活性粉末混凝土损伤后的抗氯离子渗透性能研究.pdf

2 0 1 2 年 第 3 期 (总 第2 6 9 期 ) N u mb e r 3 i n 2 0 1 2 ( T o t a l No 2 6 9 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 理论研究 THE0RETI CAL RES EARCH d o i ： 1 0 3 9 6 9 8 i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 2 0 3 0 0 5 活性粉末混凝土损伤后的抗氯离子渗透性能研究 安明酷。李同乐 ( 北京交通大学 土木建 筑工程学 院，北京 1 0 0 0 4 4 ) 摘要： 通过对钢纤维体积含量为 0 、 2 的两种活性粉末混凝土试件分别加载至其峰值荷载的 0 、 6 0 、 7 0 、 8 0 的压力值来模拟不同 程度的损伤 ， 得到了试件在不同加载程度后加载度与基频振动频率之间的关系曲线， 然后用快速氯离子迁移系数法测得了不同加载程度 试件在受压损伤后的氯离子迁移系数， 得到了试件的氯离子迁移系数与加载度的关系曲线， 对得到的关系曲线分别进行了方程拟合， 并 对试验结果进行了分析和研究。 关键词： 活性粉末混凝土；峰值荷载；损伤；氯离子迁移系数；方程拟合 中图分类号 ： T U5 2 8 0 1 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 2 ) 0 3 0 0 1 5 - 0 3 R e s i s t a n c e t o c h l o r i d e i o n p e n e t r a t i o n o f r e a c t i v e p o wd e r c o n c r e t e a f t e r i n j u r y AN M i n g - z h e ， LIT o n g - l e ( S c h o o l o f Ci v i l E n g i n e e r i n g ， Be r i n g J i a o t o n gUn i v e r s i t y ， Be ij i n g 1 0 0 0 4 4 ， C h i n a ) Abs t r a c t ： Two k i n d s o f r e a c t i v e po wd e r c o n c r e t e s p e c i me n s wi t h s t e e 1 fi b e l v olume c o n t e n t 0 a n d 2 we r e 1 o a d e d t o t he p r e s s u r e o f0 6 0 7 0 ， 8 0 o f t h e p e a k l o a d t o s i mu l a t e d i ff e r e n t d e g r e e s o f i n j u r y ， the r e l a t i o n s h i p c u r v e b e t we e n t h e l o a d l e v e l a n d f u n d a me n t a l fr e q u e n c i e s o f s p e c i me n s l o a d e d a t d i ff e r e nt e x t e n t h a s b e e n f o u n d t h e n u s e t h e r a p i d c h l o ri d e mi gra t i o n( R C M ) me t h o d t o me a s ure t h e c h l o ri d e mi gra t i o n c o e ffi c i e n t o f s pe c i me n s ， o b t a i n e d the r e l a t i o n s h i p c u r v e b e tw e e n l o a d l e v e l an d c h l o rid e mi g r a t i o n c oe ffi c i e nt o f the s p e c i m e n s ， fi t t e d the e q u a - t i o n o ft h e o b t a i n e d c u r v e r e s pe c t i v e l y a n d t h e e x p e rime nta l r e s u l t s we r e a na l y z e d a n d s t u d i e d K e ywo r d s ： r e a c t i v e p o wd e r c o n c r e t e ； p e ak l o a d ； i n j u r y ； c h l o ri d e mi g r a t i o n c o e ffic i e n t ； e q u a t i o nfi t t i n g 0 引言 活性粉末混凝土是法国B o u y g u e s 实验室在 1 9 9 3年根据 密实堆积原理研制出的一种具有超高抗压强度的新型水泥基 复合材料 1 _ 。 