CN104655459A - 一种钢筋混凝土疲劳、碳化和氯盐共同作用的实验方法 - Google Patents

一种钢筋混凝土疲劳、碳化和氯盐共同作用的实验方法 Download PDF

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李士彬
孙伟
汤红卫
蒋金洋
郭丽萍
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Abstract

本发明公开了一种钢筋混凝土疲劳、碳化和氯盐共同作用的实验方法，该方法包括以下步骤：制备混凝土或钢筋混凝土试件并养护；试件放入碳化箱中加速碳化84小时；自然环境中晾干48小时；盐雾箱中加速盐雾腐蚀120小时；自然环境中晾干24小时；疲劳实验机上施加竖直方向疲劳荷载36小时；7）重复进行上述步骤。本实验方法具有步骤简单、测试结果准确度高之优点。

Description

一种钢筋混凝土疲劳、碳化和氯盐共同作用的实验方法
技术领域
本发明涉及混凝土材料、混凝土构件分析技术领域，尤其是涉及一种钢筋混凝土构件使用寿命的实验方法。
背景技术
混凝土结构充分利用混凝土和钢筋的力学特性，具有良好的耐火性、耐久性、整体性、可模性等优点，使其在土木工程中得到日益广泛的应用。然而，由于恶劣的服役条件（海洋环境）、环境污染（酸、碱、盐侵蚀）、不当的使用方法（撒除冰盐）等的影响，钢筋锈蚀已成为混凝土结构中的普遍现象，轻则影响混凝土结构的使用性和耐久性，重则降低结构的承载力，甚至导致结构失效。
近年，我国许多混凝土结构，由于钢筋锈蚀引起的耐久性不足，在其服役5-20年后就不得不维修或者拆除，甚至发生垮塌，造成巨大的经济损失和资源、能源浪费。如广州海印大桥断索（1999）、山东潍坊白浪河大桥改造（2001）、北京西直门立交桥重建（2004）、山东烟台汽车站大楼报废（2009）和新疆孔雀河大桥垮塌（2011）等等。
混凝土碳化、氯离子侵蚀是引起混凝土结构钢筋锈蚀的主要原因。在碳化和氯盐双重作用下，混凝土结构极易发生钢筋锈蚀。而作为海洋环境、除冰盐环境下的混凝土桥梁，不仅遭受CO2和氯离子等的侵蚀作用，还要承受车辆、风载等带来的交变疲劳载荷。在疲劳、碳化和盐雾的三重作用下，混凝土桥梁结构更加容易发生钢筋锈蚀，大大缩短了桥梁上部结构服役寿命。具体原因为：碳化和氯离子的侵蚀属于物理化学反应，两者的共同作用加速诱发钢筋锈蚀；疲劳载荷属于力学作用，诱发裂纹、裂缝，使得CO2和氯离子侵入的通道日益畅通，进一步的加速、加剧钢筋的锈蚀。公开号是CN202433285的实用新型专利中，公开了一种混凝土疲劳载荷与环境耦合实验装置，该装置利用疲劳试验机为平台，首先调整试验参数；根据试件尺寸加工配套的耐腐蚀容器，容器透明、无盖且在其底部有一个圆孔；将容器置于试件上部，并将容器与试件黏结在一起；在容器中加入选用的溶液；通过疲劳试验机对选择的四个支点施加载荷，从而达到模拟实验的目的。本装置的优点是通过疲劳试验机施加的疲劳载荷和通过容器中的圆孔施加的腐蚀液、在两者共同作用下，模拟了实际环境中混凝土构件既要承受疲劳载荷、又要受到腐蚀液侵蚀的情况，其实验结构更加接近实际服役状况，缺点是：本装置针对海洋水下环境，提供了一种动态模拟方法，但仅考虑了疲劳载荷与单一氯盐的共同作用，而没有考虑混凝土碳化的影响，不适用于海洋大气环境。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的模拟环境单一、试验数据与应用情况差别大的缺点，提供一种钢筋混凝土疲劳、碳化和氯盐共同作用的实验方法，该方法采用交替实验动态模拟了疲劳载荷与混凝土碳化和氯盐侵蚀共同作用的实际环境，采用提高CO2气体和盐雾用NaCl溶液浓度的方法，加速混凝土碳化和氯离子对混凝土试件的侵蚀，包括以下步骤：
1）制备混凝土或钢筋混凝土试件,试件成型后24小时拆模、标准养护28天，然后自然养护至90天；
2） 将步骤1）中养护好的试件在60oC温度下连续烘干48小时，取出冷却至室温后，将试件放入碳化箱中加速碳化84小时；
3） 取出步骤2）中碳化后的试件，置于自然环境中晾干48小时；
4）将试件放入盐雾箱中加速盐雾腐蚀120小时；
5） 取出步骤4）中盐雾腐蚀后的试件，置于自然环境中晾干24小时；
6）将试件安装在疲劳实验机上，施加竖直方向疲劳荷载36小时；
7）重复进行上述步骤2）、3）、4）、5）和6），共进行10个循环。
本发明的技术特征还有：所述疲劳实验采用载荷控制，加载频率为5-10Hz、荷载水平为0.40-0.65、荷载比为0.1、荷载波形为正弦波。
本发明的技术特征还有：所述CO2气体浓度为(20±3)%、温度为(20±5)oC、湿度为(70±5)%。
本发明的技术特征还有：所述盐雾成分为NaCl溶液，NaCl溶液浓度为5%（pH=6-7）、温度为(35±2)oC，盐雾沉降率为1-2mL/80(cm2.h)。
本发明的技术特征还有：喷洒盐雾采用间歇喷雾方法，即喷雾6小时后、间隙6小时。
本发明的有益效果在于：本方法的目的在于快速测试钢筋抗锈蚀的能力，通过盐雾、CO2气体和疲劳载荷的大量、快速加载达到快速实验测试的目的，从而为钢筋混凝土构件在高盐、高湿特殊环境下寿命的判定提供可靠依据。本实验方法具有步骤简单、测试结果准确度高之优点。
具体实施方式
本发明公开了一种钢筋混凝土疲劳、碳化和氯盐共同作用的实验方法，该方法包括以下步骤：
1）制备混凝土或钢筋混凝土试件,试件成型后24小时拆模、标准养护28天，然后自然养护至90天；
2） 将步骤1）中养护好的试件在60oC温度下连续烘干48小时，取出冷却至室温后，将试件放入碳化箱中加速碳化84小时；
3） 取出步骤2）中碳化后的试件，置于自然环境中晾干48小时；
4）将试件放入盐雾箱中加速盐雾腐蚀120小时；
5） 取出步骤4）中盐雾腐蚀后的试件，置于自然环境中晾干24小时；
6）将试件安装在疲劳实验机上，施加竖直方向疲劳荷载36小时；
7）重复进行上述步骤2）、3）、4）、5）和6），共进行10个循环。
参照GB/T5008-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》、GB/T28416-2012《人工大气中的腐蚀试验 交替暴露在腐蚀性气体、中性盐雾及干燥环境中的加速腐蚀试验》、GB50010-2010《混凝土结构设计规范》等，经历上述10个循环近似相当于混凝土桥梁上部结构在海洋大气环境中服役50年的工况。
本方法中为了加快对混凝土的腐蚀，对相关实验条件进行了限定。其中，施加疲劳载荷加载频率为0.5-1Hz，荷载水平为0.40-0.65；碳化实验中，通入的CO2气体浓度为(20±3)%、温度为(20±5)oC、湿度为(70±5)%；氯离子侵蚀实验中，NaCl溶液浓度为5%、温度为(35±2)oC、PH值为6-7、盐雾的沉降率为1-2mL/80(cm2.h)；间歇喷雾方法，喷雾6小时、间隙6小时。该种环境下，加速碳化7天相当于自然碳化10年（自然碳化条件下CO2浓度为0.038%）；加速盐雾侵蚀2个循环，以每个循环通盐雾6小时计算，相当于混凝土构件在海洋大气环境下服役10年。

