荷载裂缝对混凝土中氯离子扩散的影响.pdf

2 0 1 5年第 2期 (总 第 3 0 4期) Nu mb e r 2 i n 2 0 1 5 ( T o t a l N o 3 0 4) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 T HEORETl CAL RES EARCH d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 5 0 2 0 0 2 荷载裂缝对混凝土 中氯离子扩散 的影响 付传清 ，卢沈杰 ， 金贤玉 “ ，周欣竹 ( 1 浙江工业大学 建筑工程学院， 浙江 杭州 3 1 0 0 1 4 ； 2 浙江大学 a 航空航天学院； b 建筑工程学院， 浙江 杭州 3 1 0 0 0 7 ； 3 浙江省工程结构与防灾减灾技术研究重点实验室， 浙江 杭州 3 1 0 0 1 4) 摘要 ： 混凝士结构中的荷载裂缝会缩短氯离子向钢筋表面传输的路径 ， 导致钢筋局部脱钝起锈。 采用二次加载法制作了 8个 带有 一然开裂裂缝的普通混凝土( C O) 和掺加矿粉混凝土( C S ) 试件 ， 在恒温、 盐水浸泡条件下进行开裂混凝土中的氯盐传输试 验 将硝酸银 显色法和电子探针扫描技术分别应用于定位裂缝周围区域氯离子的分布范围和测定氯离子浓度。 结果表明 ， 带有 自然 裂裂缝的混凝土试件 可用于非稳态氯盐传输试验； 裂缝中氯离子浓度存在梯度 ， 裂缝宽度增大浓度梯度变小 ； 而缝宽增大 会 致裂缝深度增加， 因此对氯离子扩散的影响提高 ； 混凝土中掺加矿粉有利于抑制氯离子的传输 ， 对提高混凝土结构服役寿命 仃利 研究成果可为建立更加准确的开裂混凝土氯离子传输模型提供参考。 关键词 ： 混凝土； 裂缝； 氯盐； 扩散 中图 分类 号 ：T U 5 2 8 01 文献标 志码 ：A 文章编 号 ：1 0 0 2 3 5 5 0( 2 0 1 5 ) 0 2 0 0 0 4 0 6 l n f l u ence of I oad c r ack on chl or i de di f f usi on i n c oncr e t e FU Ch u a n q i n g 1 ,2 a ,3 ，Lu S h e n j i e。 ， J I N Xi a n y u ， Z HOU Xi n z h u ( 1 Co l l e g e o f C i v i l E n g i n e e r i n g a n d Ar c h i t e c t u r e ， Z h e j i a n g Un i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y， Ha n g z h o u 3 1 0 0 1 4， C h i n a ； 2 a S c h o o l o f Ae r o n a u t i c s a n d As t r o n a u t i c s ； b 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 a n d Ar c h i t e c t u r e， Z h e j i a n g Un i v e r s i t y Ha n g z h o u 3 1 0 0 0 7， Ch i n a ； 3 Z h e j i a n g Re s e a r c h La b o r a t o r y o f B u i l d i n g a n d Ci v i l E n g i n e e r in g S t r u c t u r e s a n d Di s a s t e r P r e v e n t i o n a n d Mi t i g a t i o n E n g i n e e r i n g ， Ha n g z h o u 3 1 0 0 1 4， C h i n a ) Abs t r ac t： Cr a c k s e x i s t e d i n r e i n f o r c e d c o n c r e t e s t r u c t u r e u n d e r l o a d i n g wi l l s h o r t e n t he c h l o rid e d i ffu s i o n p a t h， wh i c h wi l l c a u s e s t e e l c o r r o s i o n i n t h e c o n c r e t e c r a c k z o n e I n p r e s e n t s t u d y， 8 s p e c i me n s o f o r d i n a r y c o n c r e t e( CO) a n d g r a n u l a t e d b l a s t f u ma c e s l a g mi x e d c o n c r e t e ( CS ) w i t h n a t u r a l c r a c k w e r e p r e p a r e d， a n d t h e c r a c k i n t h e s p e c i me n wa s p r o d u c e d b y s e c o n d a r y l o a d i n g me t h o d T h e c h l o r i d e di ffu s ion t e s t wa s c o n d u c t e d i n t h e c o n s t a n t t e mp e r a t u r e a nd s a l t wa t e r i mme r s i ng c o n d i t i o n Ch l o r i d e i o n s d i s t r i b u t i o n