氯离子条件下矿物掺合料混凝土的电化学阻抗谱研究.pdf

2 0 1 4 年 第 7 期 (总 第 2 9 7 期 ) Nu mb e r 7 i n 2 0 1 4 ( T o t a l No 2 9 7 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 THEOR ETl CAL RES EARCH d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 4 0 7 0 1 2 氯离子条件下矿物掺合料混凝土的电化学阻抗谱研究 王幻 ，贡金鑫 ，姜凤娇 ( 大连理工大学 建设工程学部 土木工程系，辽宁 大连 1 1 6 0 2 4 ) 摘要 ： 对浸泡于清水和盐水中不同矿物掺合料的混凝土进行了电化学阻抗谱试验 ， 分析了氯离子条件和矿物掺合料掺量对混 凝土阻抗参数 的影响 。 研究表明 ： 在相 同矿物掺量的条件下 ， 浸泡于盐水中混凝土试块的孔溶液电阻 、 水化 电子进行电荷传递的 电阻 、 扩散阻抗系数均小于浸泡于清水 中的试块 ， 双电层电容大于浸泡于清水中的试块 ， 常相角指数基本相同， 说 明浸泡于盐水 中的混凝土 ， 氯离子扩散进入混凝土增加了孔溶液和 C S H凝胶的 自由离子浓度， 减小了孔溶液 电解质的电阻和 自由电荷在混 凝土孔结构中的扩散阻力 ， 而氯离子的存在对混凝土的孑 L 结构特征影响不明显 ； 在相同浸泡条件下 ， 随着矿物掺量 的增加 ， 混凝 土的阻抗参数孑 L 溶液电阻 、 水化电子进行电荷传递的电阻 、 扩散阻抗系数和常相角指数呈增大趋势 ， 双电层 电容基本不变， 说明 矿物掺合料降低混凝土孑 L 隙率 ， 提高了混凝土密实度。 关键词： 混凝土；矿物掺合料 ；氯离子 ；电化学阻抗谱 ；阻抗参数 中图分类号： T U 5 2 8 0 1 文献标志码： A 文章编号： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 l 4 ) 0 7 0 0 4 2 0 6 S t u d y o n p r o p e r t i e s o f c o n c r e t e w i t h m i n e r a l a d m i x t u r e s u n d e r c h l o r i d e e n vi r o n m e n t b y e l e c t r o c h e m i c a l i m p e d a n c e s p e ct r o s c op y WA NGHu a n ， G O NGJ i n x i n ， J I A NGF e n g fi a o ( D e p a r t m e n t o f C i v i l E n g i n e e r i n g ， D a l i a n U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， D a l i a n 1 1 6 0 2 4 ， C h i n a ) Abs t r act ： El e c t r oc h e mi c a l i mp e d a n c e s p e c t r o s c o p y t e s t s we r e ma d e t o s t u d y t h e pr o pe r t i e s o f c o n c r e t e wi t h t he d i f f e r e n t mi ne r a l a d mi x t ur e s a nd i mme r g e d i n fle s h wa t e r a nd s a lt wa t e r ， a nd t he e ffe c t o f c hl o rid e i o ns a nd mi ne r a l a d mi x tur e s o n t h e i mp e d a nc e p a r a me t e r s o f c o n c r e t e wa s a n a l y z e d Th e r e s u l t s s h o we d t h a t ， i n t h e c a s e of s a me a dm i x t u r e s a mo u nt ， t h e i mp e d a n c e p a r a me t e r s， s u c h a s r e s i s t a n c e o f p o r e s o l u t i o n， r e s i s t a n c e t o t r a n s f e r t h e h y d r a t e d e l e c t