不同干燥条件对混凝土导电量的影响.pdf

第 1 3卷 第 6期 2 0 1 0年 l 2月 建筑材料学报 J OURNAL OF BUI L DI NG MATE RI ALS Vo1 1 3，NO 6 De c ， Z Ol 0 文 章 编号 ： 1 0 0 7 9 6 2 9 ( 2 0 1 0 ) 0 6 0 7 2 2 0 6 不 同干燥条件对混凝土导 电量 的影响 王 中平 ， 王 振 ， 侯旭 良 ， 徐俊 ， 黄晨 明 ( 1 同济大学 先进土木工程材料教育部重点实验室 ， 上海 2 0 0 0 9 2 ； 2 上 海港 湾工程 质量检测 有 限公 司 ， 上海 2 0 0 0 3 2 ) 摘要 ：采 用 AS T M C 1 2 0 2 混凝 土抵 抗 氯 离子渗 透 能 力的 电量 评价 方 法 ， 研 究 了不 同干燥 条 件 对 混凝 土 导 电量 的影响 ； 在 电量试 验 结束后 ， 检 测 了氯 离子 的 迁 移量 和 氯 离子渗 透 深 度 结果 表 明 ： 6 0 ， 7 d的干燥 条件 对 水胶 比小 于 0 4 2且不掺矿 物掺 和料 的基 准混凝 土及水胶 比小于 0 4 9 但掺 加 矿物 掺和 料 的 混凝 土导 电量 影 响很 小 ， 该 条件 可 以作 为 气体渗 透 试验 的 干燥 条件 ； 1 0 5 的干燥 处理 需要 慎 重 ， 因为 该条 件 会 导 致 混凝 土导 电量 及 氯 离子 迁移 量 明显 增 加 ， 混凝 土抗 渗 性 能变 差 ； 对 于电 量试验 后 氯 离子 渗 透 深 度 贯 穿 的试 样 ， 导 电 量评 价 标 准 已不 适 于 评 价 此 类 试 样 的 渗 透 性 能 ， 可 以 考 虑 将 氯 离子 迁移 量 或 试 样 的 饱 水 量 作 为评 价 其 渗 透 性 能 的 一 个 定 量 指 标 关键词 ： 混 凝土 ；干燥 ； 微 裂纹 ；导 电量 ；氯 离子 迁移量 中图分 类号 ： TU5 2 8 0 1 文献标 志码 ： A d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 7 9 6 2 9 2 0 1 0 0 6 0 0 4 Ef f e c t s o f Di f f e r e n t Dr y i n g Co nd i t i o n s o n Ch a r g e Pa s s e d t h r o u g h Co n c r e t e WANG Zh o n g p i n g ， WANG Zh e n ， Ho【 ， X 一 l i a n g ， X【 ， Ju n ，HUANG Ch e n rui n g ( 1 Ke y L a b o r a t o r y o f Ad v a n c e d C i v i l E n g i n e e r i n g Ma t e r i a l s o f Mi n i s t r y o f E d u c a t i o n，T o n i Un i v e r s i t y ，S h a n g h a i 2 0 0 0 9 2 ，C h i n a ； 2 S h a n g h a i Ha r b o r E n g i n e e r i n g Qu a l i t y Co n t r o l a n d Te s t i n g C o ，L t d ，S h a n g h a i 2 0 0 0 3 2，Ch i n a ) Ab s t r a c t ：The e f f e c t s o f d i f f e r e nt d r y i ng c on d i t i o n s o n c h a r ge pa s s e d t hr ou gh c o n c r e t e we r e i n ve s t i g a t e d b y ASTM C 1 2 0 2 M e t h od，t h e c h l o r i d e - i o n mi g r a t i o n a mou n t a nd c hl o r i d e - i on p e n e t r a t i o n de pt h we r e me a s ur e dThe r e s u l t s s h ow t ha t t he dr y i