除氯后混凝土离子含量随时变化规律.pdf

4 低温建筑技术 2 0 1 5年第 4期( 总第 2 0 2期) D OI ： 1 0 1 3 9 0 5 j c n k i d w j z 2 0 1 5 0 4 0 0 2 除氯后混凝土离子含量随时变化规律 张皓 ， 郑秀梅 ， 章再展 ， 史丽丽 ， 赵莹莹 ( 1 佳木斯大学建筑工程学院， 黑龙江佳木斯1 5 4 0 0 7； 2 鹤 岗师范高等专科学校 黑龙江鹤 岗1 5 4 1 0 7： 3 黑龙江职业学 院建筑工程学院 。 哈尔滨1 5 0 0 8 0) 【 摘要】 为了得到静置时间对除氯后混凝土内离子含量及分布影响规律， 分别在除氯后 0 d 、 7 d 、 1 4 d 、 2 1 d 、 2 8 d 、 3 5 d 、 4 2 d 、 4 9 d 、 5 6 d时对混凝土试件进行离子测定。得出静置时间对除氯后混凝土内离子含量与分布的影响 呈现一定的规律性： 随时间的延长试件外层的氯离子向内层有少量迁移， 使内层氯含量略有增加； 内层的钠离子、 钾离子向混凝土外层大量迁移， 使内层含量减少。 【 关键词】 静置时间； 离子含量； 离子迁移 【 中图分类号】 T U 5 2 8 0 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 5 ) 0 4 0 0 0 4 0 3 电化学除 氯盐 的方 法可 以在 不破 坏混 凝 土结 构 保护层的情况下使快速有效 的排 出混凝土内部的氯 盐， 是一种绿色、 无损的混凝土修复技术。已有研究表 明， 在一定电化学参 数下对 氯盐污染 混凝 土进行 除氯 试验 ， 能有效的排出混凝 土中的氯盐 ， 排 出率最高可达 8 O ， 除氯后 ， 混凝土 中的离子含量及分布均有一定的 规律性 ， 自钢筋 一 混 凝土界 面处 由内及外 ， 氯离子含量 呈递增趋势， 而钠、 钾离子含量则呈递减趋势， 钢筋和 一 混凝土间的粘结力损失率可高达 6 0 。除氯后形 成 的钢筋附近钠 、 钾富集及钢筋和 一混凝土间的粘结 力下降对于混凝土结构的整体强度及耐久性均有不 利影响 。 由于以上结论均是在除氯结束后立即试验得到 的， 没有考虑时间对于以上变化的恢复性。文中主要 针对除氯后一定 周期 的混 凝土进行 相关试 验 ， 以得 到 电化学除氯对于混凝土结构长期性能的影响规律。 1 原材料及试验方案 1 1 原材料 ( 1 ) 水泥 。本试验采用佳木 斯北方 水泥有 限公 司的 P 0 4 2 5普通硅 酸盐水 泥 ， 其性 能指标见表 1 。 表 1 P 0 4 2 5水泥性能指标 ( 2 ) 骨料。粗 骨料为 5 2 0 ra m连续级配的石灰 石质碎石。表观密度为 2 8 4 0 k g m ， 吸水率为 0 3 8 ， 基金项目 黑龙江省教育厅科技项目 基金支持( 1 2 5 4 1 8 0 5 ) 含泥 量 为 0 4 1 ， 针 片 状 含 量 5 O ， 压 碎 指 标 为 4 31 。 参考文献 1 蔡基伟， 张少波， 侯桂香， 等 铁尾矿砂对混凝土工作性和强 度 的影响 J 武汉理 工大学学报 ， 2 0 0 9， 3 1 ( 7 ) ： 1 0 41 0 7 2 陈家珑， 宋少民， 路宏波 尾矿配制商品混凝土的应用研究 J 建筑技术 ， 2 0 0 4 ， 3 5 ( 1 ) ： 4 2 4 4 3 徐宝华 ， 宋姗 尾 矿砂 复配 在混 凝 土生 产 中的研究 及应 用 J 商品混凝土 ， 2 0 1 0 ( 1 )： 2 32 5 4 何兆芳 ， 邓初首 尾矿在预拌混凝土中应用的试验研究 J 混 凝土 ， 2 0 0 9， 2 3 9 ( 9) ： 1 1 51 1 8 5 C L i ，H S u n ， Z Y i ， L L i I n n o