由于剔除了粗骨料 ， 提高了组分的细度及活性 ， 使 得活性粉末混凝土的内部缺陷大为减少， 从而具有许多优良的 力学性能和耐久性能 。 有一些科研单位对活性粉末 昆 凝土的 耐久性能做了研究 - 8 ， 然而 目前对活性粉末混凝土耐久性的研 究主要局限在试件未受损伤条件下， 即在实验室养护好之后比 较理想的情况下进行， 此结果虽然能反映活性粉末混凝土良好 的耐久性 ， 但与实际工程有一定差别。 众所周知 ， 在实际工程中 构件在使用甚至施工过程中就要承受各种荷载， 而荷载会对构 件造成一定的损伤， 损伤又会影响到混凝土的耐久性。 在混凝土 结构所面临的耐久性腐蚀因素中， 氯离子的渗透侵蚀无疑是最 广泛的因素， 无论是北方寒冷气候下各种道路桥梁的除冰盐影 响， 或是西部盐碱地区的基础设施 ， 亦或是东南部沿海港口建 筑， 这些结构都暴露在氯离子的侵蚀之下 ， 因此， 研究活性粉末 混凝土在损伤之后的抗氯离子渗透能力就显得尤为重要。 本试 验分别对钢纤维掺量为 0和 2 ( 体积分数) 的两种活性粉末混 凝土材料进行了其峰值荷载的 0 、 6 0 、 7 0 、 8 0 四种幅值的定 荷加载来模拟不同的损伤程度， 采用 G B T 5 0 0 8 2 -2 0 0 9 ( 普通 混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准 陕速氯离子迁移系 收稿 日期 ：2 0 1 1 - 0 9 - 0 8 基金项 目：国家 自然科学基金 ( 5 O 5 O 8 O O 5 ) 数法( R C M) 来对各受损试件进行氯离子迁移系数的测定， 以此 来研究活性粉末混凝土在受到不同加载幅度后的损伤状况和 损伤之后的抗氯离子渗透性能。 1 试验准备 1 1 原材料 本试验采用的原材料有： 冀东水泥厂生产的盾石牌P O 4 2 5 级 水泥； 平均粒径为0 3 1 Iz m， 密度2 2 1 4 g c m3 , S i O 2 含量为8 2 2 的 硅灰； 河北某厂生产的粒径范围为 0 - 1 2 5 1 T I I T I 的石英砂 ； 直径 为 0 1 2 n l I n ， 长度为 1 2 1 3 mi l l 的镀铜钢纤维 ； 减水率为 2 9 ， 含固量 3 1 的新型非萘系高性能减水剂。 1 2配合 比 试验配合比见表 1 ， 配制的活性粉末混凝土水胶比为 0 2 ， 钢纤维体积含量分别为 0 、 2 。 表 1 活性粉末混凝土配合比 k g m3 1 3 试件制备 本试验试模采用直径为 1 0 0I T l l Y I 高为 2 0 0I Y I 的圆柱体试 模 ， 振捣成型后进行标准养护， 标养 3 6 h后拆模， 之后进行高温 蒸养 ， 6 8 h后取 出试件。 试验选取分l l ； I I 载至峰值荷载的 0 、 1 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 6 0 、 7 0 、 8 0 四个阶段作为不同的损伤程度。 从加载后的试 件中部切取两个直径 1 0 0 m m高度为( 5 0 + 2 ) n l n l 的小试件， 用 D T 1 2 动弹仪对切割完成的试件进行基频振动频率的测定， 以 此来评定试件的损伤状况。 2 试验方法及 结果 2 1 损 伤评 定 试验测得的基频振动频率经整理后如图 1 所示。 本试验中 加载度定义为所加荷载 峰值荷载。 O 0 2 O 4 O 6 0 8 加 载度 图 1 加载 度与基频振动频率的关系曲线 由图 1可以看出， 加入了2 ( 体积分数 ) 钢纤维的活性粉 末混凝土试件的基频振动频率比不加钢纤维的活性粉末混凝 土的基频振动频率要稍微低一点 ， 这也就是表明， 动弹性模量 要低一些。 产生这种情况的原因可能是钢纤维在活性粉末混凝 土内部的乱向分布会对超声波产生反射 ， 从而影响到其传播路 径。 本研究用指数模型 ， ， 扎 对基频振动频率随加载度 的衰减规律进行了拟合 ， 如图 2 所示， 相关性系数分别达到了 O 9 8 5 2 1 、 0 9 9 2 3 9 ， 说明拟合非常好， 表 2为拟合的方程。 