冻融损伤条件下水工混凝土渗透性能试验.pdf

第 3 4卷第 8期 2 0 1 2年 8月 人民 YELL0W 黄河 RI VER Vo 1 3 4 No 8 Au g ， 2 01 2 【 水利水 电工程 】 冻融损伤条件下水工混凝土渗透性能试验 唐伟 东 ， 赵 卓 ， 曾 力 ， 苏新辉 ( 1 河南省科源水利建设工程检测有限公司， 河南 郑州4 5 0 0 0 3 ； 2 郑州大学 土木工程学院， 河南 郑州 4 5 0 0 0 1 ) 摘要 ： 氯离子扩散系数是评定混凝土渗透性能的一个重要指标。对水工C 3 0引气混凝土先后进行冻融循环试验和渗 透性试验 ， 基 于不 同冻融损 伤程 度开展 氯 离子扩散 系数试验 ， 用理论和试验相结合的方式分析冻融损伤对水工混凝 土渗 透性能的影响。试验结果表明： 随着冻融循环次数的增加， 损伤程度随之加深， 混凝土的密实性逐渐下降， 氯离子扩散 系 数呈线性增长， 混凝土抗渗透性能明显下降。 关键词：引气混凝土；冻融损伤；混凝土渗透性能；氯离子扩散系数 中图分类号 ：T V 4 3 l 文献标识码 ： A d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 0 1 3 7 9 2 0 1 2 0 8 0 4 1 Te s t s o n t h e Hy d r a ul i c Co n c r e t e Pe r me a b i l i t y Un de r t he Co nd i t i o n s o f Fr e e z e - Tha w Da m a g e TANG W e i do ng ，ZHAO Zh u o ，ZENG Li ，S U Xi n h ui ( 1 H e n a n K e y u a n W a t e r c 0 ， e ， z n c y C o n s t r u c t i o n E n g i n e e r i n g D e t e c t i o n C o L t d ， Z h e n g z h o u 4 5 0 0 0 3， C h i n a； 2 C o l l e g e o f C i v i l E n g i n e e r i n g ，Z h e n g z h o u U n i v e r s i ty， Z h e n g z h o u 4 5 0 0 0 1 ，C h i n a ) Ab s t r a c t ：Dif f u s i o n c o e f f i c i e n t o f e h l o r i d e i o n i s r e g a r d e d a s a n i mp o r e t a n t i n d i c a t o r f o r c o n c r e t e p e r me a b i l i t y Ac c o r d i n g t o t h e e x p e r ime n t o f f r e e z e t h a w d a ma g e a n d c h l o rid e p e n e t r a t i o n o n C 3 0 a i r e n t r a i n e d h y d r a u l i c c o n c r e t e( a d d mi n e r a l a d mix t u r e t o e n h a n c e t h e c o n c r e t e f r o s t r e s i s t a n c e )， t h e i n fl u e n c e o f f r e e z e t h a w d a m a g e o n t h e p e r me a b i l i t y o f h y d r a u l i c c o n c r e t e w a s a n a l y z e d T h e r e s u l t s s h o w t h a t ，w i t h t h e d