r a n g e a n d c h l o r i d e c o n c e n t r a t i o n wa s d e t e rmi n e d b y s i l v e r n i t r a t e c h r o mo g e n i c m e t h o d a n d s c a nn i n g e l e c tro n p r o be a n a l y s i s， r e s p e c t i v e l y Th e t e s t r e s u l t s i n di c a t e d t h a t s pe c i m e ns wi t h n a t u r a l l o a d c r a c k c a n b e u s e d t o n o n s t e a d y c h l o r i de t r a ns p o r t t e s t Ch l o r i d e c o n c e n t r a t i o n g r a di e n t a p p e a r s i n t h e c r a c k s u r f a c e， i n wh i c h t h e g r a d i e n t d e c r e a s e d wi t h c r a c k wi d t h i n c r e a s i n g Cr a c k d e p t h i s a f f e c t e d b y t h e c r a c k wi d t h， S O， t h e c hl o r i d e di f f u s i o n d e p t h i s c o r r es p on d i n g l y a f f e c t e d b y t h e c r a c k wi d th Gr a n u l a t e d b l a s t f u r n a c e s l a g m i x e d i n c o n c r e t e i s b e n e f i c i a l f o r c hl o r i d e d i f f us i o n r e s i s t a n c e a b i l i t y a n d i mp r o v i n g t h e c o nc r e t e s t r uc t u r e s e r v i c e p e r f o r m a n c e Th e r e s e a r c h r e s u l t s c a n be a r e f e r e n c e t o e s t a b l i s h a a c c u r a t e c h l o r i d e di f f us i o n mo d e 1 Ke y wor ds： c o n c r e t e； c r a c k； c hl o rid e s a l t ； di ffu s i o n 0 引言 混凝上构件在服役过程 中不 可避免地会产 生荷载裂 缝。 对于氯盐侵蚀环境下 的混凝 土结构 ， 裂缝 的存在会缩 短侵蚀介质 向钢筋表 面的传 输路径 ， 提高 混凝 土的渗 透 性 ， 从而加快钢筋 的脱钝锈蚀 ， 影响结构的服役寿命 。 研究混凝上裂缝对侵蚀介质传输过程 的影响 ， 通常将 裂缝宽度作为一个重要参 数 ， 因而带裂缝混凝土试件 的制作方法是 试验 研究 的关 键。 R o d r i g u e z 和 Ma r s a v i n a 等 “采用带预制裂缝 的混凝 土试 件 ， 研 究 了开 裂混凝 土 中氯 离 子 的 分 布 规 律。I s ma i l等 制 作 裂 缝 宽 度 为 6 3 2 5 tx m的环形砂浆试件 ， 研究裂缝对砂浆试件氯盐传输性 能的影响。 结果表 明， 当裂缝宽度小 于 3 0 m 时 ， 裂缝 的 存 在不会对氯盐传输造 成影响 。 T a k e w a k e等 通过 对l开 裂混凝土进行氯盐传输研究 ， 认 为裂缝宽度小于 5 0 fx t n时 裂缝影响很小 。 D j e r b i 等 则采用劈拉开裂的方法制作了 裂缝宽度为 3 0 2 5 0 m 的带有贯通裂缝 的混凝土试件 ， 进 行了氯离子传输试验， 得到了“ 当裂缝宽度大于 8 0 m 时 ， 裂缝 内氯离子浓度与直接暴 露于氯盐溶液 的混凝土表 面无异” 的结论。 Wi n等” 和 Wi t t m a n n 等通过浇 筑钢 筋混凝 土试件 ， 施加荷载使之 产生弯拉应力 ， 从而在 受拉 区产生裂缝 ， 研 究混凝 土开裂 区 的氯盐传 输规律 。 G a g n e 收 稿 日期 ： 2 0 1 4 0 7 0 6 基 金项 目： 国家 重 基础研究发展 汁划资助 ( 9 7 3计划 ) ( 2 0 1 5 C B 6 5 5 1 0 0 ) ； 围家 自然科学基金 ( 5 1 3 0 8 5 0 3 ) ； 中 玛 博 士后基金资 助( 2 0 1 4 M5 5 1 7 4 3 ) ； 浙 I 省教仃厅 高校科研项 日( Y 2 0 1 3 3 0 0 6 0 ) 4 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 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 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m O 4 0 0 3 5 0 3 0 0 25 藿0 2 0 谴 0 1 5 O 1 O 0 05 O 5 距 裂缝表 面距离 mm f a ) 裂缝 宽度0 1 0 n l n l 2 0 O 5 1 O 1 5 2 O 距 裂 缝 表 回距 离 mm ( a ) 裂缝宽度0 1 5 mm 图 1 0垂直于裂缝表面方向的氯离子分布 ( 3 ) 裂 缝 宽度对 氯离 子传 输过 程影 响显 著。 