褂 嚣 帽 蜷 瑚 3 6 6 0 N 3 6 4 0 糌 需 瑚 6 2 0 6 0 0 5 8 0 5 6 0 0 0 2 0 4 0 6 0 8 加载度 ( a ) 0 0 2 0 4 0 6 0 8 加载度 、( b ) 图 2 加载度与基频振动频率的拟合曲线 表2 加载度与基频振动频率的拟合方程 由基频振动频率和动弹性模量的关系可知， 动弹性模量与基频 振动频率的二次方成正比， 因此， 相对动弹性模量， ， 为加载后的基频振动频率 为加载前的基频振动频率 ， 损伤 度 D = I E。 图 3为加载度与损伤度之间关系曲线。 l 6 趟 蟋 0 0 2 0 4 0 6 0 8 加 载度 图 3 加载度与损伤度的关系曲线 从图3可以看出， 不掺加钢纤维的试件加载幅值达到 8 0 时， 相对动弹性模量减小到 8 2 ， 而加有钢纤维的试件加载幅 值达到 8 0 时， 相对动弹性模量只减少了 6 ， 可见随着加载度 的增大， 不加钢纤维的活性粉末混凝土试件的动弹性模量损失 的较快， 此现象表明钢纤维对改善活性粉末混凝土内部结构 ， 延缓微裂纹的发展， 减少动弹性模量的损失具有明显的作用。 从图 3中还可得出， 当加入钢纤维的活性粉末混凝土损伤度达 到 0 1 8时， 试件仍未破坏， 这说明其破坏荷载所对应的损伤度 要大于 0 1 8 ， 而普通混凝土的破坏时的损伤度大约为 0 1 3 2 t ， 由此可见活性粉末混凝土材料的优越性。 本研究用 o r i g i n软件 对加载度与损伤度的关系曲线进行了拟合 ， 得出了具体方程， 相 关性系数分别为 0 9 9 0 3 5和 0 9 9 0 4 0 ， 可见拟合效果良好， 拟合 曲线如图 4 所示， 拟合方程如表 3中所示。 0 0 7 0 0 6 、 O0 5 0 O 4 蠼 0 0 3 O O 2 O O 1 O 0 2 0 4 0 6 0 8 加 载度 ( a ) 加载 度 ( b ) 图4 加载度与损伤度的拟合曲线 表3 加载度与损伤度的拟合方程 2 2 氯离子迁移 系数的测定 试验前对试件用饱和 Ga ( O H) ： 溶液进行真空饱水。 本试验 采用 RC M- N T B型快速氯离子迁移系数测定仪， 试验阳极溶液 为 0 3 mo l L的Na O H溶液， 阴极溶液为质量分数 1 0 的Na C 1 溶液 ， 试验前首先测量好试件尺寸， 通电过程中记录好温度， 并 记录试验时间。 通电结束之后 ， 将试件放在劈裂试验机上进行劈 裂破坏， 然后在断面处喷洒 0 1 mo l L的 A g N O， 溶液， 待显色后 测量渗透深度。 将测定的试验初始温度和结束时温度的平均 加 H 加 O O 0 0 O 0 0 O 0 加 ：3 如 3 3 3 3 1J 3 3 3 3 N H ， 褂鬃稃蜷鬃醐 加 硌： 2 O O 0 0 0 O 0 0 O 0 湖咖瑚 枷枷 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 值 ， 试件的高度 ， 试验所加电压 U， 测得的氯离子平均渗透 深度X ， 以及试验持续时间 t 代人规范中的公式： D Xd - 0 0 2 3 8 v ( 2 7 3 + T 2 ) L Xd 一 )( 1 ) 此处在输入电压值 u时应注意 ， 根据 Mc G r a t e t“ 电解电压 降的理论研究表明， 由于电极和溶液之间存在着电解反应 ， 因此 加在两个电极之间的电压并不等于加在两个试件之间的电压 ， 事实上电极之间的电压通常要比试件之间的电压大 1 2 V， 在 本试验中考虑电解电压降的影响， 将电压值统一减小 1 5 V。 试 验测定的各试件氯离子迁移系数如图 5 所示。 加载度 图 5 加载度与氯离子迁移系数的关系曲线 表 4 加载度与氯离子迁移系数 的拟合方程 由图 5 可以看出随着加载度的提高， 两种活性粉末混凝土 试件的氯离子迁移系数都逐渐增大， 可见损伤会造成混凝土内 部微缺陷的发展， 从而影响到其耐久性。 这也充分说明试验加 载的损伤起到了一定作用， 不同损伤度对氯离子迁移的影响已 经实现， 但损伤与未损伤的试件的氯离子迁移系数均保持在同 一 个数量级 ， 说明， 活性粉末混凝土材料在加载至峰值荷载的 8 0 的情况下 ， 内部结构并没有发生剧烈的变化 ， 即未产生连通 的裂纹、 孔隙等对耐久性有严重威胁的损伤。 从图 5 还可看出， 不加钢纤维的活性粉末混凝土的氯离子迁移系数要普遍大于 同加载度的加有钢纤维的活性粉末混凝土的值。 在活性粉末混 凝土中加入钢纤维主要是为了增强其韧性 ， 提高塑性变形能 力， 虽然钢纤维本身也极易受到氯离子腐蚀 ， 但是由于搅拌时 钢纤维的随机排列使得活性粉末混凝土中钢纤维成乱向分布， 比表面积很大， 很难形成高能量的电池效应 8 1 ， 再加上钢纤维良 好的阻止微裂纹发展的能力 ， 使得钢纤维对提高活性粉末混凝 土材料的密实度 ， 增强其抵抗氯离子渗透的能力有很大的帮 助。 本研究用幂函数 ， ， 4 。 