煤矿巷道混凝土耐腐蚀的试验研究

鲁丽华1,陈四利1, 2,宁宝宽1,胡大伟2

(1.沈阳工业大学建筑工程学院,辽宁沈阳110023; 2.中国科学院武汉岩土力学所,湖北武汉430071

摘　要:通过对混凝土的表面腐蚀现象、单轴抗压强度试验和分析,结果表明,强酸和强碱及冻融循环腐蚀均对混凝土具有明显的腐蚀性;双重腐蚀加速了混凝土力学性能的劣化。

关键词:混凝土;酸碱腐蚀;冻融;抗压强度;腐蚀机理;耐久性

中图分类号:TD352+. 3　　　文献标识码:A　　　文章编号:1003-496X(2006)07-0009-03

Experim ental Study on Corrosion proof ofConcrete for CoalM ine RoadLU Li-hua1,CHEN Si-li1, 2,NING Bao-kuan1,HU Da-wei2(1.Institute ofCivilEngineering andArchitecture,Shengyang University ofTechnical,Shenyang110023,China;2.Wuhan Institute ofRock and SoilMechanics, ChineseAcademy ofScience,Wuhan430071,China)Abstract:Through the analysis for surface corrosion phenomenon and monopodium compression strength experimental of concrete, theresult shows that strong acid, alkali and frost thawing cycle corrosion have obvious causticity, and the dual corrosion accelerates the de-terioration of concretemechanics performance.KeyW ords:concrete; corrosion of acid and alkal;i frost thawing; compression strength; corrosionmechanism; durability

混凝土是一种取材方便,造价低廉的材料,常常被应用于煤矿巷道的衬砌及巷道底臌。严寒和地下水的腐蚀常常使混凝土发生劣化,甚至破坏,造成煤矿坍塌的重大事故。因此,采用室内模拟试验的方法,在不同pH值的腐蚀环境条件下,对混凝土进行冻融循环,将得到的试验数据与水环境中以及两者单独作用时的情况进行对比分析,探讨多因素对混凝土的腐蚀效应以及混凝土的力学性质的变化。为复杂环境条件下工程应用提供有效的技术参数。

1　试验方案和试验方法

1. 1　混凝土试件的制备和养护试验选用工源牌32. 5矿渣硅酸盐水泥,配制混凝土标号为C15。粗骨料为卵石,最大粒径为15mm,砂子为最大直径小于5 mm的中粗砂,混凝土配合比如表1所示。人工搅拌,试模采用70. 7 mm3钢模,机器振捣。24 h后拆模,放入标准养护箱中养护28 d备用。

1. 2　侵蚀和冻融试验

试验采用纯净水、浓盐酸和纯碱配制了pH值分别为2、4. 5、9. 5以及12的溶液,将养护28 d后的试件放入装有预先配制的酸或碱容器中进行侵蚀,溶液体积4 000 mL,每组3块。侵蚀时间为12h,然后取出放入冷冻箱进行冻结,冷冻箱的温度设为(-20±3)℃,冻结时间也为12 h,冻结后的试件再放入溶液中进行侵蚀,侵蚀温度为(20±3)℃。如此24 h为一个冻融循环周期。还有部分试件直接放入水或以上pH值的溶液中进行侵蚀,侵蚀环境同上,不做冻融循环。以便对比分析。在达到预定的侵蚀和冻融次数(25次, 40次, 55次, 70次, 85次)后,取出试件,拭干表面,进行混凝土单轴压缩试验。

2 试验成果及分析

混凝土试块经过侵蚀以及冻融的双重作用,无论试件的表面,还是其抗压强度,均与相同条件下浸水养护的试件有较大改变。对试验结果进行分析和探讨如下。

2. 1　混凝土的表面腐蚀

试件在酸溶液中浸泡一定时间后,出现了明显的腐蚀现象,表面的胶凝材料被腐蚀掉,露出沙子等细骨料,随着时间的增长,其表面逐渐露出石子等粗骨料。表面腐蚀程度pH=2的溶液中浸泡的试件最为强烈,当达到85次侵蚀和冻融循环结束后,试件棱角处混凝土有少量脱落现象,观察单轴压缩破坏后的试件,发现其内部也有不同程度的腐蚀,深度在5 mm左右。浸泡在pH=4. 5溶液中的试件无大的变化,到试验后期,表面出现了轻微的腐蚀。浸泡在pH=7、pH=9. 5、pH=12溶液中的试件,表面腐蚀现象不是很明显。

2. 2　腐蚀前后的强度对比

酸碱腐蚀和冻融循环之前混凝土已经养护了28 d,而且一个冻融和腐蚀循环刚好是1 d,因此本节所论述的对象开始时间为28 d。图1~图3所示的时间和冻融侵蚀次数是一致的。

浸水养护的混凝土28 d以后的强度与时间的关系曲线见图1。28 d的立方体抗压强度平均值为22. 95MPa,随着时间的增加,混凝土强度继续增长,再过85 d,强度达到27. 56MPa,较28 d强度增长了20. 1%,可见矿渣硅酸盐水泥混凝土具有较强的后期强度。

图2为自然养护28 d后,再浸泡在pH值在2~12之间的酸或碱溶液中85 d,混凝土的单轴抗压强度平均值。如图3所示pH =2的酸溶液对混凝土腐蚀性最大,其强度仅为18. 3MPa,比图2相同时间的强度降低了33. 7%; pH=4. 5的酸溶液中的混凝土强度降低了10. 3%;而pH=9. 5的溶液混凝土强度均值为27. 8MPa,比浸水养护的试件强度略有提高。

然而,此次试验中pH=12的溶液中的混凝土强度仅为22. 1MPa,同比强度降低了20. 1%,这与常规碱性环境中混凝土强度的增长趋势不符。试验后,对试验选用的粗骨料进行了检测,结果骨料中的Na2O和K2O含量略高,在pH=12的环境下混凝土发生了碱骨料反应,出现了强度降低的现象。分析混凝土的强度与pH的关系曲线,在腐蚀时间一定的情