吉林大学学报(地球科学版) ›› 2023, Vol. 53 ›› Issue (4): 1185-1194.doi: 10.13278/j.cnki.jjuese.20220042

• 地质工程与环境工程 • 上一篇    下一篇

含膏岩地层地下水环境对混凝土建筑侵蚀实验

王福刚1,盘惠林1,李胜伟2,王东辉2,吴铭杰1,平世飞1,曹玉清1   

  1. 1.地下水资源与环境教育部重点实验室(吉林大学),长春 130021
    2.中国地质调查局成都地质调查中心,成都 610081
  • 收稿日期:2022-02-24 出版日期:2023-07-26 发布日期:2023-08-10
  • 作者简介:王福刚(1975—),男, 教授, 博士生导师, 主要从事地下水资源与环境水文地质方面的研究, E-mail:wang-fugang@jlu.edu.cn
  • 基金资助:
    中国地质调查局项目(DD20189210,DD20211402)

Experiment on Concrete Building Erosion by Underground Water in Gypsum Rock Formation

Wang Fugang1, Pan Huilin1, Li Shengwei2, Wang Donghui2, Wu Mingjie1, Ping Shifei1, Cao Yuqing1   

  1. 1.  Key Laboratory of Groundwater Resources and Environment(Jilin University), Ministry of Education, Changchun 130021, China
    2. Chengdu Center,China Geological Survey, Chengdu 610081, China
  • Received:2022-02-24 Online:2023-07-26 Published:2023-08-10
  • Supported by:
    the Project of China Geological Survey (DD20189210,DD20211402)

摘要: 在膏岩富集地层进行地下工程建设时,膏岩与地下水反应溶出Ca2+与SO42-,会增强对地下建筑物混凝土基础的侵蚀作用,影响地下工程的安全。为探究不同地层环境条件下混凝土的侵蚀特征与机理,以地下工程建设中常用的C20与C30混凝土为对象,以成都南部台地地区含膏岩地层环境条件为约束条件,探究含膏岩与不含膏岩地层中混凝土在地下温度条件变化下的侵蚀特征和机理。结果表明:1)C20与C30混凝土在含膏岩地层中的侵蚀程度显著大于不含膏岩地层中的侵蚀程度,在不同地层水的侵蚀下,C20与C30混凝土质量变化率最大分别为1.80%与0.87%,抗压强度最大下降率分别为20.14%与12.80%。C30混凝土在不同地下水环境条件下抗压强度的衰减幅度更小,更适合作为地下工程施工材料。2)温度升高导致混凝土受SO42-的侵蚀作用增强,混凝土抗压强度下降,其中,C20混凝土在第四系和灌口组地下水侵蚀下抗压强度下降速率最大分别达6.89%和3.89%。3)混凝土的侵蚀是由外向内产生的,地下水中Ca2+与SO42-在混凝土外部重结晶生成石膏,并沿着裂缝向混凝土内部扩散,生成钙矾石晶体,产生膨胀力,形成裂缝,使混凝土抗压强度降低。通过相关分析,建立了混凝土力学性能与温度相关方程,实现了含膏岩地层工程建设中混凝土力学性能长期变化定量化计算。

关键词: 混凝土, 石膏, 侵蚀作用, 抗压强度, 溶蚀, 地下水

Abstract: During underground engineering construction in gypsum-enriched formations, the reaction between  gypsum and groundwater leads to the dissolution of Ca2+ and SO42-, which enhances the erosion effect on the concrete foundation of underground structures and affects the safety of underground engineering. In order to investigate the erosion characteristics and mechanisms of concrete under different  formation environmental conditions, commonly used C20 and C30 concrete in underground engineering construction were studied. The study focused on the gypsum-containing formation  conditions in the southern part of Chengdu basin and explored the erosion characteristics and mechanisms of concrete in both gypsum-containing and non-gypsum-containing formations under changing underground temperature conditions. The results show that: 1) The erosion degree of C20 and C30 concrete in gypsum-containing formations is significantly greater than in non-gypsum-containing formations. Under the erosionby different geological groundwater, the  maximum mass change rates of C20 and C30 concrete are 1.80% and 0.87%, with the maximum compressive strength reduction rates of 20.14% and 12.80%, respectively. C30 concrete exhibits a smaller attenuation in compressive strength under different groundwater conditions, making it more suitable as a construction material for underground engineering. 2) Increasing temperature enhances the erosion effect of SO42- on concrete, leading to a decrease in compressive strength. Among them, the maximum compressive strength reduction rates of C20 concrete under Quaternary and Guankou  Formation groundwater erosion reach 6.89% and 3.89%, respectively. 3) Concrete erosion occurs from the outside to the inside, where Ca2+ and SO42- in groundwater recrystallize to form gypsum on the  external surfaces of the concrete and then diffuse along cracks towards the interior, resulting in the formation of ettringite crystals, expansion forces, crack formation, and a decrease in compressive strength. Through correlation analysis, a relationship equation between the mechanical properties of concrete and temperature was established, achieving quantitative calculation of long-term changes in the mechanical properties of concrete in gypsum-containing formation engineering construction.

Key words: concrete, gypsum, erosion, compressive strength, dissolution, groundwater

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