受拉荷载作用下混凝土氯离子渗透性试验方法研究.pdf

邓宏卫等 ： 受拉荷载作用下混凝土氯离子渗透性试验方法研究 3 受拉 荷载 作用下混凝 土氯 离子 渗透性 试 验 方 法 研 究 邓宏卫 ， 曾京生 ， 【 1 哈尔滨工业大 学土木 学院。 哈尔滨1 5 0 0 0 1； 2 郑俊 ， 杨树凯 中交集 团第一公路工程局有 限公司 ， 北京1 0 0 0 2 4) 【 摘要】 文中介绍了基于氯离子在混凝土中扩散的直流电量法 ， 详细介绍了 自主研制的荷载作用下的氯 离子渗透试验。另外， 采用荷载作用下氯离子渗透试验研究了拉应力作用下混凝土的渗透性， 随着拉应力比的增 加 ， 混凝土的电通量增加显著。 【 关键词】 混凝土； 渗透性 ； 氯离子扩散； 测试方法 【 中图分类号】 T U 5 2 8 0 f 文献标识码】 B 【 文窜编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 0 ) 1 0 0 0 0 3 0 3 TES TI NG M ETHoD F oR CHLoRI I ) E I oN P ERM AB I TY oF CoNCRETE UNDER TENS E Lo AD D ENG Ho n g we l一，Z E NG J i n g s h e n g ，Z HE NG J u n ， YANG S h u k a i ( 1 S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e ri n g ， Ha r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y ，H a r b i n 1 5 0 0 0 1 ， C h i n a ； 2 C h i n a F i r s t Hi g h w a y E n g i n e e ri n g C o ，L t d ， B e i j i n g 1 0 0 0 2 4， C h i n a ) Ab s t r a c t ： P e r me a b i l i t y o f c o n c r e t e d i r e c t l y r e fle c t s t h e a bi l i t y t o r e s i s t a l l k i nd s o f h a r mf u l i o n i n t r u s i o nw h i c h i s a c o mp r e h e n s i v e i n d e x c h a r a c t e ri z i n g d u r a b i l i t y a n d s e r v i c e l i f e o f c o n c r e t e 1 h e t e s t me t h o d s f o r c hl o r i d e i o n p e r me a bi l i t y o f c o n c r e t e v a r i e d wi t h th e d e v e l o p me n t o f c o n c r e t e s c i e n c e a nd t e c hn o l o g y 1 1 h i s a r t i c l e p r e s e n t e d a b r i e f i n t r o d u c t i o n o f c h l o r i d e i o n d i f f u s i o n t e s t me t ho d i n c o n c r e t e d i r e c t c u r r e n t me t h o d An d the t e s t me t h od f o r c h l o ri d e i o n p e n e t r a t i o n o f c o n c r e t e u n d e r t e n s i l e l o a d wa s di s c u s s e d i n d e t a i l Th e r e s u l t s i n d i c a t e d tha t山e e l e c t r i c flu x o f c o n c r e t e i nc rea s e d s i g n i fi c a nt l y a s i n c r e a s i ng the t e n s i l e s t r e s s r a t i o Ke y wo r ds： c o n c r e t e；p e rm e a b i l i t y；c h l o rid e i o n di ffu s i o n；me a s u r i ng me t h o d 混凝土渗透性方法测试很多， 但是随着高性能混凝士 ( H P C ) 技术的迅速发展， 过去的一些测试方法变得越来越 不适用 ， 很多学 者正致 力 于 寻找 更能 反映 材 料本 身性 能 的 快速测试方法。