氯离子侵蚀对早龄期井壁混凝土性能的影响研究.pdf

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1、至Q!!生筮!塑f墨箜2Q!塑l江亘建盟——一———鏖旦墅壅氯离子侵蚀对早龄期井壁混凝土性能的影响研究■刘晓伟1，徐国强1’2，苗宇雷1，张薇1，于庆坤1斓1．华北理工大学建筑工程学院。河北唐山063210；2．河北省地震工程研究中心，河北唐山063210摘要：通过对早龄期井壁混凝土进行NaCl溶液浸泡试验，研究c1一在早龄期混凝土内部的扩散规律及其对混凝土28d抗压强度的影响。试验结果表明，当NaCl溶液浓度在0～20％的范围时，混凝土内部cl_含量随溶液浓度的增大而增加，且距离混凝土表面越深，侵入的cl_越少；当浸泡时间不同时，3d浸泡的混凝土中cl一含量高于7d浸泡的情

2、况；c1一对早龄期井壁混凝土28d抗压强度具有促进提升作用，且浸泡时间越早，混凝土抗压强度提升越明显。关键词：井壁混凝土早龄期氯离子侵蚀抗压强度矿井生产为我国国民经济发展提供了巨大的物质支撑。但近年来，随着井筒掘进深度的不断增加，井壁的损伤破坏问题也愈加凸显，仅华东地区就曾有近百个井筒在深厚表土层中发生了破裂。关于井筒破裂，多数学者对此较为一致的看法是地下水位下降及温度变化带来的竖向附加力大于井壁的承载能力是其主要原因ll-。但矿井井筒深埋地下，其独特的服役环境致使井壁混凝土不仅要承受各种荷载作用，而且还要抵抗化学离子的侵蚀作用L2J，这直接造成了井壁在材料层面的逐步劣化。以

3、往人们对于井壁混凝土侵蚀劣化的研究主要考虑了有害离子的长期作用，对于早龄期井壁混凝土在有害离子侵蚀下的性能劣化等问题考虑不足。井壁混凝土龄期小于28d时，各项物理化学性质尚未成熟，内部结构比较疏松，孔隙率较大，密实度较低，因而极易受到有害离子的侵蚀破坏。源于混凝土原材料及服役环境中的c1一，是一种既能引起钢筋锈蚀又能与水泥基材料发生反应的侵蚀性离子，其半径小且活性高L3J，加之井简周围压力水头的作用，其更易通过渗透、毛细管、扩散等作用方式侵入混凝土内部，进而对早龄期井壁混凝土产生侵蚀破坏作用。因此有必要从井壁混凝土早期侵蚀劣化出发，对井壁的破坏原因做进一步研究。本文通过对早龄

4、期井壁混凝土进行NaCl溶液浸泡试验，研究cl一在早龄期混凝土内部的扩散规律及其对混凝土28d抗压强度的影响，为井壁混凝土的耐久性设计和安全评价提供科学基础。1试验材料及方法1．1试验材料试验用水泥为“冀东牌”P．042．5普通硅酸盐水泥，其主要性能指标见表1；细集料为天然Ⅱ区中砂，细度模数2．6；粗集料为石灰岩碎石，5～20ram连续级配，表观密度2778kg／m3；粉煤灰为Ⅱ级灰，细度(45筛余)12．5％，需水量比100％；矿粉比表面积为416m2／kg，烧失量为1．6％；聚羧酸减水剂固含量为39％，减水率为25％；试验用水为自来水。表1水泥的主要性能指标水泥抗折强度／

5、MPa抗压强度／MPa凝结时间／min细度际准稠度(45“m用水量标号3d28d3d28d初凝终凝筛余)／％／％P．()42．55．227．6619．1l48201402302．1027．851．2混凝土配合比根据《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ55—2011)，在试验室试配的基础上，最终确定井壁混凝土配合比如表2所示。表2混凝土配合比(k吕／m3)水泥粉煤灰矿粉砂碎石水减水剂345531246491060】701％1．3试验方法(1)侵蚀溶液浸泡试验。按照表2所示的混凝土配合比，制备20组(每个三联试模中的3块混凝土试件为1组)井壁混凝土试件，每个试件的尺寸均为100m

6、m×100mm×100mm。配制溶质质量分数分别为5％、10％、15％、20％的NaCl溶液。试验中，以其中4组}昆凝土试块作为基准组，从3d、7d龄期开始分别进行清水养护，其余组作为试验组，分别从3d、7d龄期开始浸泡在不同浓度的NaCl溶液中，浸泡到28d龄期时分别测量混凝土中cl含量及混凝土抗压强度。(2)氯离子含量的检测方法。试验采用显色滴定法测定混凝土中cl一含量，以K2Cr04溶液为指示剂，AsN03溶液为滴定剂。根据沉淀溶解平衡原理，在相同温度时，白色沉淀AgCl的沉淀平衡常数蚝P(^。“)=1．8×10“o，砖红色沉淀A92Cr04的沉淀平衡常数Kst,

7、2c，04)=1．1×10“2，KsPI岵ct)>Ksp(^92c，04)，溶液中加入Ag-N03标准溶液后首先出现AgCl白色沉淀，当溶液中cl～完全转化为AgCI沉淀后，继续加入的Ag+即与CrOj一反应生成砖红色沉淀，即为滴定终点-4J，记录此时所消耗AgN03标准溶液的体积。滴定时，溶液的变色过程如图1所示，化学反应式见下式：Ag++C1一=AgCl0(1)2Ag++crDi一=Ag，Cr040(2)图1溶液变色过程图2试验结果及分析2．1混凝土氯离子含量测定结果及分析混凝土内C1一含量的测定结