r o n， c o e ffi c i e n t o f d i ffu s i o n i mp e d a n c e of c o nc r e t e i n s a l t wa t e r a r e s ma l l e r t h a n t h o s e i n fle s h wa t e r ， wh i l e t he e l e c t r i c d ou b l e l a y e r c a p a c i t o r of c o nc r e t e i n s a l t wa t e r wa s g r e a t e r a nd t h e p h a s e a n g l e i n de x wa s s u bs t a n t i a l l y c o n s t a n t ， i n d i c a t i n g t h a t t h e c h l o r i d e i o ns d i ffu s e d i n t o t he c o n c r e t e i n s a l t wa t e r a n d i n c r e a s e t h e fle e i o n c o nc e n t r a t i o n i n p o r e s ol u t i o n a n d C S H g e l a nd r e d u c i n g t h e r e s i s t a n c e o fp o r e s o l u t i o n e l e c t r o l yt e an d t he d i ffu s i o n r e s i s t a n c e o ff r e e c ha r g e Con s t a n t o f p ha s e a ng l e i nd e x s h o we d c h l o r i d e i o n s h a d n o o b v i o us i n flu e n c e o n t he po r e s t r u c tur e o f c o nc r e t e I n the c a s e o f s a me i mme r s i o n c o n di t i o n， wi t h t h e i n c r e a s e of mi ne r a l a d mi x t ur e c o nt e n t ， t h e r e s i s t anc e o f po r e s o l u t i o n， r e s i s t a n c e t o t r an s f e r t h e hy d r a t e d e l e c tro n， c o e ffi c i e nt o f d i ffu s i o n i mpe d an c e o f c o nc r e t e a n d p h a s e a n gl e i nd e x i nc r e a s e， whi l e t h e e l e c t r i c d o u b l e l a y e r c a pa c i t o r wa s s u bs t an t i a l l y c o ns t a n t ， ind i c a t i ng t h a t t h e t o t a l p o r o s i t y o fc o n c r e t e de c r e a s e d a n d c o mpa c t i o n of c o n c r e t e e n h an c e d b y a d d e d mine r a l a d mi x t ur e Key wor ds ： c o nc r e t e； mi ne r a l a dm i x t ur e； c h l orid e i o n； e l e c t r o c h e mi c a l i mp e d a n c e s p e c t r os c o py； i mpe da n c e p a r a me t e r 0 引 言 随着经济的发展， 当今世界面临的资源短缺和环境保 护问题 日 益严峻。 粉煤灰 、 矿渣等工业废渣作为混凝土的矿 物掺合料 ， 这不仅是实现 了材料 的可持续使用 ， 变废为宝 ， 减少了水泥的使用量； 同时改善了混凝土的工作性能， 提高 了混凝土 的耐久性_ l 1 。 因此 ， 深入研究粉煤灰 、 矿渣掺入后 对混凝土微观结构和性能影响， 不仅能够促进粉煤灰 、 矿渣 的合理利用 ， 对提高混凝土的工作性能也具有重要意义。 