n g c o nd i t i o n of 6 0 ( 7 d)ha s l i t t l e e f f e c t o n t h e no r ma l c on c r e t e wi t h wa t e r bi nd e r r a t i o o f 1 e s s t h a n 0 4 2 a n d t h e mi n e r a l a d mi x t ur e m o d i f i e d c o n c r e t e wi t h wa t e r b i n de r r a t i o o f l e s s t ha n 0 4 9，t hi s c o nd i t i on c a n b e us e d a s t h e d r yi ng pha s e of ga s p e r me a b i l i t y t e s t I n a d d i t i o n，t h e d r y i n g c o n d i t i o n o f 1 0 5 ( 7 d )wi l l c a u s e t h e c h a r g e p a s s e d a n d t h e c h l o r i d e i o n mi g r a t i o n a mo u n t i m p r o ve d o bv i o u s l y，a nd t h e de t e r i or a t i o n o f c o nc r e t e i m p e r m e a bi l i t y The e v a l u a t i o n c r i t e r i a o f c ha r g e pa s s e d i s n o t s u i t a bl e f or e va l u a t i ng t he s p e c i me ns wh os e c hl o r i de i o n pe ne t r a t i n g d e p t h r e a c h e d t he t hi c kn e s s o f t he s pe c i m e ns ；t he c hl o r i de i on mi g r a t i o n a mo un t o r t he s a t u r a t e d wa t e r c o nt e nt o f d r y i ng s p e c i me n s c a n be c o ns i d e r e d a s t he qu a n t i t a t i v e i n d e xe s o f c o n c r e t e pe r me a b i l i t y Ke y wo r ds ：c o nc r e t e；d r y i ng；mi c r o c r a c k；c ha r g e p a s s e d；c h l or i d e i o n mi g r a t i o n a m o u nt 在对混凝土进行气体渗透试验时， 测试结果对 试样 内部 的湿度 非 常敏 感 ， 需要 对 试 样进 行 干燥 处 理 ， 以排除 自由水分 的干扰 不 同学者 的干燥处 理方 式 不尽相 同 ， 温度从 3 5 1 1 0 ， 时 间从 4 82 4 0 h 不等 无机类材料的常规干燥处理一般在 1 0 5条 件下 进行 ， 这是 兼顾 速 率 、 能耗 和效 率 的合 理 参 数 按 照 已有 的观 点 ， 3 0 1 2 0 时凝 胶 孔 和毛 细 孔 中 的 自由水蒸 发 ， 混凝 土 固相表 面 的吸附束缚 水蒸 发 ； 1 2 0时 ， 所有 的 自 由水 被 蒸 发掉 ； 1 8 0 3 0 0 时 ， C S _ H 凝胶 开始分 解 ， 其 所 包含 的化 学 束缚 水 开 始 收稿 日期： 2 0 0 9 0 9 0 8 ；修订 日期 ： 2 0 1 0 0 3 3 1 第一作者： 王中平 ( 1 9 6 O 一) ， 男 ， 浙江舟山人， 同济大学副教授 ， 博士E ma i l ： w a n g z p k o n l i n e s h c n 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 6期 王 中平 ， 等 ： 不 同干燥条件对混凝土导电量的影响 