Claims (5)

1.一种钢筋混凝土疲劳、碳化和氯盐共同作用的实验方法，该方法包括以下步骤：
1）制备混凝土或钢筋混凝土试件,试件成型后24小时拆模、标准养护28天，然后自然养护至90天；
2） 将步骤1）中养护好的试件在60oC温度下连续烘干48小时，取出冷却至室温后，将试件放入碳化箱中加速碳化84小时；
3） 取出步骤2）中碳化后的试件，置于自然环境中晾干48小时；
4）将试件放入盐雾箱中加速盐雾腐蚀120小时；
5） 取出步骤4）中盐雾腐蚀后的试件，置于自然环境中晾干24小时；
6）将试件安装在疲劳实验机上，施加竖直方向疲劳荷载36小时；
7）重复进行上述步骤2）、3）、4）、5）和6），共进行10个循环。
2.按照权利要求1所述的钢筋混凝土疲劳、碳化和氯盐共同作用的实验方法，其特征在于：所述疲劳实验采用载荷控制，加载频率为5-10Hz、荷载水平为0.40-0.65、荷载比为0.1、荷载波形为正弦波。
3.按照权利要求1所述的钢筋混凝土疲劳、碳化和氯盐共同作用的实验方法，其特征在于：碳化箱中CO2气体浓度为(20±3)%、温度为(20±5)oC、湿度为(70±5)%。
4.按照权利要求1所述的钢筋混凝土疲劳、碳化和氯盐共同作用的实验方法，其特征在于：盐雾箱中盐雾成分为NaCl溶液，NaCl溶液浓度为5%（pH=6-7）、温度为(35±2)oC，盐雾沉降率为1-2mL/80(cm2.h)。
5.按照权利要求4所述的钢筋混凝土疲劳、碳化和氯盐共同作用的实验方法，其特征在于：喷洒盐雾采用间歇喷雾方法，即喷雾6小时后、间隙6小时。
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