其中， 通 电增加氯离子渗透速度的试验方 法被很多国家和研究人员采用。一般来说 ， 抗氯离子渗透 性好 ， 就意味着抗水及抗气体渗透性好； 反之亦然。混凝土 氯离子扩散渗透性试验方法多种多样 I 9 J ， 每种方法都有 自 身的优缺点。缩短混凝土渗透性试验的周期、 最大限度降 低混凝土试件的预处理对混凝土内部结构的影响以及降低 试验过程中混凝土与所处介质环境的温升 ， 均是混凝土渗 透性 试验方 法提 升的关 键 。但 是 ， 实 际工 程 中的 混凝 土都 是在 荷载和外部 有 害介质 共 同作 用下 工作 ， 这 与 实验 室无 荷载作用 下单一 因素 对混 凝土 的性 能影 响 差别 很 大 ， 从 而 导致 实际工 程 的使 用 寿命 远 远低 于设 计 和 预测 的 使 用 寿 命 。因此 ， 研究 荷载 作用 下混 凝 土的 渗透 性将 是更 加 接近 于实际工程情况 ， 本文详细叙述了 自主开发的荷载作用下 的氯离子渗透试验方法， 并采用荷载作用下混凝土氯离子 渗透试验装置研究 了混凝土 的渗透性。 1 混凝 土氯离子扩散渗透性测试的直流 电量 法 该方法是 Wh i ti n g 研究提出的， 后来被美国 A A S H T O r I 2 7 7 8 3 和 A S T M C 1 2 0 2 两个标准所采用， 并成为当前 国际上最有影响 的混凝 土 渗透 性试 验方 法 ， 试验 示意 图如 图 1 。其基本原理是氯化物离子的负电荷将被吸引到正电 极， 因此在测试期间电流的传输量就是氯化物渗透混凝土 的量。试验时， 将一个 5 0 ram厚的混凝土圆柱试件用装在两 个腔室里的两个铜网制成的电极夹紧， 氢氧化钠( 0 3 N) 和 氯化钠( 重量 3 ) 溶液分别被加到混凝土试样两侧的腔室 里 ， 这样两种溶液被混凝土试件分隔开 ； 然后混凝土试样两 侧 的电极上 施加 6 0 V的直流 电 ，每隔 3 0 m i n检 测一次 电流 通过混凝土的情况 ， 持续试验时间6 h ； 然后计算 6 h中总的 电量 ( 库 仑 )来 评 价 混 凝 土 的 渗 透 性 ， 利 用 该 装 置 的 A S T M1 2 0 2混凝 土渗透性的评价标准如表 1 。 虽 然 A A S H T O 7 7和 A S T M C 1 2 0 2方 法 目前 应用 最 广， 但是直流电量法存在一系列缺点： 使用 6 0 V高的电 压 ， 容 易发生 极化 反应 ， 使 溶液 温度 升高 ， 试验 数据受 到干 扰 ， 而且对高渗透性混凝土有时不得不 中断试验； 测量结 4 低温建筑技术 2 0 1 0 年第 1 O期( 总第 1 4 B 期) 果是在非稳定下获得的， 不能说明混凝土的渗透性； 测量 值是总体离子运动的结果 ， 而非 只是 c l 一 运动 ； 孔溶液 的 化学成分影响测量结果； 试件的真空饱水及密封处理复 杂。哈工大在实验室对上述装置进行了改进， 如将铜网改 为具有高抗腐蚀性的石墨电极、 加大装两种电解质溶液的 腔室尺寸， 改进后的装置测试性能稳定， 能快速反映一般混 凝土的渗透性。 图I 直流电量法渗透性试验示意图 表 I A S T MC I 2 0 2评价标准与相应的混凝土类型 4 0 0 0 高 2 0 0 04 O O O 由 1 0 0 02 O 0 0 低 1 0 0一1 0 0 0非常低 W C 0 6的混凝土 中等水灰比( O 50 6) 混凝土 低水灰 比混凝土 低 水灰 比， 掺 5 一1 0 硅灰混凝土 水泥使用的是哈尔滨水泥厂的 P 0 4 2 5型硅酸盐水 泥； 粉煤灰为哈尔滨三电厂的I 级粉煤灰 ， 密度为 2 4 3 g e ra ， 比表面积为 4 1 5 m ： k g ； 减水剂为上海花王化学有限公司的 M i g h t y 1 1 3 0萘系高效减水剂。混凝土的配合比如表 2 所示。 表 2 混凝土配合 比 混凝土在拉应力作用下的渗透性试验按照上述试验操 作步骤进行， 首先成型若干个 8形试件和 1 5 0 m m1 5 0 ra m 1 5 0 m m立方体试件， 以立方体试件测试混凝土的劈裂抗 拉强度 ， 并以 0 9 f ,。 