v a t i v e m e t h o d o l o g y f o r c o mp r e h e n s i v e u t i l i z a t i o n o f i r o n o r e t a i l i n g s P a r t 2：T h e r e s id u e s a f t e r i r o n r e c o v e r y f r o m i r o n o r e t a i l i n g s t o p r e p a r e c e me n t i t i o u s ma t e r i a l J J o u rnal o fH a z a r d o u s Ma t e ri al s ， 2 0 1 0， ( 1 7 4 )： 7 88 3 6 D o m o n e P L， J i n J P r o p e r t i e s of mo r t a r for s e l f c o mp a c t i n g c o n c r e t e C P r o c e e d i n g s oft h e 1 s t i n t e rna t io n al R I L E M s y mp o s i u m o n s e l f c o mp a c t i n g c o n c r e t e 1 9 9 9：1 0 92 0 7 F e l e k o g l u B O p t i mi z a t i o n of s e lf c o m p a c t i n g f i l l i n g g r o u t mi x - t u r e s f o r r e p a i r p u r p o s e s J C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g Ma t e r i - als ， 2 0 0 8 ， 2 2 ( 4) ： 6 6 0 6 6 7 收稿 日期 2 0 1 41 23 1 作者简 介 任银汉( 1 9 8 0一) ， 男 ， 安徽望 江人 ， 工程 师 ， 从事 工程技术管理。 张皓等 ： 除氯后 混凝土离子含量 随时变化规律 5 细骨料选择料径 5 m m且级配 良好 的中砂 ， 细度 模数为 2 8 ， 含泥量为 2 1 ， 含水率为 3 。 ( 3 ) 其它材料。减水剂采用萘系高效减水剂， 减水率可达 2 5 一 3 5 ， 推荐掺量为胶凝材料总质量 的 0 7 1 0 。 制作试件所用钢筋为 1 0光圆普通碳素钢 ， 在使 用前进行除锈处理。电化学除氯时电解液使用饱和 C a ( o i - i ) ： 溶液和 N a 3 B O ， 溶液。试验用的搅拌水为佳 木斯市 自来水 。 1 2 试验方案 ( 1 ) 制作试验试件。将原材料按一定比例进行 搅拌 ， 并掺加水 泥用量 3 N a C I ， 以引入氯盐。制作 l 0 01 5 0 ra m的圆柱体混凝土试件， 将 1 5 0 m m长的 1 0光面钢筋沿试件轴心方向埋入试件 1 0 0 m m ， 为防 止裸露部分钢筋锈蚀， 用环氧树脂进行涂刷形成涂层 加以保护。1 d后拆模 ， 并放人标准养护室进行养护， 2 8 d后进行 电化学除氯试验 。 ( 2 ) 电化学除氯试验。使用如图 1 所示装置对 含氯 盐混凝 土试 件进行 电化学 除氯试 验 ， 电解 质选用 饱 和 C a ( O H) ： 溶 液 、 0 1 m o l L N a ， B O 溶 液 和 自来水 三种 ； 阳极选用耐腐蚀性较好的钛网汐 加电源采用电 压 为 2 0 V 、 4 0 V、 6 0 V的稳压直流电源 ， 变阻器的 电阻 固 定为 l 0欧姆 ， 电阻两端并联一电压表 ， 用以计算通过 混凝土试件的电流值。 