通混凝土內(nèi)部鋼筋銹蝕狀態(tài)分別為低度銹蝕、嚴(yán)重銹蝕和嚴(yán)重銹蝕;當(dāng)加速銹蝕齡期為200d時，經(jīng)過0、50和100次凍融循環(huán)次數(shù)后，配筋引氣混凝土內(nèi)部鋼筋銹蝕狀態(tài)分別為低銹蝕狀態(tài)、低銹蝕狀態(tài)和高銹蝕狀態(tài)。

　　測定的腐蝕電流密度同樣有類似的結(jié)論。在相同凍融循環(huán)次數(shù)和Cl-加速銹蝕齡期下，配筋引氣混凝土試件比配筋普通混凝土試件具有更低的半電池電位絕對值，說明在凍融循環(huán)環(huán)境下配筋引氣混凝土具有更高的抗鋼筋銹蝕能力。在相同的凍融循環(huán)次數(shù)下，保護(hù)層為30mm的混凝土試件的半電池電位絕對值和腐蝕電流密度值遠(yuǎn)小于保護(hù)層為15mm的混凝土試件，所以，較厚保護(hù)層厚度試件具有更低的內(nèi)部鋼筋銹蝕風(fēng)險，且具有更好的抗鋼筋銹蝕能力。在實(shí)際凍融環(huán)境下，增加保護(hù)層厚度可以有效提高配筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗鋼筋銹蝕能力，應(yīng)該在結(jié)構(gòu)和耐久性設(shè)計中適當(dāng)增加配筋混凝土的保護(hù)層厚度。

　　4結(jié)論

　　(1)凍融循環(huán)環(huán)境下，普通混凝土和引氣混凝土試件的相對動彈性模量均隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加而降低，但是在相同凍融循環(huán)次數(shù)下，引氣混凝土較普通混凝土試件具有更高的相對動彈性模量，引氣混凝土具有更優(yōu)異的抗凍性。

　　(2)凍融損傷對混凝土內(nèi)部鋼筋銹蝕有明顯影響。普通混凝土試件和引氣混凝土試件內(nèi)部鋼筋的銹蝕速率隨著Cl-加速銹蝕齡期和凍融循環(huán)次數(shù)的增加而增加;尤其在較高的凍融循環(huán)次數(shù)下，鋼筋的銹蝕的風(fēng)險急劇增加。本文所用的半電池電位法和線性極化法測定結(jié)果具有較好的一致性，可以準(zhǔn)確反映混凝土內(nèi)部鋼筋的銹蝕情況。

　　(3)相同Cl-加速銹蝕齡期和凍融循環(huán)次數(shù)下，引氣配筋混凝土比普通配筋混凝土試件具有更低的半電池電位絕對值和腐蝕電流密度值。隨著引氣劑的摻入，明顯提高了混凝土的抗鋼筋銹蝕能力。

　　(4)在凍融循環(huán)環(huán)境下，對于普通鋼筋混凝土和引氣鋼筋混凝土試件，隨著保護(hù)層厚度的增加，試件的半電池電位絕對值和腐蝕電流密度值均明顯降低。增加混凝土的保護(hù)層厚度可有效提高混凝土的抗鋼筋銹蝕性能。

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