盐溶液中冻融循环时混凝土体积吸液率研究.pdf

巩春伟等 ： 盐溶液中冻融循 环时混凝 土体 积吸液 率研究 盐溶液 中冻 融循环 时混凝 土体积 吸液率研究 巩春伟， 葛勇， 刘美丽， 袁文强， 曾华兵 ( 哈尔滨工业大学交通科学与工程学院， 哈尔 滨1 5 0 o 9 o) 【 摘要】 研究了在冻融循环条件下， 非引气混凝土吸收不同种类、 不同浓度盐溶液的体积吸液率及其对混 凝土冻害程度的影响。试验结果表明： 非引气混凝土在不同盐溶液中的体积吸液率大小为 N a C I N a 2 S O M g ( N O ， ) 、 M g c l 2 、 M g S O ， 并且在 N a C 1 溶液中的体积吸液率远高于水中， 而在 Mg ( N O 3 ) 2 、 Mg C l 2 、 Mg S O 溶液中的体 积吸液率则低于水中。非引气混凝土的盐冻剥蚀程度与其在相应盐溶液中的体积吸液率的大小密切相关。 【 关键词】 非引气混凝土； 盐溶液； 体积吸液率； 冻融循环 【 中图分类号】 T U 5 2 8 0 【 文献标识码】 A 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 1 ) 0 1 0 0 0 5 0 3 VoLU【 E ABS oRPTI oN RATE oF NoN AI R ENTRAI NED CoNCRET E I N Dr FE RENT S AL T S oLUTI oN DURI NG F RE EZE T HAW P ROCES S GONG Ch u n we i ， GE Yo n g，LI U Me i l i ， YUAN W e n q i a ng， ZENG Hu a bi n g ( S c h o o l o f T r a n s p o r t a t i o n S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g ，H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y ， Ha r b i n 1 5 9 0 ， C h i n a ) Abs t r a c t ： Vo l u me a b s o r pt i o n r a t e o f n o n a i r e n t r a i n e d -c o n c r e t e i n s a l t s o l u t i o n wi t h d i ffe r e n t c o n c e n t r a t i o n d u r i n g f r e e z e t h a w p r o c e s s ，a n d i t s e f f e c t o n c o n c r e t e d e t e r i o r a t i o n d u e t o f r e e z e t h a w c y c l e s we r e i n v e s t i g a t e d Th e r e s u l t s s h o we d tha t t h e o r de r o f v o l u me a b s o rp t i o n r a t e o f n o n a i r e n t r a i ne d c o n c r e t e i n d i f f e r e n t s o l u t i o n s w e r e ：N a C 1 ， N a 2 S O 4 ，Mg ( N O 3 ) 2 ，Mg C 1 2 a n d Mg S O 4 s o l u t i o n T h e v o l u me a b s o rpt i o n r a t e o f n o n a i r e n t r a i n e d c o n c r e t e i n Na C I s o l u t i o n w a s mu c h h i g h e r t h a n t h a t i n w a t e r ，o the r w i s e ，t h e v o l u m e a b s o rpt i o n r a t e i n M g ( N O 3 ) 2 s o l u t i o n ，Mg C 1 2 s o l u t i o n a n d Mg S O 4 s o l u t i o n w a s l o w e r tha t i n wa t e r T h e s a l t s c a l i n g o f n o n a i 卜e n t r a i n e d c o n c r e t e i n a s a l t s o l u t i o n wa s r e l a t e d t o t h e v o l u me a bs o rp t i o n r a t e Ke y wo r d s： n o n a i r - e n t r a i ne d c o n c r e t e； s a l t s o l ut i o n；v o l u me a bs o rpt i o n r a t e；f r e e z e t ha w c y c l e 由于混凝土在盐溶液中冻害的复杂性 ， 至今还无公认 的、 能够充分反应混凝土冻害规律的理论。