e e p e n i n g o f f r e e z e t h a w d a ma g e d e g r e e ， t h e i n t e ma l d a mag e o f c o n c r e t e i n c r e a s e s ，c o mp a c t i o n d r o p s ， t h e d i f f u s i o n c o e ffic i e n t o f c h l o rid e i n c r e a s e s l i n e a r l y a n d t h e p e r me a b i l i t y o f c o n c r e t e d e c l i n e s o b v i o u s l y Ke y wo r d s：a i r e n t r a i n e d c o n c r e t e；f r e e z e t h a w d a mag e；c o n c r e t e p e rm e a b i l i t y；c h l o ri d e d i f f u s i o n c o e ffic i e n t 影响钢筋混凝土耐久性的因素有很多， 其中钢筋锈蚀是钢 筋混凝土结构性能退化的主要因素之一 ， 而冻融和氯离子的渗 透都会对钢筋锈蚀起到加速作用。我国部分地 区环境比较复 杂， 混凝土经常受到冻融环境和氯离子的共同作用。氯离子扩 散系数是评定混凝土渗透性能的一个重 要指 标 ， 因此对 冻融 损伤条件下混凝土的渗透性进行研究具有重要意义。笔者对 C 3 0引气混凝土( 加入引气剂并掺入矿物掺合料如粉煤灰来增 强混凝土试件的抗冻性 ) 进行了冻融和氯离子渗透试验。通 过测试混凝土在不同冻融次数下的各项性能( 如渗透性、 立方 体抗压强度等 ) 参数来 研究 冻融 损伤对混 凝 土的影 响 ， 并得 出 了混凝土冻融损伤和渗透性的相关关系。 1 原材料检测 1 1 胶凝材料 该试验所用水泥是焦作市中晶水泥厂生产的4 2 5级普通 硅酸盐水泥， 其安定性合格， 水泥的基本物理力学性能见表 1 ； 所用粉煤灰 为焦作沁 北电厂生产 的 级粉煤灰 ， 掺量 为 2 0 ， 粉煤灰试验数据见表 2 。 】 2 0 表 1 水泥的基本物 理力学性 能试验结果 辚 时间时间 水泥胶砂强度 M P a 3 d 2 8 d 抗折抗压抗折 抗压 强度强度强度 强度 细度 需水量 比烧失量S O s含量 含 量 密 度 (ga m ) 2 O 1 1 0 1 5 7 2 1 0 4 2 31 1 2细 、 粗 骨料 该试验所 用砂 为河砂， 根 据 水 工混 凝 土试验 规程 ( S L 3 5 2 -2 0 0 6 ) 对其进行检验， 结果见表3 、 表4， 细骨料细度 模数为 2 3 。该试 验所用 粗骨 料为 5 2 0 m m 连续 级配 碎石 ， 其基本性能见表 5 。 收稿 日期 ： 2 0 1 2 0 3 - 0 1 基金项 目： 国家 自然科学基金资助项 目( 5 1 0 7 8 3 3 4 ) ； 河南省教 育厅 科学技 术研 究重点项 目( 1 2 A 5 6 0 0 1 4 ) 。 作者简介 ： 唐伟 东( 1 9 7 0 ) ， 男， 河南郑 州人 ， 高级工程 师， 主要 从 事混凝 土耐 久性试验研 究工作。 E- ma i l t a n g wdI 1 】 1 26 c o rn 人 民 黄 河2 0 1 2年第 8 期 表 3细骨料颗粒级配 含泥量 坚 固性 表观密度 s O 3 含量 饱和面干吸 ( k g n a 一 ) 水率 超径筛 中径筛 逊径筛 针片状含泥压碎指 表观密度堆积密度 余 余 余 含量 量 标 ( k g m0) ( k g 1 1 I 3 ) 0 5 4 1 2 2 2 1 5 5 2 7 0 8 l 4 5 0 1 3外加剂 外加剂选用山西黄腾化工有限公司生产的液态高性能减 水剂和引气剂， 其 中减水 剂推荐掺量为胶凝材料总质量的 0 4 一1 2 ， 减水率为2 5 ， 引气剂推荐掺量为0 o 1 ， 含气 量为 4 9 ， 它 们 的性 能 检 测 均 满 足 混 凝 土外 加 剂 ( G B 8 0 7 6 -2 0 0 8 ) 的要求 。 