估算其轴心抗拉强度， 考虑受拉截面 积， 换算出混凝土受 1 0 、 2 0 、 3 0 、 4 o 、 5 0 、 6 o 、 7 0 轴心抗拉强度值时所需的拉力 ， 研究混凝土在这些拉力作 用下的氯离子渗透性。 嘲 拉应力 比， 1 0 0 可忽略不计聚合物混凝土 ， 掺 5 l O 硅灰混凝土 图2 不同拉应力作用下混凝土的电通量 2 荷 载作用下氯离子渗透性试验 哈工大 提出一种新的试验装置， 可以测试混凝土在 设定压应力或拉应力作用下的氯离子渗透性 ( 基于 A S T M C 1 2 0 2方法) 。整个装置由混凝土试件加载系统、 氯离子渗 透电量法测量装置( 参照 A S T M C 1 2 0 2方法) 和数据采集记 录系统组成 。 试验时 ， 首先要对混凝土试件加载。装 置采用两个 1 0 T 载荷的螺旋千斤顶， 从而保证加载后混凝土试件所受拉应 力基本稳定不变。试验采用“ 8 ” 型形状混凝土试件， 将混凝 土两端安置在特制的夹具里， 通过该模具对混凝土进行拉 伸加载。试件中间部分有2 0 0 m m左右的部位不受加载装置 的影响， 以便于安装氯离子渗透性测量装置。通过平行摇 动两个油压千斤顶， 使混凝土试件承受设定的拉应力状态， 将两个水槽分别安装 在混 凝土 试件两个 对立 面上 ， 并 通过 表面密封胶和拉杆使水槽与混凝土表面密封完好， 水槽上 端安装好 电极 ； 向两个水槽 中分别注 满的 0 3 M L的 N a O H 溶液和3 的 N a C I 溶液， 将直流可调电源的正、 负极分别与 N a O H溶液 和 N a C I 溶液 水槽 中的 石墨 电极 连接 ； 将 直流 可 调电源 的输 出电压调到 6 0 V， 并打开数据采集系统实时监 测 通过整个电路系统的电流值 ， 每半小时 自动记 录一次数 据 ， 程序可 自动计算 出混凝土 的 6小时电通 量值 。 3 拉应 力作用下混凝土的渗透性 不同拉力作用下两种混凝土的电通量试验结果见图2 ， 混凝土的电通量在拉应力小于2 0 抗拉强度时与未加载混 凝土电通量相近； 当拉应力达到 2 0 抗拉强度以上时， 混凝 土电通量随拉应力的提高持续快速增大， 而增加幅度随拉 应力的提高而增大。当拉应力 比小于 3 0 时， 混凝土的氯 离子渗透性均处 于“ 非常低” 范围； 当拉应力比大于等于 6 o 时， 混凝土的氯离子渗透性均达到“ 中” 等级水平。 4结语 实际工程中的混凝土都是在使用荷载作用和外部有害 介质共存条件下工作， 采用常规的氯离子渗透试验方法得 到的数据会导致实际工程的使用寿命远远低于设计和预测 的使用寿命。因此， 荷载作用下混凝土的渗透性参数将是 更加接近于实际工程 情况 ， 对 于评 价实 际工程 的服役 性能 更具有重要指导意义。随着混凝土拉应力 比值的增大， 混 凝土的电通量增加幅度较大 。 参考文献 1 D Wh i t i n g R a p i d me a s u r e m e n t o f t h e c h l o r i d e p e r m e a b il i t y o f c o n c ret e J P u b l i c R o a d s ， 1 9 8 1 ， 4 5 ( 3 ) ： 6 1 6 6 2 A A S H T O 3 2 7 78 3 S t a n d a r d Me t h o d o f T e s t f o r R a p i d D e t e r m i n a t i o n o f t h e C h l o r i d e P e r me a b i l i t v of C o n c r e t e f S 3 A S T M C 1 2 0 29 1 ， S t a n d a r d T e s t Me tho d ) r e l e c c 8 l l n d i c o n o f C o n c re t e A b i l i t y t o R esi s t C h l o ri d e I o n P e n e tr a t i o n S 初景 峰等 ： 缓凝 型保水 增稠剂对预拌砂浆性能影响 5 缓 凝型保水增 稠剂对预拌砂 浆性 能影 响 初景峰 。 ， 李家和 。 ， 赵松安 ( 1 哈尔滨 - r l, 大学 ， 哈尔滨1 ,5 0 0 0 1 ； 2 黑龙江华拓 混凝土有限公司 ， 哈尔滨1 5 0 0 8 8 ； 3 绿色建筑材 料国家重点实验室 北京1 0 0 0 2 4) 【 摘要】 研究了缓凝型保水增稠剂中主要组分对砂浆的影响规律， 测试了水泥石灰混合砂浆和掺加缓凝 型保水增稠剂的水泥粉煤灰混合砂浆的稠度、 分层度、 凝结时间和力学性能等。