许多学者分别 研究了混凝土在常温或冻融过程中的质量吸液率和饱和 度【 I J ， 丰富了盐冻破坏机理。但采用质量吸液率不能正确 反映液体冻结时的膨胀产物 ( 冰、 盐 的水合物) 数量， 文献 9 对非引气与引气混凝土在不同盐溶液中冻融循环时的 体积吸液率及其抗冻性 ， 进行了研究， 但试件采用人工烘 干， 与工程实际有一定的差异。本文针对 N a C 1 、 Mg ( N O ， ) 、 Mg C 1 ： 、 N I2 S O 4 、 Mg s 0 4 等5种常见盐溶液 ， 研究了采用真空 干燥的非引气混凝土试件在冻融循环过程中的体积吸液率 及其抗冻性 。 1 试验方法 将标准养护室养护 2 8 d的非引气混凝土试件( 下文全 部简称试件 ) 进 行真空干燥处理 ， 干燥 后将其 在不 同种类 不 同浓度的盐溶液浸泡条件下进行冻融循环试验， 测定质量 损失 。 1 1 原材料与配合比 试验采用亚泰集团哈尔滨水泥厂天鹅牌 P O 4 2 5水泥； 细骨料为砂 ， 视密 度 2 6 0 g m 3 ， 细 度模数 2 6 7 ； 粗集 料为 5 1 0 ra m连续级配碎石， 视密度z 7 4 g m 3 ； U N F - 5高效减水剂。 混凝土的基本配合比为： 水泥： 砂： 石 =1 ： 20 9 ： 3 2 5 ， 水灰 比为n 5 0 ， 含气量为 1 1 。试件采用标准养护， 养护龄期2 8 d ， 试件尺寸为4 0 m m x 4 O m m1 6 0 m m的棱柱体。 1 2试验方法 试验 用不 同种 类盐 溶液 ( N a C 1 、 Mg( N O ， ) ： 、 Mg C l 、 N S O 、 M g S O ) 的质量百分浓度分别为 O 、 2 、 3 、 4 、 5 、 1 0 。试件养护 2 8 d后进行 4 d真空干燥， 并用精度为 0 1 g 的电子称称量混凝土试件浸泡盐溶液之前 的初始质 量， 称量结束后将其放人含有不同浓度的五种盐溶液的统 一 规格的容器中， 盐溶液高出试件顶部约5 ram， 然后放入在 基 金项 目】 国家 自然科学基金资助项 目( 5 0 7 7 8 0 5 5 ) ； 哈尔滨工业大学大学生创 新性实验计划 资助项 目 6 低温建筑技术 2 0 1 1 年第 1 期( 总第 1 5 1 期) 冰箱中进行冻融循环试验。冻融制度为在 一( 2 12 ) 冻 结 1 2 h ， 然后在( 2 03 ) 空气中融化 1 2 h 。每循环一次后 进行试件的质量测试。测试在融化结束时进行， 分别称量 试件质量及剥落量， 以便准确测定试件的体积吸液率。当 9 7 褥 s ， 1 0 1 2 3 4 冻融循环次数， d 图1 试件在N a C I 溶液中冻融循环 体积吸液率规律 曲线 图 1给出了非引气混凝土试件在 N a C 1 不同浓度溶液中 冻融循环时的体积吸液率变化规律曲线。在 N a C 1 溶液中进 行冻融循环试验时， 非引气混凝土的体积吸液率随冻融次数 的增加而提高， 随 N a C 1 溶液浓度的提高先增大， 而在浓度超 过4 后体积吸液率又降低。 图 2为第4次冻融循环后非引气混凝土试件体积吸液率 冻融循环次数， d 图3 混凝土在Mg C l 溶液中冻融循环时的体积吸液率 图 3表明， 非引气混凝土试件在 Mg c l 溶液中的体积吸 液率均比在水中冻融时的吸水率大， 且除了 2 浓度外 ， 均 随着 Mg C 1 2 浓度的增大体积吸液率逐渐减少， 以 1 0 浓度 中的试件体积吸液率为最少。 图 4给 出了试件在 Mg S O 不同浓度溶液 中冻融循环 时 的体积吸液率变化规律曲线。 在该试验有限冻融循环次数下， 试验过程中试件未出 现剥蚀现象。图 4表明， 试件在 Mg S O 溶液中体积吸液率 冻融循环次数 d 图5 混凝土在Mg ( N O 溶液中冻融循环时的体积吸液率 试件的质量损失达 1 k g m 2 时， 认为试件已经破坏。 2 试验结果与分析 2 1 不 同浓度盐溶液中冻融时非引气混凝土的体积 吸 液率 氯化钠质量浓度， 图2 第4 次冻融循环后试件体积吸液 随N a C 1 质量分数变化规律 随 N a C I 质量分数浓度的变化规律。