目 前对掺入矿物掺合料混凝土的研究 主要集 中在掺合料对混 凝土宏观性能和力学性能的影 响 】 ， 如渗透性 、 强度等 ， 对 掺人矿物掺合料混凝土内部微观结构变化的研究较少 ， 收稿 日期：2 0 1 4 0 1 - 2 8 4 2 对侵蚀环境下掺入矿物掺合料混凝土微观特性变化研究 更少。 本研究通过对浸泡于盐水 和清水矿物掺合料混凝土 阻抗谱参数 的测量 ， 研究了氯盐环境下矿物掺合料混凝土 的阻抗参数和 内部微观结构变化 ， 为矿物掺合料混凝土的 耐久性研究提供参考 。 1 混凝土阻抗谱及阻抗参数的物理意义 电化学阻抗谱是研究材料细观结构和性能的重要工 具。 混凝土作为一种多孔介质材料 ， 可以看成是一种孔 中存 在有电解质溶 液的特殊电化学体系 。 在混凝土试块两相对 面放置惰性金属电极， 可测量混凝土的电化学阻抗谱。 根据 电化学阻抗谱 的变化 ， 可 了解混凝土微观结构 的发展和变 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 化 。 在理 想状态下 ， 混凝土 电化学 阻抗谱 的 N y q u i s t 图呈 R a n d l e s 型， 但在实际应用中， 由于混凝土特殊的结构体系 ， 其 电化学阻抗谱 的 N y q u i s t 图呈准 R a n d l e s 型。 图 1 所示为 R a n d l e s 型和准 R a n d l e s 型的 N y q u i s t 图 ， 图 2所示 R a n d l e s 型和准 R a n d l e s 型的等效电路。 R a n d l e s 型与准 R a n d l e s 型 N y q u i s t 图的区别在于 ： ( 1 ) R a n d l e s 等效 电路 中的双电层 电容 被常相角元 件 C P E所取代 。 ( 2 ) 法拉第阻抗中， Wa r b u r g阻抗 也被常相角元件所 代替 ， 图谱 的低频斜线与实轴交角偏离 4 5 。 。 ( a ) Ra n d l e 型 f b 1 准 Ra n d l e 型 图 1 混凝土等效电路 本研究采用图 1 ( b ) 和图 2 ( b ) 所示的准 R a n d l e s 型等效 电路进行分析 ， 电化学参数 R 、 、 c d 物理含义如下 ： ( 1 ) R 为混凝土孔溶液 中电解质的电阻， 单位 n c m 。 根据电化学阻抗各参数与结构参数的定量关系 ， R 。 反 比于 孔溶液中离子的总浓度 ， 同时反比于混凝土 的总孔 隙率。 ( 2 ) 为 C s H凝胶 的双电层 电容 ， 表示水泥水化产 物的电性质， 单位 F c m2 o 在准 R a n d l e s 型等效电路中被常 相角元件 C P E所取代， 表示为 c ( ) ， 可用 K的大小 来相对表征 c d 的大小 ， 常相角指数 q 反映了高频段半圆的 压扁度 。 ( 3 ) 尺 为水化 C S H凝胶 的电子进行 电荷 反应 的电 阻， 反映了活化过程的特征， 单位 Q c m 。 ( 4 ) 扩散 阻抗 Z w ( Z w = o ( fl o ) - 1 2 9 为扩散 阻抗系 数 ) 反 物质传递 制 R 。 十 R； R 。+ 2口 f a ) Ra n d l e 型 的Ny q u i s t 图 0 、 f b ) 准Ra n d l e 型 的Ny q u i s t 图 2 Ny q u is t 图 元件 C P E所取代 ， 表示为 Z D = Q ( j w) ( 0 p 1 ) ， 仍可用扩散 阻抗 系数 o - ( K f ) x S ) 来反映混凝 土孔溶液离子在多孔介 质 中扩散的阻力 。 常相角指数 P与混凝土中水泥浆体的孔 结构特征有关 ， 反 映了混凝土孔结构的细微变化 ， 分维数 d 表示孑 L 结构特征 的复杂程度和密实度 。 常相角指数 p与分 位数 d的关系为 d = 4 _ 1 D ， 常相角指数 P 越大 ， 分位数 d 越小 ， 结构越接近密实 的三维体系 ， 所以也可 以用常相角指数 p 反 映混凝土孔结构 的复杂程度和密实性。 2 试件制作 与试验 内容 水泥采用大连小野田水泥有限公司生产的 P 0 4 2 5 R级 水泥 ； 细集料采用优质河砂 ， 级 配二区 ， 细度模数为 2 5 ； 粗 集料采用连续级配的优质石灰石碎石 ； 矿渣为粒化高炉矿 渣 ， 比表 面积 5 0 0 k g m ； 粉煤灰采用 I I 级粉煤灰 ； 水 为 自 来水。 混凝土试件配合比如表 1 所示 ， 表中 c 1 为未掺矿物 掺合料的混凝土 ( 普通混凝土 ) ， F 1 F 4为不同粉煤灰掺量 的混凝土 ， K 1 K 4为不同矿渣掺合 料的混凝土 ， K F 1 K F 4 映了扩散过程 的特征 ， 在准 R a n d l e s 型等效 电路中被常相角 为同时掺加矿渣和粉煤灰的混凝土。 