r 对加载度与氯离子迁移系数 的关系曲线进行了拟合， 拟合曲线如图 6 所示。 所得方程如表 4 所示 。 离子迁移系数的拟合曲线 【 3 】 李忠， 黄利东 钢纤维活性粉末混凝土耐久性能的研究 J 混凝土与 3结 论 ( 1 ) 随着加载度的提高 ， 两种活性粉末混凝土试件的基频 振动频率均逐渐减小 ， 损伤度逐渐增加 ， 钢纤维活性粉末混凝 土试件比不加钢纤维的活性粉末混凝土的减小和增加幅度都 要小 ， 说明钢纤维对改善活性粉末混凝土材料内部结构， 提高 其承载力有一定的帮助。 ( 2 ) 随着加载度的提高， 两种活性粉末混凝土试件的氯离 子迁移系数也随之增大 ， 但仍保持在同一数量级， 说明 8 0 的 加载度并没有在试件的内部产生连通的微裂纹和孔隙。 活性粉 末混凝土在受损之后的耐久性仍然良好。 钢纤维活性粉末混凝 土的氯离子迁移系数普遍小于相同加载度的不掺加钢纤维的 活性粉末混凝土的数值。 说明钢纤维对提高活性粉末混凝土材 料的抗氯离子渗透能力具有积极作用。 参考文献 ： 1 】R I C H AR D P ， C HE YR E Z Y MC o mp o s i t i o n o f r e a c t i v e p o w d e r c o n c r - e t 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 ， 1 9 9 5 ， 2 5 ( 7 ) ： 1 5 0 1 1 5 1 1 2 安明酷， 杨新红， 王军民， 等R P C材料的耐久性研究叽 建筑技术， 2 0 0 7 ， 3 8 ( 5 ) ： 3 6 7 3 6 8 水泥制品， 2 0 0 5 ( 6 ) ： 4 2 - 4 3 4 未翠霞， 宋少民 大掺量粉煤灰活性粉末混凝土耐久性研究 J 新型 建筑材料， 2 0 0 5 ( 9 ) ： 2 7 3 0 5 5杨吴生， 黄政宇 活性粉末混凝土耐久性能研究 J 】 混凝土与水泥制 品， 2 0 0 3 ( 1 ) ： 1 9 2 1 6 宋少民， 未翠霞活性粉末混凝土耐久I眭研究 J 】 混凝土， 2 0 0 6 ， ( 2 ) ： 7 2 -7 4 【 7 MA Tr E V， MO R A N V I L L E M D u r a b i l i t y o f r e a c t i v e p o w d e r c o mp o s i t e s ： i n f l u e n c e o f s i l i c a f u me o n t h e l e a c h i n g p r o p e r t i e s o f v e r y l o w w a t e r b i n d e r p a s t e s 叨 C e m e n t a n d C o n c r e t e C o m p o s i t e s ， 1 9 9 9 ( 2 1 ) ： 1 - 9 8 8 施惠生， 施韬， 陈宝春， 等 掺矿渣活性粉末混凝土的抗氯离子渗透 性研究 J 】 同 济大学学报， 2 0 0 6 ， 3 4 ( 1 ) ： 9 3 9 7 9 】 G B I T 5 0 0 8 2 -2 0 0 9 ， 普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标 准【 s 】 E 京 ： 中国建筑工业出版社， 2 0 0 9 【 1 0 】 邓爱民， 徐道远， 符晓陵， 等 混凝土单轴拉伸损伤试验研究叨 合肥 工业大学学报， 2 0 0 3 ， 2 6 ( 1 ) ： 7 7 8 0 1 1 MC G RA T H P， H OO T O N R D I n fl u e n c e o f v o l t a g e o n c h l o r i d e d i ff u s i o n c o e ffic i e n t s f r o m c h l o ri d e mi g r a t i o n t e s t s 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 6 。 2 6 ( 8 ) ： 1 2 3 9 1 2 4 4 作者简介： 联系地址： 联系电话 ： 安明醅( 1 9 7 0 - ) ， 男， 教授， 研究方向： 新型结构材料及应用。 北京市海淀区上园村 3 号 北京交通大学土木建筑工程学 院( 1 o 0 0 4 4 ) 01 0 5 1 6 8 8 23 7， 1 7 O 9 8 7 6 5 4 一 ， zg 0 H 一 、 籁 簿坩 褪蟥 0 9 8 7 6 5 4 目 0 _【 一 、 楼崩 链艟 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m