图1电化学除氯装置 图2测离子含量分布试样取样点 除氯周期为 2 8 d ， 为了更好的排出混凝土内的氯 ， 每 2 d 更换一次电解质溶液 ， 并测定每次排出氯 的含 量， 以得到氯盐排出率随时间变化规律及最后排 出总 氯量。在除氯前后测定混凝土试件内部的各种离子含 量， 以得到电化学除氯对混凝土 内离子含量及分布的 影响， 取样位置如图2所示。 对在饱和 c a ( O H) ： 溶液中除氯的混凝土试件进 行 自然条件下静停处理， 分别在 3 0 d 、 6 0 d 、 9 0 d 、 1 2 0 d 、 1 5 0 d 、 1 8 0 d时进行离子含量及分布测定、 钢筋 一混凝 土粘结力测定试验 ， 以得到电化学除氯对于钢筋混凝 土长期性能 的影 响规律 。 2试验结果与分析 2 1 静置时间对电化学除氯后混凝土内离子含量及 分 布的影 响 以0 4水灰 比混凝土试件为研究对象， 得出除氯 后静置相应时间的试件内部各离子含量及分布如 图 3 、 图 4、 图 5所示 。 1 o o o 8 0 0 牵 墨 2 0 O 0 、 0 7 1 4 2 l 2 8 3 5 4 2 4 9 5 6 静置时间， d - 4 1 - - 内 中 +外 图3 静置时间对除氯后混凝土内氯离子含量的影响 图3为静置时间对除氯后混凝土内氯离子含量的 影响数据图， 从图中可以看出随着静置时间的延长， 除 氯后混凝土 内氯离子含量也发生变化 。内层氯离子在 2 8 d内随时间延长其含量也有所增加 ， 由初始 3 8 O g m 增加 到 4 2 3 g m ， 增 幅达 1 1 3 。而 中层 及外 层氯 离 子含量均呈现减少趋势， 中层氯离子含量在 2 1 d达到 最低， 由初 始 的 7 8 0 g m 减少 到 7 4 2 g m ， 降 幅达 4 9 ， 2 1 d 后氯离子含量值趋于平稳。而外层离子含 量在 1 4 d达到 最低 值， 由初 始 的 9 2 0 g m 减少 到 8 8 7 g m ， 降幅达 3 4 ， 1 4 d后 氯离 子含量 值 趋 于 平稳 。 图4为静置 时间对 除氯后 混凝土 内钠离子含量 的 影响数据 图， 从 图中可 以看 出随着静置时 间的延长 ， 除 氯后混凝土 内钠离子含量也 发生 了变化 。内、 中、 外 层 混凝土的钠含量均在 3 5 d后趋于平稳， 不再变化。在 3 5 d内， 内层混凝土钠含量随时间延长而减少 ， 从初始 的 4 2 k g m 3 减少到 2 9 k g m 。 ， 减 少 了 3 1 。而 中层 和外层 钠离子含量均随时间延长而呈增加趋势， 在3 5 d达到峰 值， 中层钠离子增加了7 8 ， 外层增加了1 8 5 7 。 6 低温建筑技术 2 0 1 5年第 4期 ( 总第 2 0 2期 ) 5 O 4 0 3 0 舞2 0 1 0 举0 、 ： 一 一 一一 0 7 1 4 21 28 3 5 4 2 4 9 5 6 静置时间， d + 内4 -中一 外 图4 静置时间对 除氯后混凝土内钠离子含量的影响 3 5 0 0 I 目3 0 0 0 2 5 0 0 嘉 1 0 0 0 挺 5 0 0 0 - 。 ： = v- , - , ,a, - - - 一 0 7 1 4 21 2 8 3 5 4 2 4 9 5 6 静置时间， d + 内 中 + 外 图5静置时间对除氯后混凝土内钾离子含量的影响 图5为静置时间对除氯后混凝土内钾离子含量的 影响数据图， 从图中的曲线形状与图4相似， 其变化规 律也相似。内层混凝土的钾离子含量随时间呈下降趋 势， 在 3 5 d达到最低值 ， 下降了3 0 7 。而中层与外 层混凝 土中钾含量 随时间呈增 加趋势 ， 中层含 量增加 了 8 8 6 ， 外层增加 了 1 5 7 5 。 