在 N a C I 溶液中冻融时， 在01 0 浓度范围内， 随着浓度的增加， 试件的体积吸液率 出现 1 个峰值， 其对应的N a C I 浓度为 4 。盐溶液的浓度较 大时， 主要是由于其粘度的增大而使体积吸液率减小 。 图3为非引气混凝土试件在不同浓度 Mg c l 2 溶液中冻 融循环时的体积吸液率变化规律曲线。 冻融循环次敢 d 图4 混凝土在Mg s O 液中冻融循环时的体积吸液率 随着 Mg S O 浓度的提高而减小。体积吸液率指标说明， Mg - S O 对混凝土盐冻破坏影响不大。 图5给出了试件在 M g ( N O ， ) 不同浓度溶液中冻融循 环时的体积吸液率变化规律 曲线。试件在 2 、 3 、 4 浓 度的 M g ( N O ， ) 溶液中冻融循环的体积吸液率都高于在 5 、 1 0 浓度的 Mg ( N O ， ) 溶液中的体积吸液率。试件在 Mg ( N O ， ) 溶液中的体积吸液率低于在水中的体积吸液率。 冻融循环次数， d 图6 混凝土在N a S O 溶液中冻融循环时的体积吸液率 巩春伟等： 盐溶液中冻融循环时混凝土体积吸液率研究 7 图6给出了试件在 N a 2 S O 不同浓度溶液中冻融循环时 的体积吸液率 变化 规律 曲线 。 试件中3 对应的体积吸液率是最少的， 可能是由于个 别试件误差所致 ， 但总体上试件在该盐溶液环境下的冻融 循环体积吸液率均低于在水环境下的。故 N a S O 对混凝 土盐 冻破坏影 响不 大。 2 2 不同浓度盐溶液中混凝土试件体积吸液率比较 图 7为试件在 4 盐 溶液 中冻融 循环 4次 时 5种盐 最 大吸液率 。 零 薄 螫 蛙 盐品种 图7 非引气混凝土试件在4 盐溶液中 冻融循环4 次的体积吸液率 图 7的试验结果表明， 4 的 N a C I 溶液中的试件体积吸 液率最大 ， 且其对混凝土的盐冻剥蚀最厉害， 4 N a 2 S O 溶 液中的试件体积吸液率次之， 4 的 M g S O 和4 的 M l 溶液中的 试件体 积 吸液率 最小 且几乎 相 等， 4 的 Mg ( N O ) 溶液中的试件体积吸液率处于中间， 故盐冻破坏程 度从大到小顺序排列为： N a C 1 、 N a 2 S O 、 Mg ( N O 3 ) 2 、 Mg S O 、 Mg C1 2 。 2 3 不同浓度盐溶液中混凝土试件的盐冻剥蚀 在经过 2次冻融循 环时 4 、 3 、 5 三种 浓度 中 的试 件出现剥落现象， 尤其是 4 溶液中剥蚀最为严重， 在 4次 冻融循环后就已经破坏 ， 3 溶液中试件在 6次冻融循环后 破坏， 5 溶液中试件在 7次冻融循环后破坏。将试件的抗 盐冻性与冻融过程中试件的体积吸液率相比较会发现， 试 件在4 浓度下的体积吸液率最高， 这与混凝土试件在4 浓度溶液中的抗盐冻性最差相对应。 对于混凝土在 N a C 1 溶液中的冻融而言， 体积吸液率增 大， 结冰量增大不利于抗冻； 盐溶液浓度增大， 冰点降低则 有利于抗冻。4 N a C 1 浓度下的体积吸液率最高， 此时的结 冰量高 ， 而 由于 N a C 1 的浓度较低 对混凝 土孔隙 中溶 液的冰 点降低较少， 故冻害最为严重。因此， N a C 1 溶液对混凝土的 盐冻剥蚀存在一个最大剥蚀浓度， 该浓度在4 左右。 对于在 N a 2 S O 、 Mg ( N O 3 ) 、 Mg S O 、 Mg C 1 溶 液 中冻 融 的非引气混凝土试件， 在冻融 5 5次后 ， 试件中均没有出现开 裂、 剥蚀现 象， 试件表 面依 然完 整、 坚硬 ， 特别 是在 Mg ( N O 3 ) 、 M g S O 、 M g C 1 溶液中冻融时。说明混凝士在这 4 种溶液中冻融时受到的冻害作用较少。在 Mg ( N O ， ) 、 Mg - s 0 、 Mg C l 溶液中冻融时， 冻害作用的减小主要与生成的 Mg ( O H) 对混凝土中毛细孔隙的填充作用有关， 其在短时 问 内阻止了相应盐溶液的进一步渗入 。 3结 语 ( 1 ) 非引气混凝土在 5种盐溶液中冻融循环时， 其体 积吸液率的大小顺序为 ： N a C 1 N a 2 S O 4M g ( N O 3 ) 2 、 Mg - S 0 4 、 Mg C l 。对于 N a C 1 溶液， 浓度为4 时的体积吸液率最 高； N a S O 溶液中的体积吸液率与水中的吸水率接近； Mg ( N O ， ) 、 Ms S O 、 Mg C l 2 溶液中的体积吸液率低于水 中的吸 水率， 并随浓度的提高而降低。 ( 2 ) 5种盐溶液对非引气? 昆 凝土盐冻破坏程度为： N a C I N a 2 S O 4 Mg ( N O 3 ) 2 、 Mg S O 4 、 M g C 1 2 。