缝 宽为 0 0 5 mm的开裂混凝土试件 ， 在 盐水 中浸 泡 6 0 d后 ， 混凝 土开裂 区域氯离子扩散深度 比未开裂区域大 3 0 m l T l 。 可以 推断， 裂缝宽度小于 0 0 5 m m 时 ， 对氯盐传输 仍然有一定 影 响。 沿裂缝深度方向存在氯离子浓度 梯度 ， 随裂缝宽度 增加 ， 该浓度梯度逐渐减小 。 裂缝宽度越 大 ， 裂缝深度也越 大 ， 因此 ， 即便在缝宽为 0 2 0 m m 的裂缝中 ， 也会存在浓度 梯度 。 该浓度梯度随浸泡时间延长而减小 。 ( 4 ) 掺加矿粉能抑制混凝土中的氯盐传输， 提高混凝 土的氯离子结合能力有利 。 在裂缝宽度和深度相 同的条件 下 ， 与 C O混凝土相 比， C S混凝 土能够减小与裂缝交叉部 位混凝土的脱钝面积 ， 延长混凝土结构 的服役 寿命 。 参考文献 ： 1 WA N G K， J A N S E N D C， S H A H S P ， e t a 1 P e r me a b i l i t y s t u d y o f c r a c k e d c o n c r e t e J C e me n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 1 9 9 7 ， 2 7 ( 3 ) ： 3 8 1 9 3 2 3 G I R A R D B， B R E Y S S E D， A MMO U C H E A， e t a 1 C r a c k i n g a n d p e rm e a b i l i t y o f c o n c r e t e u n d e r t e n s i o n J Ma t e ri a l s a n d S t r u c t u r e s ， 1 9 9 6 ， 2 9 ( 3 ) ： 1 4 1 5 1 3 G 色 R A R D B， MA R C H A N D J I n fl u e n c e o f c r a c k i n g o n t h e d i f f u s i o n p r o p e r t i e s o f c e me n tb a s e d ma t e da l s ： P a r t I ： I n flu e n c e o f c o n t i n u o u s c r a c k s o n t h e s t e a d y s t a t e r e g i me J C e m e n t a n d 上接第 3页 2 0 0 5 ， 2 7 ( 1 ) ： 7 7 8 4 6 高小建 ， 马保国， 邓红卫， 等 胶凝材料组成对混凝土 T S A硫酸 盐侵蚀的影响 J 哈尔滨工业大学学报 ， 2 0 0 7 ， 3 9 ( 1 0 ) ： 1 5 5 4 1 5 58 7 马保国 ， 高小建， 何忠茂 ， 等 混凝土在 s o 一 和 c o 23 一共同存在 下的腐蚀破坏 J - 1 硅酸盐学报 ， 2 0 0 4 ， 3 2 ( 1 0 ) ： 1 2 1 9 1 2 2 4 8 N O d A N， J I N Z H T h e r m a l s t r e s s i n t e n s i t y f a c t o r s f o r a c r a c k i n a s t ri p o f a f u n c t i o n a l l y g r a d i e n t m a t e ri a l J I n t J S o l i d s S t r u c t ， C o n c r e t e R e s e ar c h ， 2 0 0 0 ， 3 0 ( 1 ) ： 3 7 4 3 4 F U C， J I N X， J I N N Mo d e l i n g o f c h l o ri d e i o n s d i f f u s i o n i n c r a c k e d c o n c r e t e c E a r t h a n d S p a c e 2 0 1 0 ， H a w a i i ， U S A， 2 0 1 0 ： 35 7 93 58 9 R ODR I GUE Z O G， HOOT ON R D I n fl u e n c e o f c r a c k s o n c h l o r i d e i n g r e s s i n t o c o n c r e t e J A C I Ma t e r i a l s J o u r n a l ， 2 0 0 3 ， 1 0 0 ( 2 ) ： 1 2 0 1 2 6 6 3 MA R S A V I N A L ， e t a 1 E x p e ri m e n t a l a n d n u me ri c a l d e t e r mi n a t i o n o f th e c h l o r i d e p e n e t r a t i o n i n c r a c k e d c o n c r e t e r J C o n s t r u c t i o n a n d Bu i l d i n g Ma t e ri a l s ， 2 0 0 9， 2 3 ( 1 )： 2 6 42 7 4 I S MA I L M， T O U MI A， F R A N C O I S R ， e t a 1 E f f e c t o f c r a c k o p e n i ng o n the l o c a l d i f f u s i o n o f c h l o rid e i n c r a c k e d mo r t a r s a m p i e s J C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 