氯離子侵蝕對早齡期井壁混凝土性能的影響研究.pdf

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1、至Q!!生筮!塑f墨箜2Q!塑l江亙建盟——一———鏖旦墅壅氯離子侵蝕對早齡期井壁混凝土性能的影響研究■劉曉偉1，徐國強1’2，苗宇雷1，張薇1，于慶坤1斕1．華北理工大學建筑工程學院。河北唐山063210；2．河北省地震工程研究中心，河北唐山063210摘要：通過對早齡期井壁混凝土進行NaCl溶液浸泡試驗，研究c1一在早齡期混凝土內(nèi)部的擴散規(guī)律及其對混凝土28d抗壓強度的影響。試驗結(jié)果表明，當NaCl溶液濃度在0～20％的范圍時，混凝土內(nèi)部cl_含量隨溶液濃度的增大而增加，且距離混凝土表面越深，侵入的cl_越少；當浸泡時間不同時，3d浸泡的混凝土中cl一含量高于7d浸泡的情

2、況；c1一對早齡期井壁混凝土28d抗壓強度具有促進提升作用，且浸泡時間越早，混凝土抗壓強度提升越明顯。關(guān)鍵詞：井壁混凝土早齡期氯離子侵蝕抗壓強度礦井生產(chǎn)為我國國民經(jīng)濟發(fā)展提供了巨大的物質(zhì)支撐。但近年來，隨著井筒掘進深度的不斷增加，井壁的損傷破壞問題也愈加凸顯，僅華東地區(qū)就曾有近百個井筒在深厚表土層中發(fā)生了破裂。關(guān)于井筒破裂，多數(shù)學者對此較為一致的看法是地下水位下降及溫度變化帶來的豎向附加力大于井壁的承載能力是其主要原因ll-。但礦井井筒深埋地下，其獨特的服役環(huán)境致使井壁混凝土不僅要承受各種荷載作用，而且還要抵抗化學離子的侵蝕作用L2J，這直接造成了井壁在材料層面的逐步劣化。以

3、往人們對于井壁混凝土侵蝕劣化的研究主要考慮了有害離子的長期作用，對于早齡期井壁混凝土在有害離子侵蝕下的性能劣化等問題考慮不足。井壁混凝土齡期小于28d時，各項物理化學性質(zhì)尚未成熟，內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較疏松，孔隙率較大，密實度較低，因而極易受到有害離子的侵蝕破壞。源于混凝土原材料及服役環(huán)境中的c1一，是一種既能引起鋼筋銹蝕又能與水泥基材料發(fā)生反應(yīng)的侵蝕性離子，其半徑小且活性高L3J，加之井簡周圍壓力水頭的作用，其更易通過滲透、毛細管、擴散等作用方式侵入混凝土內(nèi)部，進而對早齡期井壁混凝土產(chǎn)生侵蝕破壞作用。因此有必要從井壁混凝土早期侵蝕劣化出發(fā)，對井壁的破壞原因做進一步研究。本文通過對早齡

4、期井壁混凝土進行NaCl溶液浸泡試驗，研究cl一在早齡期混凝土內(nèi)部的擴散規(guī)律及其對混凝土28d抗壓強度的影響，為井壁混凝土的耐久性設(shè)計和安全評價提供科學基礎(chǔ)。1試驗材料及方法1．1試驗材料試驗用水泥為“冀東牌”P．042．5普通硅酸鹽水泥，其主要性能指標見表1；細集料為天然Ⅱ區(qū)中砂，細度模數(shù)2．6；粗集料為石灰?guī)r碎石，5～20ram連續(xù)級配，表觀密度2778kg／m3；粉煤灰為Ⅱ級灰，細度(45篩余)12．5％，需水量比100％；礦粉比表面積為416m2／kg，燒失量為1．6％；聚羧酸減水劑固含量為39％，減水率為25％；試驗用水為自來水。表1水泥的主要性能指標水泥抗折強度／

5、MPa抗壓強度／MPa凝結(jié)時間／min細度際準稠度(45“m用水量標號3d28d3d28d初凝終凝篩余)／％／％P．()42．55．227．6619．1l48201402302．1027．851．2混凝土配合比根據(jù)《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》(JGJ55—2011)，在試驗室試配的基礎(chǔ)上，最終確定井壁混凝土配合比如表2所示。表2混凝土配合比(k呂／m3)水泥粉煤灰礦粉砂碎石水減水劑345531246491060】701％1．3試驗方法(1)侵蝕溶液浸泡試驗。按照表2所示的混凝土配合比，制備20組(每個三聯(lián)試模中的3塊混凝土試件為1組)井壁混凝土試件，每個試件的尺寸均為100m

6、m×100mm×100mm。配制溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)分別為5％、10％、15％、20％的NaCl溶液。試驗中，以其中4組}昆凝土試塊作為基準組，從3d、7d齡期開始分別進行清水養(yǎng)護，其余組作為試驗組，分別從3d、7d齡期開始浸泡在不同濃度的NaCl溶液中，浸泡到28d齡期時分別測量混凝土中cl含量及混凝土抗壓強度。(2)氯離子含量的檢測方法。試驗采用顯色滴定法測定混凝土中cl一含量，以K2Cr04溶液為指示劑，AsN03溶液為滴定劑。根據(jù)沉淀溶解平衡原理，在相同溫度時，白色沉淀AgCl的沉淀平衡常數(shù)蠔P(^?！?=1．8×10“o，磚紅色沉淀A92Cr04的沉淀平衡常數(shù)Kst,

7、2c，04)=1．1×10“2，KsPI岵ct)>Ksp(^92c，04)，溶液中加入Ag-N03標準溶液后首先出現(xiàn)AgCl白色沉淀，當溶液中cl～完全轉(zhuǎn)化為AgCI沉淀后，繼續(xù)加入的Ag+即與CrOj一反應(yīng)生成磚紅色沉淀，即為滴定終點-4J，記錄此時所消耗AgN03標準溶液的體積。滴定時，溶液的變色過程如圖1所示，化學反應(yīng)式見下式：Ag++C1一=AgCl0(1)2Ag++crDi一=Ag，Cr040(2)圖1溶液變色過程圖2試驗結(jié)果及分析2．1混凝土氯離子含量測定結(jié)果及分析混凝土內(nèi)C1一含量的測定結(jié)