谈如何改善高强混凝土抗氯离子渗透性能.pdf

第 3 7卷第4期 2 0 1 1 年 8月 四川建筑科学研究 S i c h u a n B u i l d i n g S c i e n c e 2 2 3 谈如何改善高强混凝土抗氯离子渗透性能 邓朝飞 ( 四川建筑职业技术学院， 四川 德阳6 1 8 0 0 0 ) 摘要： 高强混凝土抗氯离子渗透性能是衡量其耐久性的一个重要指标。作者从混凝土原材料着手 ， 在混凝土中掺入不同种 类 、 不同掺量的矿物掺合料( 粉煤灰、 矿渣、 硅灰等) ， 寻求改善高强混凝土抗氯离子渗透的措施。 关键词： 高强混凝土； 氯离子扩散系数； 矿物掺合料 中图分类号： T U 5 2 8 3 1 文献标识码： B 文章编号： 1 0 0 81 9 3 3 ( 2 0 1 1 ) 0 42 2 30 4 0 引 言 筋 的 篙 化 作 用 。 力 速 电 化 学 腐 蚀 的 阳 极 随着建筑业 的飞速发展 ， 高强混凝土在建筑工 程中的应用越来越广。高强混凝土耐久性问题一直 是材料科学与技术研究的重点之一。高强 昆 凝土的 耐久性直接影响建筑物的使用寿命。当然， 表征混 凝土耐久性能的指标很多， 作者仅就高强混凝土抗 氯离子渗透性能做了一些研究分析。 1 氯离子对混凝土的破坏作用 1 1 氯离子加速钢筋锈蚀的作用机理 混凝土中， 钢筋锈蚀机理分化学腐蚀和电化学 腐蚀， 一般情况下， 后者危害更大。 化学反应表达式如下： 阳极 ： F e - 2 e _ + F e “ 阴极 ： O 2 + 2 H 2 O+ 4 e O H F e + 2 O H一 _ + F e ( O H) 2 F e 2 0 3 ， F e 3 0 4 ( 铁 锈) 在碱性条件下， 钢筋表面存在一层致密的钝化 膜， 能阻止上述阳极反应， 保护钢筋不锈蚀。但当混 凝土中碱度下降时， 钝化膜不稳定， 腐蚀微电池就会 在破坏处形成 ， 使钢筋锈蚀 。 当钢筋所处环境中含有氯离子时 ， 能大大加快 电化学腐蚀的速度 ， 其作用机理为： 1 ) 破坏金属钝化膜。氯离子到达金属表面 ， 吸 附于钝化膜上， 使混凝土局部的碱性降低， 破坏钝 化膜。 2 ) 导电作用。氯离子的存在， 降低了混凝土的 电阻， 加速钢筋的电化学腐蚀速度； 氯化物还提高了 混凝土的吸湿性， 同样能降低混凝土的电阻， 加速钢 收稿日期： 2 0 1 0 - 0 8 - 2 5 作者简介： 邓朝飞( 1 9 7 4一) ， 男， 湖南衡东人， 硕士研究生， 讲师， 研 究方向为建筑材料应用。 E ma i l ： De n g c f 0 8 3 8 1 6 3 c o m 反应 。 1 2混凝土抗氯离子渗透的影响因素 混凝土抗氯离子渗透的影响因素主要与混凝土 配合比、 混凝土内部孔隙率和孔隙液组成等有关。 1 2 1 混凝 土 配合 比 水灰 比 水灰比增大， 混凝土内部孔隙率也随之增大， 对 氯离子扩散的阻碍作用减小。所 以， 水灰 比在一定 程度上能反映混凝土的密实度。一般随着混凝土水 灰 比的增大 ， 氯离子扩散系数也逐渐增大。 1 2 2混凝土孔隙碱度 一 些学者认为， 氯化物能破坏金属钝化膜， 不单 纯取决于钢筋周围混凝土孔隙液中游离氯离子浓 度， 更重要的是 c l 一 O H一 。H o u s m a n n在研究 中认为， 只要 c l 一 O H一 值不大于 0 6 ， 钢筋就 不会 被 激 活 。