0 8 ， 3 8 ： 3 8 1 3 9 3 r f ； T A K E WA K E K， Y A MA G U C H I T， MA E D A S S i m u l a t i o n mo d e l f o r d e t e ri o r a t i o n o f c o n c r e t e s t ru c t u r e s d u e t o c h l o r i d e a t t a c k J J o u r n a l o f A d v a n c e d C o n c r e t e T e c h n o l o g y ， 2 0 0 3 ， 1 ( 2 ) ： 1 3 9 1 4 6 9 3 D J E R B I A， B O N N E T S ， K H E L I D J E T A， e t a 1 I n fl u e n c e o f t r a y e r s i n g c r a c k o n c h l o ri d e d i f f u s i o n i n t o c o n c r e t e 1 J 1 C e me n t a n d C o n c r e t e Re s e a r c h， 2 0 0 8， 3 8 ( 6 )： 8 7 78 8 3 1 0 WI N P P ， e t a 1 P e n e tr a t i o n p r o f i l e o f c h l o ri d e i o n i n c r a c k e d r e i n f o r c e d c o n c r e t e J C e me n t a n d C o n c r e t e R e s e arc h ， 2 0 0 4 ， 3 4 ： 1 0 73 1 0 7 9 1 1 WI T T MA N N H F O L K E R， Z H A O T I EJ U N， G U O P I N G G O N G， e t a 1 P e n e t r a t i o n o f c h l o ri d e i n t o c r a c k e d c o n c r e t e c I n t e r n a t i on a l Co n f e r e n c e o n Du r a b i l i t y o f Co n c r e t e S t r u c t u r e s ， Ha ng z ho u， Ch i n a， 2 0 0 8： 1 7 21 81 1 2 G AG N E R， F R A NC O I S R， MA S S E P C h l o r i d e p e n e tr a t i o n t e s t i n g o f c r a c k e d m o rt a r s a mp l e s C P r o c e e d i n g s o f t h e T h i r d I n t e r n a t i o n a l Co n f c r e n c e on Co n c r e t e Und e r S e v e r e Co n d i t i o n s CONS EC01， Ca n a d a， 2 0 01： 1 9 82 0 5 1 3 付传清， 金南国， 金贤玉 ， 等 混凝土试件自然裂缝产生装置研 制及应用 J 试验技术与管理 ， 2 0 1 4 ， 3 1 ( 5 ) ： 7 5 7 9 r 1 4 N O R D T E S T ME T H O D N T B U I L D 4 9 2 C o n c r e te ， m o r t ar a n d c e me n t b a s e d r e p a i r ma t e ria l s ：c h l o rid e mi g r a t i o n c o e ffi c i e n t f r o m n o n s t e a d y s t a t e mi g r a t i o n e x p e ri me n t s s p u b l i s h e d b y No r d t e s t ， 1 9 9 9 1 5 J E N S E N O M， H A N S E N P F ， C O A T S A M， e t a 1 C h l o ri d e i n g r e s s i n c e m e n t p a s t e a n d m o r t ar J C e me n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 1 9 9 9 ， 2 9 ( 9 ) ： 1 4 9 7 1 5 0 4 1 6 彭智 干湿循环与荷载耦合作用下氯 离子侵蚀混凝土模型研 究 D 杭州 ： 浙江大学 ， 2 0 1 0 作者简介 联 系地 址 ： 联 系电话 ： 付传清( 1 9 8 2) ， 男， 博士 ， 讲师 ， 主要从事混凝土结 构性能研究。 杭州市浙江大学紫金港校区安中大楼 A 6 3 1 ( 3 1 o o 5 8 ) 1 5 0 8 8 6 82 6 9 4 1 9 9 3， 3 0： 1 0 3 9 1 0 5 6 作者简介 联 系地 址 ： 联 系电话 ： 马保国( 1 9 5 7一) ， 男 ， 工学博士 ， 国家二级教授 ， 博士生 导师， 从事新型胶凝材料、 高强与高性混凝土新型墙体 材料与建筑节能及工业废弃物再资源化的应用研究。 湖北省武汉市珞狮路 1 2 2号 武汉理工大学( 4 3 0 0 7 0 ) 0 2 7 8 71 6 0 9 5l 9 如 如 加 0 O 0 O 0 0 O 0 O 0 烂 犍嗝 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m