水工混凝土渗透溶蚀试验研究

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1、第10卷第1期中国水利水电科学研究院学报v。1．10No．12O12年3月JournalofChinaInstituteofWaterResourcesandHydropowerResearchMarch,2012文章编号：1672—3031(2012)01—0063—06水工混凝土渗透溶蚀试验研究孔祥芝，纪国晋，刘艳霞，刘晨霞(中国水利水电科学研究院结构材料研究所，北京100038)摘要：对水工混凝土的压力渗水规律，渗透水样钙离子浓度、pH值变化以及渗透溶蚀作用下混凝土性能衰减规律进行了试验研究。结果表明：振捣密实、养护充分的水工混凝土具有很高的抗渗透溶

2、蚀能力，有白愈特性；溶蚀早期，钙溶出量与渗水量呈线性关系，渗透水钙离子浓度、pH值和电导率稳定于某一范围；混凝土性能衰减与氢氧化钙溶出率可进行线性拟合，氢氧化钙溶出5．13％，抗压强度、劈拉强度和弹性模量分别下降2．24％、7．95％和4．10％，其中，劈拉强度下降最明显。关键词：水工混凝土；渗透溶蚀；性能衰减；渗水规律；自愈中图分类号：TV431文献标识码：A1研究背景溶蚀，也称溶出性侵蚀⋯，是指当混凝土受到环境水的不断溶淋作用，特别是压力水的渗透性溶淋作用时，混凝土内的氢氧化钙将随水陆续流失，当液相石灰浓度低于其极限浓度时，晶体氢氧化钙将溶解并随水流失

3、，溶液中的石灰浓度继续不断降低时，则水化硅酸钙、水化铝酸钙、水化铁铝酸钙中的钙也将相继溶解流失，最终导致混凝土结构破坏的过程。文献[2]引用A．A．贝克夫的观点，“这种破坏是由波特兰水泥的本质所决定的，破坏过程从水泥制品刚浸入水中就立即开始”。实地调查表明，渗漏、溶蚀是水工混凝土建筑物最为普遍的病害之一，20世纪80年代全国水工混凝土耐久性及病害调查表明，在调查的32座大坝中，每座大坝均存在不同程度的渗漏，并引起溶蚀病害。有关溶蚀作用下混凝土性能的衰减规律，此前主要针对水泥净浆、砂浆孔结构、混凝土抗压强度、抗拉强度和吸水率等性能开展试验研究一，弹性模量作为

4、混凝土性能评价与结构计算的重要参数，并没有相关试验数据。有关溶蚀作用下钙离子溶出规律的研究，对于接触溶蚀，研究者基于不同理论提出一些建立在扩散或溶解一扩散双重控制基础之上的数值模型，并采用加速试验进行验证；对于渗透溶蚀，文献[2]提出了理论模型，指出软水在压力作用下对混凝土的浸析过程，即石灰的溶解和析出过程，可以分为3个阶段：钙溶出量受渗水量控制阶段，溶蚀逐渐受氢氧化钙扩散系数控制阶段，最终完全由氢氧化钙扩散系数控制阶段。由于渗透溶蚀进程非常缓慢，试验模拟十分困难，上述模型缺乏相关试验数据。本文利用大比尺混凝土自动控制抗渗试验仪，针对水工混凝土大水胶比、低

5、胶凝材料用量的特点，进行大尺寸试件渗透溶蚀试验，测定受溶蚀作用混凝土的抗压强度、劈拉强度和弹性模量。另外，通过混凝土配合比设计、渗透溶蚀系统防碳化保护、合理选择溶蚀介质和选用大尺寸试件等措施，能够避免以往采用小试件时，由于混凝土自愈和后期强度增长致使渗透溶蚀自动终止的现象“。2试验设计2．1技术路线利用大比尺混凝土自动控制抗渗试验仪，采用逐级加压法对大尺寸试件进行渗透溶收稿日期：201I-03—02基金项目：水利公益性行业科研专项经费项目(200701041)作者简介：孔祥芝(1980-)，男，山西大宁人，工程师，主要从事水工混凝土材料耐久性研究。E-ma

6、il：kongxz@iwhr．c0一63—水工混凝土渗透溶蚀试验研究孔祥芝纪国晋刘艳霞刘晨霞蚀。溶蚀介质选用去离子水，同时在试验系统进／出水口设置保护，防止水样碳化。溶蚀初期，混凝土主要是氢氧化钙溶出，其它产物中的钙溶出很少，因此，试验中钙溶出率用氢氧化钙溶出率表示，溶蚀前混凝土中氢氧化钙含量利用同配比相同养护制度下净浆热分解失重(TG)~tJ定结果进行计算。试验测定渗透水样的钙离子浓度、pH值和电导率。对大尺寸试件进行钻芯，检测不同氢氧化钙溶出率时混凝土芯样的抗压强度、劈拉强度和弹性模量。2．2原材料及混凝土配合比试验采用42．5中热硅酸盐水泥，I级粉煤

7、灰，化学成分分析结果列于表1。骨料采用天然卵石粗骨料，人工砂，最大骨料粒径40mm，砂细度模数2．81。外加剂采用萘系缓凝高效减水剂和松香类引气剂。溶蚀水满足《电子级水》(GB／T11446．1—1997)中EW—III级水技术要求。试验混凝土水泥用量123．5kg／m，18od~期抗压强度23．3MPa，混凝土配合比见表2。表1水泥、粉煤灰化学成分分析(％)3试验结果与分析成型圆柱体、棱柱体大试件各3块，每种规格取一块作为基准，其余进行渗透溶蚀，试验结果列于表3。经44．9至79．8d不等的加压渗透溶蚀，试件累计渗水量1．5—27．6L，收集渗透水样12

8、8个，渗透水钙离子浓度11．0～631．3mg／L，pH值11．5