不 同 p H 值 溶 液 中， 钢 筋 去 钝 化 c I 一 O H一 临界值见表 1 。 表 1 钢材在不同 p H值碱溶液中开始去钝化的 C 1 一 O H一 篁 ： ： ： ! ： ： ! ： 临界值0 6 0 0 5 7 0 4 8 0 2 9 0 2 7 0 3 0 2主要原材料及试验方 法 2 1 主要原材料 2 1 1 水泥 四川双马水泥 P 5 2 5 R硅酸盐水泥， 配制 C 6 0 ， C 7 0混凝土 。 四川双马 水泥 P I I 6 2 5硅酸 盐水 泥 ， 配制 C 8 0混凝土。 2 1 2粉煤灰 成都博磊粉煤灰综合开发有限公司生产的 级 粉煤灰， 比表面积 2 7 6 0 e m g ， 经 2 h 磨细， 比表面 积 6 8 8 0 e m g ， 其化学成分见表2 。 2 2 4 四川建筑科学研究 第 3 7卷 表 2 粉煤灰的化学成分 ! ! ! 竺 ! ! 竺 垡 量 3 9 7 2 2 3 9 4 1 8 3 3 6 2 O 1 7 9 2 0 7 2 4 7 6 3 4 2 1 3矿渣 比表面积 6 1 6 0 c m g ， 经 2 h磨 细 ， 比表 面积 7 5 2 0 e l n g ， 其化学成分见表 3 。 表 3 矿渣 的化学成分 S i O 2 h l 2 0 3 F e 2 0 3 C a O Mg O T i O 2 S O 3 烧 失量 2 1 4硅灰 比表面积为 1 9 0 0 0 0 c m g ， 其化学成分见表4 。 表4 硅灰的化学成分 S i O 2 AI 2 03 F e 2 03 C a O iV l g O T i O 2 S O3 烧失量 9 4 7 3 0 9 4 1 2 3 O 5 0 0 7 9 1 0 6 2 1 5 细集料 中砂采用四川德阳绵远河砂， 细度模数 2 8 ， 堆 积密度 1 4 8 0 k g m 。 ， 表观密度 2 5 8 0 k g m ， 含泥量为 0 6 ， 泥块含量为 0 2 。 2 1 6粗 集料 碎石采用花 岗岩碎石 ， 粒径 范 围 52 0 m m 连 续级配， 针片状含量为 3 0 ， 含泥量为 0 3 ， 泥 块含量为0 O 。 2 1 7外加剂 成都华西外加剂厂生产的S P F高效减水剂。 2 2试验方法 2 2 1 混凝 土拌合 物 工作性 测 定 按 G B T 5 0 0 8 0 2 0 0 2 ( 普通混凝土拌和物性能 表5 试验用混凝土配合比 测试方法标准 标准测定。 2 2 2混凝 土抗压 强度 测 定 按 G B T 5 0 0 8 1 2 0 0 2 ( 普通混凝土力学性能试 验方法标准 标准测定。 2 2 3 混凝土抗氯离子渗透性能 采用直 径 1 0 0 mm， 厚 5 0 m m 的圆柱体 试件。 成型后 ， 在 2 0 5 室内静置 2 4 h脱模 ， 用钢丝刷 刷毛试件 的顶面和底面 ， 在 2 O 2 c I = 的 C a ( O H) 饱和溶液中养护至 2 8 d龄期。 通过测定混凝土的电荷量， 反映透过混凝土的 氯离子量， 并根据 N e ms e P la n k方程式推算出氯离 子的电迁移扩散系数， 即 C n：e ( 1 T i 一 V 2 o ) R ； D ：O 23 5 X 1 0一C2 0 式中D 试件氯离子扩散系数； R ； 测得试件电阻( Q) ； 饱和 C a ( O H) ： 溶液的温度， 以绝对温 度计 ； 0 对应 的绝对温度值 ， 等于 2 9 3 ； 常数 ， 取 2 1 3 0 。 