2 试验配合比设计和试验过程 2 1 试验配合 比 混凝土配合比设计时， 首先满足和易性及强度要求， 其次 满足耐久性即抗渗透性和抗冻性能要求。笔者主要参照 水工 混凝土试验规程 ( S L 3 5 2 -2 0 0 6 ) 先对水胶比、 砂石骨料用 量 、 胶凝 材料用 量、 砂率 、 外加 剂和用 水量进 行初选 计算 ， 然 后进行试拌调整， 最终得到 C 3 0 F 5 0 0一级配混凝土配合比( 其 中砂石状态为饱和面干 ) ， 见表 6 。 表 6 C 3 0 F 5 0 0一级配混凝土配合 蔬 2 2 试验参数设计及方法依据 该试验主要考察在预定的每 2 5次冻融循环后试件力学指 标( 立方体抗压强度) 和耐久性指标( 动弹性模量损失、 质量损 伤 、 氯离子扩散系数) 的变化规律， 据此设计试验参数。冻融试 验主要按照 普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准 ( G B T 5 0 0 8 2 -2 0 0 9 ) 中的快冻法和 水工混凝土试验规程 ( S L 3 5 2 -2 0 0 6 ) 进行 ， 每经过 2 5次冻融循环后测定试件的冻 融参数 ， 直到试件破坏， 冻融损伤程度依据试块的相对动弹性 模量和质量损失率两个指标来评定。混凝土渗透性通过氯离 子扩散系数来反映， 氯离子渗透性试验采用基于氯离子扩散系 数的 R C M法 ， 试验依据 公路工程混凝土结构防腐技术规范 ( J T G T B 0 70 l _2 0 0 6 ) 进 行 。每经 过 一 个 预定 试 验 阶 段 ( 2 5次冻融循环) ， 分别取出一组试件来测定立方体强度和氯 离子扩散系数。 3 试验结果及分析 、 动弹性模量随冻融次数的变化见表 7 。随着冻融损伤程度 的加深， 被测混凝土相对动弹性模量降到 6 0 8 。3 5 0次冻融 循环后试件质量损失率为2 。 表 7动弹性模 量随冻融次数的变化数值 立方体抗压强度随冻融次数的变化见图 1 ， 本次试验中未 取得 1 7 5次以后的立方体抗压强度， 但预计随着混凝土接近冻 融破坏， 其立方体抗压强度将会迅速下降。立方体抗压强度随 冻融次数的增加而降低。冻融循环致使试件表层混凝土脱落， 在一定程度上加大了混凝土的渗透性能。 4 0 主3 8 篓3 6 3 4 牝 3 2 冻融循环次数 图 1 立方体抗压 强度 随冻融次数的变化 昆 凝土相对动弹性模量及氯离子扩散系数随冻融次数的 变化 分别 见图 2 、 图 3 。当冻融循环进行 到 3 5 0次时 ， 相对动 弹 性模量降低 了 3 9 2 ， 此 时混凝土氯离子渗透系数增 长了 6 2 2 3 ， 可见混凝土在受冻后抵抗各种侵蚀性介质渗入的能 力明显减弱， 即抗渗透性能下降， 其影响程度与冻融损伤程度 有关。随冻融损伤程度的增加， 混凝土氯离子扩散系数明显增 大， 即抗渗透性能显著下降， 并且当冻融损伤呈线性增长时氯 离子扩散系数上升速率也随之加快。从混凝土冻融破坏机理 角度分析 ， 外层混凝土受侵蚀出现剥落， 给各种不利侵蚀性 介质的侵入提供了便利， 混凝土内部孔隙中的水因受冻而膨 胀， 并使混凝土产生各种应力( 膨胀力和渗透力等) ， 导致混凝 土内部原有的微裂缝扩展、 连通， 并产生了新的微裂缝， 当混凝 土孔隙 中的冰融化时 ， 微裂缝又有所 闭合。随着冻融循 环的进 行， 温度不断发生升降变化 ， 混凝土内部经受反复的加载、 卸载 过程， 使混凝土中微裂缝张开、 闭合， 并逐步增多、 扩大、 连通 ， 混凝土的密实性逐渐降低， 导致混凝土内部形成较多和较大的 渗透通道， 使混凝土的抗渗透性能逐渐下降。 l o 0 面 9 0 藿8 0 督 靛70 6 0 冻融 循环次 数 图2 混凝土相对 动弹性模量随冻融次数的变化 m 邑 占 搽 箍 榴E 鞴 图3混凝土渗透性能随冻融次数的变化 ( 下转第 1 2 4页) 1 21 雪 厂 L