从以上 3图可知， 除氯后的混凝土在静置一段时 间后 ， 内部离子含量均会有规律的发生变化。分析其 原因， 是由离子有混凝土内部的迁移引起的。由于在 除氯的 2 8 d 期 间， 混凝土试件一直是浸泡在溶 液中 ， 内 部已达到吸水饱和， 混凝土内孔隙水溶液含有游离的 各种离子。而在混凝土内部 ， 各位置的离子存在着浓 度差， 则对于同一种离子而言 ， 会从浓度高的地方向浓 度低 的地方 迁移 。 混凝土试件除氯后 ， 钢筋附近的混凝土中氯离子 含量最少 ， 中层较多 ， 外层最多， 由于浓度差的原因， 外 层及 中层混 凝 土 中氯 离 子会在 孔 溶液 中 向混凝 土 内 层方向迁移 ， 在迁移过程中， 会有部分离子附着在孑 L 内 壁 。同时内部水溶液也在 向外 蒸发 ， 所 以从 图 3看氯 离子内部含量随时间变化不大。而混凝土试件的最内 层钠 、 钾离子含量远高于中层及外层含量 ， 所 以钠、 钾 离子由内向远迁移 ， 导致内层离子含量降低， 中层及外 层含量增加。另外， 由于混凝土试件是在 自然条件下 静置， 混凝土内部水分会发生 自然蒸发现象， 内部的 钠、 钾离子也会随着水分的蒸发而向外迁移。在迁移 过程 中 ， 离子有附着在孔壁 的情况 ， 这就造成 了中层和 外层混凝土中钠钾离子增量极大的现象。 三种离子的迁移在 2 8 d时已趋于平稳， 变化很小 或没有变化 ， 所以可以用除氯 2 8 d后的混凝土内部离 子含量作为最终混凝土内离子含量及分布结果。 3结语 ( 1 ) 除氯后混凝土外层氯离子含量降低 ， 内层 及中层增加 ， 但变化不大 ； 而钠、 钾离子含量变化较大， 混凝土内层的钠、 钾离子含量均降低了约 3 l ， 而中 层及 外层 含量则 增加 ， 中层增加 8 0 左 右 ， 外层 增加 1 5 0 以上 。 ( 2 ) 出现有 规律 变化 的原 因有两个 ， 一是 由于 混凝土内部呈吸水饱和状态 ， 部分离子游离在水溶液 中， 由于离子含量不同， 存在着浓度差 ， 导致离子从浓 度高的地方向浓度低 的地方迁移 ； 二 是 由于在 自然 条 件下静置， 内部水分向外蒸发 ， 也导致离子随水分向外 迁移 。 ( 3 ) 对于电化学除氯后静置时间对于混凝土其 它性能的影响 ， 还需要 进行下 一步的试验研究 ， 以利 于 电化学技术的更好应用 。 参考文献 1 邓春林 电化 学除盐技术及其对 混凝土组成 、 结构 与性能 的 影响研究 D 广州 ： 华南理工大学 ， 2 0 0 7 2 郑秀梅， 李南海， 等 电化学除盐后混凝土微观结构及离子迁 移的试验研究 J 混凝土 ， 2 0 1 4， ( 6 ) ： 1 3， 1 4 ， 1 9 3 郑秀梅， 高小建， 邓宏卫电压对混凝土电化学除盐效果的影 响 J ， 低温建筑技术， 2 0 1 0 ， ( 5 ) ： 1 0 1 2 4 高小建， 郑秀梅， 杨英姿电化学参数对混凝土除氯效率的影 响 J 沈阳工业大学学报， 2 0 1 0 ， ( 5 ) ： 5 7 9 5 8 4 5 刘宗玉 钢筋混凝土电迁移阻锈及除盐试验研究 D 哈尔 滨 ： 哈尔滨工业大学 ， 2 0 1 3 6 张嘉新， 高小建， 朱卫中 外电场作用下混凝土中离子的迁移 与分布规律研究 J 混凝土与水泥制品， 2 0 1 2 ， ( 8 ) ： 9 1 4 7 王文仲， 郑秀梅， 等 电化学除盐对混凝土微观结构的影响 J 混凝土， 2 0 1 1 ， ( 3 ) ： 2 8 3 I 8 祝频， 王新祥， 等 电化学除盐模型及离子迁移过程的数值分 析 J 武汉理工大学学报， 2 0 1 1 ， ( 5 ) ： 4 1 4 7 收稿 日期 2 0 1 41 2 0 9 作者简介 张皓( 1 9 6 7一) ， 男， 黑龙江佳木斯人， 副教授， 硕士， 从事混凝土结构的研究。