3 粉煤灰对氯离子渗透性的影响 试验对象为 C 6 0 ， C 7 0 ， C 8 0混凝土， 粉煤灰采用 等量替代法， 分别替代水泥质量的5 ， 1 0 ， 1 5 ， 2 0 ， 2 5 ， 测定混凝土的氯离子扩散系数。混凝土 配合 比见表 5 。 3 1 试验 结 果 A A 编号的试验结果分别对应粉煤灰替代 水泥质量的 5 ， 1 0 ， 1 5 ， 2 0 ， 2 5 ； B ， C依此 表 6 粉煤灰对氯离子渗透性能影响的测试结果 类推 ， 粉煤灰对氯离子渗透性 能的测试结果和影响 见表 6 及如图l ， 2 所示。 3 2分析总结 由表6和图 1 ， 2 不难得出， 从混凝土组成材料 的角度分析， 粉煤灰细度与水泥颗粒的细度相近， 掺 入粉煤灰的填充作用不明显， 对混凝土的密实度改 变很小。所以， 在不同掺量下， 对混凝土的立方体抗 压强度影响不大； 混凝土 c l 一 扩散系数变化也不大， 邓朝飞： 谈如何改善高强混凝土抗氯离子渗透性能 2 2 5 图 1 粉煤灰对氯 离子渗透性能 的影 响 但还是存在一个较合理掺量。 4 双掺粉煤灰、 矿渣对氯离子渗透性 能的影响 试验配合比参照表 5 。粉煤灰、 矿渣总掺量为 水泥质量的2 0 ， 改变粉煤灰和矿渣的比例关系分 别为 2 ： 8 ， 4 ： 6 ， 5 ： 5 ， 6 ： 4 ， 8 ： 2 I ,- J - ， 测定 混凝土 的氯离 表 7 双掺粉煤灰、 矿渣对氯离子渗透性影响的测试结果 莹 、 爆 出 图2 粉煤灰掺量对高强混凝土强度的影响 子扩散系数。 4 1 试验结果 D 一D 编号的试验结果分别对应粉煤灰和矿 渣的比例关 系为 2 ： 8 ， 4 ： 6 ， 5 ： 5 ， 6 ： 4 ， 8 ： 2 时的结果 。 E ， F 依此类推， 对双掺粉煤灰、 矿渣对氯离子渗透性 能影响的测试结果见表 7 及如图3 ，4所示。 薹 詈 圣 簇 圣 图3 双掺粉煤灰、 矿渣对氯离子渗透性能的影响 4 2 分析总结 从表7和图3 ， 4可以看出， 当双掺粉煤灰、 矿渣 时， 在总掺量不变条件下 ， 由于粉煤灰和矿渣的细度 不同， 其微集料作用和潜在活性主要表现在： 1 ) 改善混凝土 内部 的孔 径分布和孔 的几何形 状 ， 孔径细化 ， 无害孔数量居多 ， 中间孔少 ； 2 ) 粉煤灰和矿渣的 S O ： 一含量极低， 使水化产 物结合 c l 一 受 s o l 一的影响比水泥小得多。 所以 ， 混凝土 2 8 d抗压强度普遍提高 2 MP a 左 右， 混凝土的C l 一 扩散系数明显降低。 表 8 硅灰对氯离子渗透性能影响的测试结果 图4 双掺粉煤灰、 矿渣对高强混凝土强度的影响 5 硅灰对氯离子渗透性能的影响 试验配合比参照表 5 ， 粉煤灰、 矿渣总掺量为水 泥质量的 2 0 ， 硅灰掺量为水泥质量的 5 ， 8 ， 测 定混凝土的氯离子扩散系数 。 5 1 试验 结 果 c G ： 编号的试验结果 分别对应硅灰掺量为 水泥质量的 5 ， 8 时的结果。H， I 依此类推， 硅 灰对氯离子渗透性能影响的测试结果见表 8 。 4 3 2 1 2 9 8 7 6 5 2 2 2 2 1 1 l l 1 一 N g2- 日 0 一 一 妊懈箍 龌骣 2 2 6 四川建筑科学研究 第 3 7卷 5 2分析 总 结 由表 8数据可以看出， 在双掺的基础上 ， 再加入 适 量硅灰 ， 能使氯离子扩散系数下降约一倍 ， 作用显 著。