浸泡与干湿循环混凝土氯离子结合能力.pdf

4 低温建筑技术 2 0 1 4年第5期( 总第 1 9 1 期) 浸泡 与干湿循 环 混凝土氯离子结合 能力 李长成 ， 张立明 ， 何忠茂 ( 1 吉林交通职业技术学院 。 长春1 3 0 0 1 2； 2 甘肃土木 1 - 程科学研究院 ， 兰 州7 3 0 0 2 0) 【 摘要】 自然浸泡和干湿循环环境下混凝土腐蚀试验， 分别测定了混凝土试件在不同深度的总氯离子浓 度和 自由氯离子浓度， 分析了盐湖卤水浸泡和盐湖现场暴露环境下混凝土氯离子结合能力的相关性系数 K与扩 散深度、 混凝土抗强度的关系。结果表明： 随着氯离子扩散深度和混凝土的抗压强度的增加， 氯离子结合能力相 关性系数 K呈指数函数形式递减 ， 混凝土的抗压强度超过 4 0 MP a ， K值均大于 1 ， 干湿循环加速了混凝土氯离子结 合能力。 【 关键词1 浸泡； 干湿循环； 混凝土； 氯离子结合能力； 相关性 【 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 4 ) 0 5 0 0 0 4 0 3 CoNCRET E CHLoRI DE I oN B姗D G BET W EE N W ET DRY CYCLE AND 加MERS I oN LI Ch a n g c h e n g ， ZHANG Li mi n g ，HE Z ho n g ma o ( 1 J i L i n C o m mu n i c a t i o n P o l y t e c h n i c ，C h a n g c h u n 1 3 0 0 1 2 ， C h i n a ； 2 G a m s u I n s t i t u t e o f C i v i l E n g i ，L a n z h o u 7 3 0 0 2 0， C h i n a ) Ab s t r a c t ： C o n c r e t e c o r r o s i o n t e s t u n d e r n a t u r a l i mme r s i o n a n d w e t d r y c y c l e wa s d o n e T h e t o t a l a n d f r e e c h l o ri d e i o n c o n c e n t r a t i o n o f c o n c r e t e s a mp l e w a s me a s u r e d a t d i ff e r e n t d e p t h u n d e r d i ff e r e n t e n v i r o me n t Wi t h u s e o f r e g r e s s i o n me t h o d ，the r e l a t i o n s h i p o f d i ff u s i o n d e p t h s o r c o n c r e t e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h s a n d c h l o rid e b i n d c a p a c i t y c o e ff i c i e n t o f c r r e l a t i o n k wa s a n a l y z e d u n d e r i mme rsi o n a n d e x p o s u r e Th e r e s ul t s h o we d tha t ：Ch l o rid e bi nd c a p a c i t y c o ffi c i e nt o f c o r r e l a t i o n s s de c r e a s e d a t a e x p o ne n tial f u n c ti o n typ e wi th the i n c r e a s e o f d i f f u s i o n d e p ths a n d c o n c r e t e c o mp r e s s i v e s tre n g t h s Wh e n t h e c o n c r e t e c o mp res s i v e i s b i g g e r t h a n 4 0 MP a ，a l l o f K a l e mu c h l a r g e r t h a n 1 C o n c r e t e c h o r i d e b i n d c a p a c i t y i s a c c e l e r a t e d b y we t d r y c y c l e an d i mme r s i o n Ke y wo r d s ： i mme rsi o n；w e t d r y c y c l e ； c o n c r e t e ；c h l o ri d e b i n d ； c o r r e l a t i o n 在氯盐环境下的钢筋混凝土结构早期破坏的主 要原因是环境 中的氯离子进入钢筋混凝土结构内部 引发钢 筋锈蚀 ， 钢筋 体积膨胀引发混凝土表面剥落 、 截 面变小 、 承载力下 降 。