7 2 3 丧失 ， 也有学 者指 出 C S H 凝胶 是从 1 0 5开 始分 解 ， 说 明这其 中还 有一些 现象没有 被完 全认 知 此 类干燥处 理可能 会在一定 程度上 导致混凝 土 内部结 构损 伤 ， 从而导致 其抗渗 性能劣化 2 J 针对上述 问题 ， 本 文采用 A S T M C 1 2 0 2 ( 混凝 土 抵抗氯离子渗透 能力 的电量评 价方 法 l 3 展 开探讨 ， 选择 6 0 ， 1 0 5 并干燥 7 d的处理方案 ， 对 昆 凝 土进行 导电量及试验后氯离子迁移量 的检测 ， 探讨 温度作用 对混凝土导电量及渗透性能的影响 ， 而 目前 尚未见此 类试验研究的公开文献 1 试验过程 1 1 原材料 和配合 比 水泥 ： 安徽 海螺 牌 4 2 5 R普 通 硅 酸盐水 泥 ， 2 8 d 抗压强度为 4 5 0 MP a ； 细骨料 ： 中砂 偏 细 ， 细 度模 数 为2 1 ； 粗骨料 ： 石灰岩碎石 ， 粒 径 5 2 0 mm； 粉煤灰 ： 上海石洞 口电厂的 级灰 ； 矿粉 ： 上海 宝 田新型 建材公 司 $ 9 5 矿粉 ； 减水剂 ： 上海建工麦斯特聚羧酸高效减水 剂 ； 水 ： 自来水 混凝 土配合 比见表 1 考虑 到 F ， S配 比 的水化程度较高 ， 将试验龄期定为 5 6 d ， 标准养护条件 表 1混凝 土 配 合 比 及抗 压 强 度 Ta b l e 1 M i x p r o p o r t i o n s a n d s t r e n g t h o f c o n c r e t e C1 C2 F S 2 0 6 2 0 0 2 1 O 1 6 8 1 2 试 验方法 A S T M C 1 2 0 2直流电量法为美 国试 验 与材料协 会标准试 验方 法 ， 其测试过 程为 ： 将 1 o 0 5 0 mm( 圆 柱体) 的混凝 土试块 进行 真空饱 水 ， 然 后置 于标 准夹 具中 ， 试验时在试件轴 向施加 6 O V直流 电压 ， 并 在试 件正、 负极两侧的试验槽内分别放置浓度为 0 3 mo l L 的 N a O H溶液和 3 9 6 ( 质量分数) 的 N a C 1 溶液 记 录 6 h 内通过试件的总电量 Q值 ， 并据此评价其渗透性 1 3试 验过程 将 C 1 ， C 2 ， F， S类 型的混凝 土 圆柱 试 块 ( 1 0 0 X 5 0 mm) 标 准 养 护 至 5 6 d后 ， 按不 同 的干 燥 方 式 再 分成 3 组 第 1 组 不 干燥 ， 直 接 进 行 AS T M C 1 2 0 2直 流 电量法试 验 ， 记 录 6 h电量 试验 结 束后 ， 保 留阳极 和阴极溶液 ， 采用莫尔 法 ( 以铬 酸钾 K C r O 为 指示 剂 的银 量法 ) 滴 定溶液 中氯离 子含量 ， 并 将试块 在 压 力试验 机上劈 开 ， 检测其 氯离子 渗透深 度 第 2 ， 3组分 别放人 烘箱 中 ， 于 6 0 ， 1 0 5下 干燥 7 d ， 再进 行与第 1 组相 同的测 试 同 时 ， 在试 块 干燥 7 d后称重得 G ， 真空饱水后， 称重得 G ， 得试块干 燥后 的饱水量 G 2 一G 2 试 验 结 果分 析 2 1 干燥对 混凝土导 电量 的影 响 表 2为 C 1 ， C 2 ， F， S试块 经 干 燥 处理 后 其 电 量 Q ： 与未 干燥 试块 电量 Q 的对 比， 以及试 块 干燥 后 的 饱 水 量 由表 2可 知 ， C 1 试 块在 6 0 ， 1 0 5下干燥 后 ， 其 导 电量都 明显 提高 ； C 2 ， F， S试块 在 6 O下 干燥后 ， 其导 电量 变化不 大 ， 而在 1 0 5下干燥后 ， 其导 电量 都明显提高 C 2试块干燥前后的电量均小于 C 1试 块， 这是 由于 C 2试块的水胶 比较 C 1试块小 ， 混凝 土更为 密 实 ， 抗 渗性 能更 好 ； 试块 F的水 胶 比较 C 2 试 块略大 ， 但是 由于掺加 了粉煤灰 ， 其干燥 前后 的 电 量仍小 于 C 2试块 有文 献 4 指 出 ， 活性矿物 掺和料 能显著改 善混凝 土 的孔 结 构 ， 微 观表 现 为其 总孑 L 隙 率下降 ， 孔径细 化 ， 混凝 土 结合 氯 离子 的能力 提 高 ， 从 而有利 于混凝 土导 电量 的降低 图 1为 4种 试块 