硅灰颗粒极细， 进一步改善了混凝土内部孔结 构， 并且， 硅灰具有高火山灰效应， 短时间内强度增 长明显， 有效提高了混凝土的致密性， 提高了混凝土 的抗侵蚀 能力。 表 9 磨细矿物对氯离子渗透性能影响的测试结果 6 磨细矿物对氯离子渗透性能的影响 前面的试验 中， 掺合料都是 以原状态进行试验 的。将粉煤灰和矿渣分别磨细， 粉煤灰比表面积为 6 8 8 0 e m g ， 矿渣比表面积为 7 5 2 0 c n l g 。 6 1 试验结果 配合比不变 ， 试验结果见表 9 。 6 2分析总结 掺人混凝土的掺合料越细 ， 其抗氯离子渗透性 越好 。磨细后 ， 矿物活性增强 ， 强度增长快 ， 微集料 填充效应更明显。 7 结 论 1 ) 单掺粉煤灰或矿渣 ， 掺量在 2 0 及 以下 ， 对 高强混凝土立方体抗压强度影响不大； 混凝 土密实 度变化不大 ， 混凝土抗氯离子渗透性能变化不明显 。 2 ) 双掺粉 煤灰 和矿渣 ， 总掺量 在 2 0 及 以下 时， 存在粉煤灰与矿渣的合适比例关系， 使高强混凝 土抗氯离子渗透性能大大改善， 且 2 8 d抗压强度提 高 2 MP a 左右。 3 ) 在双掺粉煤灰和矿渣 的基础上 ， 再掺人适 量 硅灰 ， 能使混凝土抗氯离子渗透性能大大改善 ， 远好 于高强混凝土抗氯离子渗透的平均水平， 且 2 8 d抗 压强度有所提高。 4 ) 磨细矿物掺合料， 也能改善其抗氯离子渗透 性能 ， 但能耗较大 ， 一般不可取 。 参 考 文 献： 冯乃谦， 邢峰 高性能混凝土技术 M 北京： 原子能出版 社 ， 2 O o o 冯乃谦， 牛全林， 等 混凝土耐久性病害综合症及其预防的研 究 J 中国水泥， 2 0 0 3 ( 1 0 ) ： 3 1 5 Ma l h o t m G G， Ca r r e tt e A， S i v a x u n da r a mD u r a b i l i t y o f c o tl C lt e AC I S P 1 2 6， 1 9 91 P o i t e v i n P L i me s t o n e a g g r e g a t e s c o n c r e t e ， u s e f u l n e s s a n d d u r a b il i t y Ce me n t a n d Co n c r e t e Co mp o s i t e s， 1 9 9 9， 21： 8 9-9 7 蒋家奋 矿渣微粉在水泥混凝土中应用的概述 J 混凝土与 水泥制品， 2 0 0 2 ( 3) ： 3 - 6 Ai t c i n P C，Ne v i l l e AHi g h P e r f o r ma n c e Co n c r e t e De my s i t i fi e d J ， C o n c r e t e I n t e r n a t i o n a l ， 1 9 9 3 ， 1 5 ( N I ) ： 2 1 - 2 6 王培锚 ， 陈志源， S c h o l a H 粉煤灰与水泥浆 体间界面 的形 貌特 征 J 硅酸盐学报， 1 9 9 7 ( 4 ) ： 4 7 5 - 4 7 9 1 J 1j 1 J 1 J 1j 1j 1 心