N a C I 溶 液 中的 冻害远高于其它盐溶液中， 并在4 时冻害最为严重； 硫酸 钠溶液的浓度对非引气混凝土的冻害基本没有影响， 其冻 害程度与水中接近； Mg S O 、 Mg ( N O 3 ) 2 、 Mg c l 2 三种盐溶液对 混凝土的盐冻剥蚀较小， 并随浓度的提高而减小。 参 考文献 1 L i n d m a r k S Me c h a n i s ms o f s a l t f r o s t s c a l i n g of p o l a n d c e me n t b o u n d ma t e r i a l s ：s t u d i e s a n d h y p o t h e s i s Re p o rt T VMB1 0 1 7Di v i s i o n o f B u i l d i n g Ma t e r i als ，Lu n d I n s t i t u t e of T e c h n o l o g y，L u n d Un i v e r s i t y，S we d e n，1 9 98：2 38 6 2 葛勇， 杨文萃， 袁杰， 张宝生， 熊爱玲混凝士在硫酸盐溶液 中抗冻性 的研究 J 混凝 土， 2 0 0 5，( 8 ) ： 7 1 7 3 3 杨全兵N a C 1 对结 冰膨胀率和混凝土溶液吸入量的影响 J 建筑材料学报 ， 2 0 0 7， l O ( 3 ) ： 2 6 6 2 7 0 4 杨全兵冻融循环条件下 氯化 钠浓度对混 凝土内部饱水度 的 影响 J 硅 酸盐学报 ， 2 0 0 7， 3 5 ( 6 ) ： 9 61 o o 5 杨全兵 氯 化钠对 混凝 土内部 饱水 度 的影 响 J 硅 酸盐 学 报 ， 2 0 0 5， 3 3 ( 1 1 ) ： 1 4 2 21 4 2 5 6 L i t v a n G G F r o s t a c ti o n i n c e m e n t i n t h e p r e s e n c e of d e i e e r s J C e me n t C o n c r e t e R e s e a r c h ，1 9 7 6 ， 6 ( 3 ) ： 3 5 1 3 5 6 7 葛勇盐环境下混凝土 的抗冻性及其机理研究 D 哈尔滨 ： 哈尔滨工业大学 2 0 0 8 ： 7 9 9 3 ，1 0 71 4 3 8 F a g e r l u n d G S tu d i e s o f t h e s c a l i n g ， t h e w a t e r u p t a k e a n d t h e d i l a t i o n of mo r t a r s p e c i me n s e x p o s e d t o f r e e z i n g a n d t h a wi n g i n Na C I s o l u t i o n sF r e e z e t h a w a n d D e i c i n g Re s i s t an c e o f C o n c r e t e C R I L E M C o m m i t t e e T C 一 1 1 7 F D C M e e t i n g i n L u ri d ， T V B M 一 3 0 4 8，L u n d I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y ，D i v i s i o n B u i l d i n g Ma t e rials 1 9 9 1：3 6 6 6 9 S e i z e r M J O n t h e a b n o r m al f r e e z i n g ofp o r e w a t e r a n d t e s t i n g o n f r e e z e t h a w a n d d e i c i n g s a l t r e s i s t anc e C I n t e r n a t i o n a l Wo r k s h o p o n t h e Re s i s ta n c e o f C o n c r e t e t o S c a l i n g d u e t o F r e e z i n g i n t h e P r t e n c e o f D e i c i n g S a lt s， U n iv e r s i t y L a v al， Q u e b e c ， 1 9 9 3 ： 1 2 O 收稿 日期 】 2 0 1 0 0 9 0 9 作者简介 巩春伟( 1 9 8 8一) ， 男， 黑龙江青冈人， 本科生， 研 究方 向： 混凝土材料。