在 不 同干燥 条件 下 的 电流一 时 间 曲线 由 图 1 可 知 ， 经 6 O 干燥 处 理 后 ， 高水 胶 比的 C 1 试 块 其初 始 电 流要 高于 未 干 燥试 块 ， 且 随 时 间上 升很 快 ； C 2 ， F和 S试 块在 6 0下 干燥 后 的 电量增长较小 ， 电流一 时间 曲线与未干燥试块相 比 差异很小 ， 说明此种情况下， 干燥对混凝 土抗渗性 能 的影 响 不 大 ； 在 1 0 5 下 干燥 处 理 后 ， 4种 试 块 的初始 电流 均 大 幅增 加 ， 且 过 程 中 电 流 随 时 间 的 增 长很 快 ， 导 电 量 提 高 的程 度 与 这 几 种 试 块 的水 胶 比或掺和料含量有关 混凝 土试 样 在 6 0 的环 境 下 ， 其凝 胶 孔 和 毛 细孔中的自由水蒸发 ， 对 G H凝胶没有影响 ， 但 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 7 2 4 建筑材料学报 第 1 3 卷 是对 于 高水胶 比的 C 1试块 而 言 ， 由于其 水 泥石 的 强度 和 密实度 较 低 ， 在 6 0较 长 时 间 的干 燥 过 程 中， 混凝 土 内部 可 能 还是 增 加 了微 裂 纹 ， 从 而导 致其导电量 明显增长 对于 1 0 5的干燥 方式 ， 4 种试块的导 电量都明显增 长， 本 文认为 这是 由于 其 中的 C _ H 凝 胶 开 始 部 分 脱 水 收 缩 、 水 泥 石 和 集 料 热膨 胀 的不 相 容 性 、 孔 隙蒸 汽 压 上 升 等 原 因 ， 引起 混凝 土 内部 微 裂 纹 扩 展 所 致 ， 这 也 是 造 成 混 凝 土 氯 离 子 迁 移 量 大 幅 增 加 的 原 因 干 燥 处 理 后 造成 混凝 土 损伤 的具 体 原 因还 需 要 更 细 致 的试 验 来 探 索 和证 实 表 2 混凝土千燥与未干燥电量对 比及干燥后的饱水量 T a b l e 2 Ch a r g e p a s s e d o f s p e c i me n o f d r y i n g a n d n o n - d r y i n g a n d s a t u r a t e d wa t e r c o nt e n t o f d r y i n g s p e c i me n s Ch a r g e p a s s e d n Ch a r g e p a s s e d o f d r y i n g s p e c i me n S a t u r a t e d wa t e r e o nt e n t o f Co d e o f n 0 n - d r y i n g u y 。 舱 ， Q 2 C d r y i n g s p e c ime n g ( Q1 ) C 眦im Q 。 C 诧 m p e c 一 C1 6 0 4 55 5 4 4 8 5 4 46 3 5 5 0 6 0 9 5 5 7 7 6 8 67 6 7 1 8 7 1 O 2 6 8 2 3 168 2 6 6 O 3 8 6 4 0 8 4 0 3 3 7 6 1 3 5 2 6 3 6 0 2 5 3 1 5 4 1 5 3 0 F 1 1 1 5 1 0 4 7 1 3 O1 3 5 9 3 4 6 3 7 9 S 6 7 3 6 2 7 6 9 1 6 41 6 0 6 1 7 2 O 1 6 6 7 1 759 由本文试验可见 ， 不掺矿物掺和料 的普通混凝 土当其水 胶 比在 0 4 2或 以下 时 ， 或掺加 矿 物掺 和料 的混凝 土当其水 胶 比在 0 4 9或 以下 时 ， 6 0 ( 7 d ) 的干燥 处理对 它 们 的抗 渗性 能 影 响很 小 ， 可 以作 为 气体渗透试验的干燥条件， 其可能带来 的误差有待 更多 的试验研究 。 