进 入混凝 土 中的氯 离 子有 一 部 分被混凝土吸 收称为结合氯离子 。因此钢筋混凝 土结 构结合氯离子能力直接影响到钢筋混凝土抗氯盐腐 蚀的能力 。对 氯 盐环 境下 混 凝 土结 构氯 离 子 结 合 能力的引起国内外学者的注意。余红发研究 了四 种混凝土在四种盐湖溶液中氯离子结合能力。但对混 凝土在高浓度的复合溶液 自然浸泡试验与干湿循环 试验 的相关 性研究 的报道 还很 少见 。基 于此 ， 文 中选 用 了高盐 湖 卤水作 为室 内浸泡溶 液 ， 测定 了不 同腐 蚀 龄期 的钢筋混 凝 土 的总 氯 离子 浓度 和 自由氯 离子 浓 度 ， 深入研 究混凝 土干湿循 环和 自然浸泡 环境 下 的氯 离子结合能力。同时考察暴露时间和扩散深度的氯离 子结合能力， 运用非线性 回归方法探讨不 同试验环境 下混凝土氯离子结合能力影响的规律性。并建立了两 种试验之问的换算系数 。 1 试验计划 1 1 原材料 湖北黄石水泥厂生产的华新牌 P I 5 2 5硅酸盐 水泥。兰州产河砂 ，区级配 ， 中砂细度模数为2 5 。 甘肃省临洮河 口产石灰岩碎石 ， 5 2 0 m m 连续级配 ， 最大粒径 2 0 ra m。饮用水。江苏省苏博特 P C A( I ) 聚羧酸类高性能减水剂， 减水率达 2 0 以上。 1 2配合 比 选用不 同水 胶 比的 三种混 凝 土的 配合 比 ， 参数 值 见表 l 。 基金项目 浙江省自然科学基金项 目【 L Y 1 2 E 0 8 0 0 3 ) ； 浙江省科技计划项目( 2 0 1 3 C 3 1 0 1 1 ) ； 住房和城乡建设部科技项 目( 2 0 1 2一K 2 1 3 ) 李长成等 ： 浸泡与干湿循环混凝土氯离子结合能力 5 1 3 试验程序 1 3 1 室内浸泡和现场暴露试验 腐蚀溶液为从青海察尔汗盐湖运回的盐湖卤水， 用等离子光谱测定的化学成分件见表 2 。 表 2 青海察尔汗盐湖卤水化学成分 差 茎 ： ! ： ! ： ! ： ! ： ! ! ： 3 21 6 8 3 6 0 5 9 7 7 8 3 51 3 0 4 2 4 1 2 O4 2 O 9 2 2 2 9 0 1 2 7 4 1 7 1 6 试验干湿循环制度： 恒温 6 0 烘箱烘 8 h ， 室温下 冷却 2 h ， 浸泡 5 0 h ； 作为一次干湿循环； 同时在盐湖卤 水 中进行 自然浸泡试验。 堡 嘲 缸 链 描 丑 缸 堡 嘲 钿 蕾 司 皿 1 3 2混凝土取样和氯离子分析测试 混凝土梁分别置于试验室盐湖卤水中和盐湖现 场进行试验， 腐蚀 2 2个月后 ， 将钢筋混凝土梁运回试 验室， 8 0 烘干 2 4 h ， 冷却到室温后， 用钻头对干燥 的 钢筋混凝土构件分层取样 ， 深度依次为 05 m m、 5 1 0 ra m、 1 0 1 5 m m、 1 5 2 0 ra m和 2 0 2 5 ra m。每个 构件 钻孔的数量为 8个， 对于收集的混凝土粉末 ， 用 孔径 0 1 6 ra m 的方孔筛过筛， 以除去粗颗粒。自由氯离子 浓度( C ， ) 采用水溶法溶样 ， 其化学分析方法参照国家 交通部标准 J T J 2 7 O一 9 8 ( 水运工程混凝土试验规程 。 2试验 结果及分析 2 1 钢筋混凝土梁氯离子随深度变化规律 堡 捌 抽 键 描 埒 扩散深度 mm 扩散深度 r a m 图l盐湖卤水提泡环境下馄凝土梁 自由氯离子、结合氯离子随深度变化规律 O 扩散深度 n u n 扩散深度 mr a 图2干湿循环环境下混凝土梁 自由氯离子、结合氯离予随深度变化规律 由图 1 、 2 ( a ) 、 ( b ) 是钢筋混凝土梁 自由氯离子浓 度和结合氯离子浓度均随扩散深度的增加而降低， 随 着混凝土强度的增加而降低， 相同深度情况下 ， 盐湖卤 水浸泡环境下的氯离子浓度高于盐湖现场暴露的氯 离子浓度 。这是 因为盐 湖 卤水浸 泡 ， 加快 了氯 离子渗 透的速度。