试验结果表明： 缓凝型保水增稠 剂在不降低强度的情况下， 使砂浆的凝结时间延长 78 h ， 砂浆的保水性大幅度增加。 【 关键词】 预拌砂浆； 缓凝型保水增稠剂； 凝结时间； 保水性 【 中图分类号】 T U 5 2 8 0 4 2 【 文献标识码 】 B 【 文章编号】 1 13 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 0 ) 1 0 0 0 0 5 0 2 继商品混凝土在全国推广后 ， 预拌砂浆在我国的发达 城市应用量也逐年增加 ， 实践证明， 采用由工业化工厂生产 的预拌砂浆有效避免了现场拌制产生的砂浆质量波动大、 浪费资源、 污染环境等问题。从 2 0 0 7年 9月 1日起 ， 我省哈 尔滨、 大庆、 齐齐哈尔、 牡丹江、 佳木斯、 双鸭山、 鹤岗被列入 “ 禁现” 城市 ， 3年内分三批实施禁止在施工现场搅拌砂浆。 保水增稠材料的配制及选用是决定预拌砂浆性能的关键技 术。目前 ， 国内预拌砂浆采用的保水增稠材料主要有稠化 粉、 保水增稠剂、 塑化剂等 J 。为推动预拌砂浆在我省的 推广应用， 研制适合本地原材料的保水增稠剂是 目前的当 务之急。本文结合工程实际， 研制了具有缓凝作用的保水 增稠剂， 并通过试验研究 了该保水增稠剂对砂浆的新拌性 能和力学性能的影响。 1 试 验用原材料及试验方 法 ( 1 ) 试验用原材料。水泥： P C 3 2 5水泥， 实测2 8 d强 度为3 6 8 lP a ； 缓凝型保水增稠剂 ： 自制， 材料主要成分为： 缓 凝组分、 保水增稠组分、 增强组分、 减水组分、 载体等； 细骨料： 中砂， 细度模数为 2 3 ； 掺合料： 哈三电厂 I 级粉煤灰。 ( 2 ) 试验方法。砂浆的稠度、 分层度、 保水性、 凝结时 间、 立方体抗压强度按 J G J T - 0 ( 建筑砂浆基本性能试验方 法 规定的方法进行 ； 砂浆稠度保留值的测定方法是将测完 稠度的砂浆至于密封的容器中2 h后 ， 将砂浆重新搅拌均匀 后， 再测定砂浆的稠度， 将此稠度定义为砂浆稠度保留值。 2缓凝型保水增稠剂 的研 制 在试验中选择砂浆的稠度、 保水性、 凝结时间( 初凝 ) 、 砂浆 2 8 d 强度为考核指标 ， 研究了缓凝型保水增稠剂中各组 分对砂浆性 能的影 响 ， 其 中 ， A为缓凝 组分 ， B为保 水增 稠 组分； C为增强组分 ， D为减水组分。砂浆配制时灰砂比为 1 ： 3 ， 用水量相同。 试验中发现如下规律 ， 见表 1 。由表 1 可知： ( 1 ) A组分能延长混凝土凝结时间， 使砂浆拌合物在 较长时间内保持塑性状态， 以利于湿拌砂浆的运输和使用， 但缓凝剂的掺量不宜过多， 否则会引起强度降低， 甚至长时 间不凝结 。 表 1 各组分对砂 浆性 能的影响规律 ( 2 ) B组分具有优 良的增稠性、 保水性和成膜性， 掺 量相当低的情况下 ， 能够在砂浆 中发挥理想的增稠作用， 同 时还有非常好的保水效果。随 A组分掺量的逐渐增加， 砂 浆和易性变好， 但是粘性也随着增加， 砂浆的分层度下降， 保水性提高。A组分在足够长的时间里保持砂浆中的水分， 使其凝结硬化过程得以持续进行。 ( 3 ) C组分用量对砂浆的稠度、 保水性基本没有影 响； 随 C组分在常用掺量范 围内， 随用量的增加 ， 砂浆凝结 4 吴丽君 ，邓德华 ，曾志 R C M法测 试混凝 土氯离子 渗透扩 散 性 J 混凝土， 2 0 0 6 ， ( 1 ) ： 1 0 0 1 0 3 5 杨 医博 ，粱松 ， 莫海鸿 混凝 土抗 氯离子渗透性 能试验力 法的 探讨 J 中国港湾建设 ， 2 0 0 7， ( 1 )： 4 64 8 6 路新瀛 ，张华新 ， 王 晓睿混 凝土 渗透性 电测力法 评述 J 混凝土与水泥制品 ， 2 0 o 3 ， ( 4 ) ： 79 7 易成 ， 郭婷婷 ， 程涛 ， 等N E L法与 A S T M C 1 2 0 2法 氯离 子渗透 性对 比试验研究 J 混 凝土 ， 2 0 0 7 ， ( 3 ) ： 4 6 8 史美伦 ，张雄 ， 吴 科如 混凝 土 中氯 离子渗 透性测定 的 电化 学 力法 J 硅酸盐通报 ， 1 9 9 8 ， ( 6 ) ： 5 55 9 9 李 佩珍 ，谢慧才RC T一快速 氯离子检 测方法及其应用 J 】 混 凝土 ， 2 0 0 0， ( 9 ) ： 4 6 4 8 1 O 邓红卫 轻质高强 粉煤灰 陶粒的制 备及其混 凝 土性 能 D 哈尔滨 ： 哈尔滨工业大学 ， 2 0 0 8 收稿 日期 2 0 1 0 0 5一l 7 【 作者简介 邓宏卫 ( 1 9 6 7一) ， 男 ， 湖 北 当阳人 ， 高级 工程师 ， 从事建筑材料专业 。