混凝土的饱水量与其开 口孑 L 隙率直 接相关 ， 将表 2中基准混 凝土 C 1 ， C 2试块 干燥 后 的 电量 与饱 水量 作相关性分析， 可发现这两者的线性相关 系数高达 0 9 3 ； 将掺和料混凝土 F ， S试块干燥后 的电量与饱水 量作相关性分析 ， 可发现这两者的线性相关系数高达 0 9 9 混凝 土 干燥 后 的饱 水量 越大 ， 说 明其 干燥 后 的 开口孔隙率越高， 测得的混凝土导电量越大 由于饱 水量值较易获得 ， 因而可以考虑将饱水量作为评价混 凝土干燥后导电量乃至渗透性能的一个定量指标 此外 ， 根据电量试验后氯离子渗透深度的检测， 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 7 2 6 建筑材料学报 第 1 3 卷 表 3中氯离子渗透深度贯穿的试块 C 2 ( 1 0 5) ， F ( 1 0 5) ， S ( 1 0 5 ) 电量 约 为 l 5 0 0 4 0 0 0 C， 试 验 结束后 ， 它们 的阳极溶 液氯离子增加量约为 0 0 0 0 9 0 0 0 8 5 mo 1 与表 4数据 相 比 ， 在 电量水 平与 未干燥 试块 相近 的情 况 下 ， 干燥 试 块 阳极 溶 液氯 离 子增 加 量是 未 干燥 试块 的 1 O倍 左 右 因此 ， 当 氯离 子 渗透 深 度贯穿 之后 ， 干燥 试 块 的 电量水 平 并 不能 真 实 反 映其抗渗性 能 ， 电量 评 价标 准 已不适 于 评价 此 类试 块的渗透性 能 将氯离 子渗透 深度贯 穿试块 的 电量 与阴极 溶 液 氯离子减 少量和 阳极溶液 氯离子 增加量 作相关 性 分 析 ， 可发 现它们 的线性相 关 系数分 别 为 0 9 5 ， 0 9 9 ， 说明贯穿试块的电量越大 ， 其 阳极溶液氯离子增加 量越大 因此贯穿试块的电量可用以相对 比较其渗 透性能 的 高 低 ， 但 是 该 电 量 值 已 不 能 按 AS T M C 1 2 0 2的评价标准来衡量 在这种情况下 ， 将贯穿试 块的实 际氯离子 迁移量 作为 评价混凝 土干燥 后 渗透 性能 的一个指标 更为恰 当 由表 4可 见 ， 未 干燥 试块 的 6 h电量约 为 5 0 0 3 5 0 0 C， 电 量试 验 结 束 后 ， 其 阳极 溶 液 ( 下 游) 的氯 离子增 加量 约为 0 0 0 0 0 5 O 0 0 0 6 0 mo l ( 阳极 溶液 箱起 始氯 离子 数 为 2 2 O 1 0 一 mo 1 ) ， 阴极 溶 液 ( 上 游 ) 的氯离 子减少量 约为 0 0 0 4 0 0 1 2 mo l ( 阴极溶 液箱 起始氯 离子数 为 0 5 2 9 2 too 1 ) 图 2为 贯 穿 试块 C 1 ( 1 0 5) ， C 2 ( 1 0 5) ， F ( 1 0 5) 的电流一 时间曲线对 比 尽管它们的氯离子 渗透深 度均 为贯 穿 ， 但从 图 2及表 3可 以观察 到 ， 掺 加粉煤灰的混凝土其导电量及氯离子迁移量均明显 小 于基准混 凝土 ， 这 再 次验 证 了加 入 活性 掺 和 料能 有效 改善混 凝土 渗透性能 的观点 OO 5O O0 5 0 O0 5 0 oo 5 0 0 1 O 0 2 00 3 00 40 0 Ti me l n 图 2 贯穿试块的时 问一 电流曲线对 比 Fi g 2 Comp a r i s on of c hr o no a mp e r o me t r i c pl o t s a mon g s p e c i me ns p e n et r a t e d 3 结论 1 6 0 ， 7 d的 干燥 条 件 对 水 胶 比小 于0 4 2 且 不掺矿 物掺 和料 的基 准 混凝 土 和水 胶 比小 于 0 4 9 但掺加矿物掺和料 的混凝土导 电量影响很小 ， 该条 件可 以作 为气 体 渗 透试 验 的干 燥 条 件 ， 其 可 能带 来 的误差 有待更 多 的试验研 究 2 1 0 5 ， 7 d的干燥 处理 后 ， 混凝 土初 始 电流 、 导电量和氯离子迁移量有明显提高 ， 混凝土内部结 构受到损伤 ， 导致混凝土抗渗性能变差 应用此种条 件对混凝土进行干燥处理需要慎重 3 对于电量试验后氯离子渗透深 度贯穿 的试 块 ， 导 电量 评价标 准 已不适 于评 价 此类 试 块 的渗 透 性 能 试块 干燥 后 电量 与 其饱 水 量 或 氯离 子 迁移 量 问的相关性显著 ， 可以考虑将该饱水量或氯离子迁 移量作为评价混凝 土干燥后渗透性能的一个定量 指标 参 考文献 ： 1 L I ON M， S KOC Z YL AS F ， L AF HA J z， e t a 1 E x p e r i me n t a l 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m