同时由于扩散的是一个缓慢的过程 ， 所以 氯离子的浓度随着深度增加而降低。利用数值软件进 行回归分析可得 ， 自由氯离子和结合氯离子浓度与扩 散深度均呈指数函数关系， 如式( 1 ) 和式( 2 ) 所示： C f=a t e ( 1 ) C b=a 2 e ( 2 ) 式中， a ， a ： ， 卢 。 和卢 均为试验常数； 为氯离子扩 5 4 3 2 l 0 0 0 O O 0 0 8 6 4 2 O 0 0 0 0 O 术、 捌舡 韶) 搴 好 6 低温建筑技术 2 0 1 4年第5期( 总第 1 9 1 期) 散深度， m m。 表 3给出各钢筋混凝土梁在不同试验环 境下的 自由氯离子和结合氯离子的试验常数。 表 3 钢筋混凝土梁的氯离子浓度和结合能力参数与拟合回归的参数 2 2 氯离子结合能力与扩散深度的变化规律 混凝土的氯离子结合能力 R 定义为： R ： C b C f ( 3 ) 式中， R为氯离子结合能力 ； C 为结合氯离 子浓 度 ； C ， 为 自由氯离子 浓度。 将式( 1 )和式( 2 )带人式( 3 )可得： R = = = n ( 4 ) 式中， 口和 均为试验常数， 为氯离子扩散深度， m m。 取值见表 4 。 表4 混凝土梁氯离子结合能力相关性系数的参数 编号 n b 编 号 o b 编号 n b 口 O 1 8 5 8 n 0 o 4 8 0 1 3 犯0 O 0 4 O a；o 1 1 8 6一n 0 4 2 3 浸泡和现场暴露钢筋混凝土梁氯离子结合能力 相关性 系数 以参数 K为氯离子结合能力相关性系数， 因此 值可按式( 5 )计算： K ：譬： ： ： 。 。 bx ( 5 ) 。 础 J 式中， 为氯离子结合能力相关性 系数 ； 和 兄 分 别为在盐湖浸泡环境下和干湿循环环境下的氯离子结 合能力； 口 ， ， D W ， J B 和 D W均为试验常数其值见表4 ， 口和 b 为试验常数见表 4 所示 ； 为氯离子扩散深度 ， m m。 从表 4 可 知 ， 参数 a 和 b 均 随着混凝 土抗 压强 度的 增大而降低， 因此可以建立抗压强度与参数 。和 b的 回归方程 。 0 = 2 5 8 3 8 e 。 。 f 6) b=0 1 0 7 20 0 0 1 8 f o ( 7 ) 将 式( 6 )和 ( 7 ) 代 入 式 ( 5 ) ， 可建立抗 压强度 、 扩 散深 度与 的关 系式 ： K = 2 5 8 3 8 e - 0 , 0 1 0 ( 。 。 。 以 ( 8 ) 将式( 8 ) 代入式 ( 5 )得到浸泡氯离子结合能力、 混凝土抗压强度和扩散深度与暴露氯离子结合能力 的关系式 ( 9 ) RD W = 2 6 8 7 e - 0 0 1 。 。 mO 0 0 c R l ( 9 ) 式中， R 。 和 R 。 分别为在长期浸泡和干湿循环环 境下的氯离子结合能力 是混凝土抗压强度， MP a ， 是氯离子扩散深度 ， m m。 3结语 ( 1 ) 通过 自然浸泡试验和干湿循环试验 ， 自由 氯离子浓度和结合氯离子浓度均随扩散深度的增加 而降低， 随着混凝土强度的增加而降低 ， 同深度情况 下， 干湿循环的氯离子浓度高于 自然浸泡的氯离子浓 度 ( 2 ) 在氯离子环境下 ， 自由氯离子浓度、 结合氯 离子浓度、 氯离子结合能力与扩散深度均符合指数函 数关系 ， 由回归得到的相关系数非常显著。 ( 3 ) 随着氯离子扩散深度和混凝土的抗压强度 的增加 ， 氯离子结合能力相关性系数 呈指数函数形 式递减 ， 混凝土的抗压强度超过4 0 M P a ， K值均大于 1 ， 研究成果可用于短期的预测实体结构不 同深度 内的 氯离子结合能力 ， 长期的需要进一步的研究。 参考文献 1 张立明， 余红发， 何忠茂 盐湖地 区混凝土的氯离子扩散性 J 中南大 学学 报( 自然科学版 ) ， 2 0 1 l ， 4 2( 6 ) ： 1 7 5 2 1 7 5 5 2 余红发， 翁智财， 孙 伟 矿渣掺量对混凝土氯离子结合能力的 影响 J 硅酸盐学报 ， 2 0 0 7 ， 3 5( 6) ： 8 0 1 0 6 3 余红发， 孙 伟， 麻海燕， 等 混凝土在多重因素作用下的氯 离子扩散方程 j 建筑材料学报 ， 2 0 0 2， 5 ( 3) ： 2 4 0 2 4 7 4 余红发， 盐湖地区高性能混凝土的耐久性、 机理与使用寿命预 测方法 D 南京 ： 东南大学 ， 2 0 0 4： 1 31 6 收稿 日期 2 0 1 4 0 1 0 3 作者简 介 李 长成 ( 1 9 7 3一) ， 男 ， 吉林辉 南人 ， 副教授 ， 硕士 研究生， 研究方向： 桥梁结构及耐久性。