表 1 混凝土配合比 43 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 制作了水胶 比为 0 -5 、掺加不 同矿物掺合料的混凝土立 方体试件( 1 0 0 m mx l 0 0 mm x l 0 0 m m) 各 6 个， 在标准养护室 内养护 2 8 d ， 之后对试件两对面涂抹环氧树脂进行密封， 一组 对面保留为工作面。 每个编号的混凝土试件各取 3 个 ， 放置 于浓度为 3 2 5 的N a C 1 溶液中浸泡 ， 并注意保持工作面与盐 水接触； 其余 的混凝土试件放置于清水( 自来水 ) 中浸泡 ， 工 作面与清水接触。 采用郑州世瑞思科技仪器有限公司生产的 R S T电化学工作站 ， 测定不同浸泡时间( 0 、 7 、 1 4 、 2 1 、 2 8 、 6 0 、 9 0 、 1 5 0 d ) S J 试件的电化学阻抗谱 ， 应用 Z s i m p Wi n和 O r i g i n 软件对试验数据进行分析处理 ， 得到不同浸泡条件下矿物掺 合料混凝土细观结构特征的阻抗参数， 即 尺 。 、 、 C d 、 q 、 、 p 。 3 试验 结果与讨论 3 1 粉煤灰混凝 土的阻抗 参数分析 ( 1 ) 参数 R 。 尺 。 为混凝土孔溶液 中电解质 的电阻 ， 反比 于孑 L 溶液中离子的总数， 同时反比于混凝土的总孔隙率。 在 非浸泡条件下， 普通混凝土和矿物掺合料 昆 凝土的孔溶液中， 主要的离子为 O H - , I ( _ 等 ， 且在试块成型前期孔溶液的离子 浓度保持稳定囝 。 从图3 ( a ) 可以看出， 对于同一种配合比的 混凝土， 浸泡在盐水中试块水泥浆体孔溶液中电解质的电 阻 R 小于浸泡 于清水试块 的电阻 ， 随着浸泡时间的增加 ， 差值越大 ， 这是 因为对于浸泡在盐水 中的混凝土试块 ， 氯离 子扩散进入混凝土内部， 孔溶液中的离子不仅有 O H - 、 等 ， 还有扩散进入的 C l 一 ， 因此浸泡于盐水中的混凝土孔溶液的 离子总数增加 ， 而浸泡于清水中的试块 ， 水的进 人并未增 加孔溶液的离子 总数 。 因此浸泡在盐水 中混凝土水泥浆体 孔溶 液 中电解 质 的电阻 R 小于浸泡 于清水混 凝土 的 电 阻， 且随着浸泡时间的增加 ， 扩散进入的氯离子数量增加 ， 溶液 中电解质的电阻 R 差值越大。 由图 3 ( a ) 可以看 出， 浸泡于清水或浸泡 于盐水 中的混 凝土试块 ， 随着浸泡时间的增长和粉煤灰掺量 的增加 ， 混凝 土孔溶液中电解质的电阻不断增大 。 这是因为在相同掺量 的情况下 ， 粉煤灰 的活性更大 ， 颗粒的粒径更小 ， 能够起到 填缝效应和密实效应 ， 降低 了粉煤灰混凝土的孑 L 隙率 ， 且随 着粉煤灰掺量的增加， 填缝效应和密实效应更明显， 尺 越大。 ( 2 ) 参数 R 。 参数 尺 为 C S H凝胶 的 自由电子进 行 电荷传递反应的电阻。 由图 3 ( b ) 可以看出， 对于相同粉煤 灰掺量的试块 ， 浸泡在盐水试块的电阻 R 明显小于浸泡于 清水试块 的电阻 ， 这说 明盐水 中的氯离子扩散进入 C S H 凝胶 ， 增加 了 C S H凝胶 的离子数量 ， 减小 了水化 电子进 行电荷传递反应的电阻， 改变了 C S H凝胶的电性质。 与此 同时 ， 由图 3 ( b ) 可 以看 出， 对于相 同浸泡条件的混凝土试 块 ， 尺 的值随着粉煤灰掺量的增加逐渐增大 ， 说明试块中 的粉煤灰掺量发生了二次水化反应 ， 生成 了更多的 c s H 凝胶 ， 降低 了混凝土的孔 隙率。 ( 3 ) 参数 C 。 C 为混凝土 中 C S H凝胶的电容。 本研究 采用 K和 口来表征双 电层 电容的特性 。 从 图 3 ( C ) 可 以看 ，相同粉煤灰掺量的试块 ， 浸泡在盐水试块的 K值大于 浸泡于清水试块的 K值。 这是因为盐水 中的氯离子扩散进 4 4 +C1 ( 清) 口 一Cl ( 盐) +F 1 ( 清) 一 F 1 ( 盐) +F 2 ( 清1 十一 F 2 ( 盐1 +C1 ( 清) 一 C1 ( 盐) -o - - F l ( 清) - -o - - F l ( 盐) 图 3粉煤灰 混凝 土 的 电化学 参数 入 C S H凝胶 ， 增加 了 C S H凝胶的离子浓度 ， 进而增加 了 C S H凝胶的 电容。 从图 3 ( c ) 还可 以看到 ， 相 同浸泡 条 件下 ， 粉煤灰混凝土的 K值与普通混凝土的 值相差不大 ， 随着浸泡时间的增加 ， K的变化幅度也不明显 ， 说明粉煤灰 的掺入对 c S H凝胶 的电性质影 响不大 。 在试块养护成型 后 ， 混凝土内部结构逐渐致密 ， 普通混凝土的常相角指数 q 接近于 1 ，而研究表明粉煤灰混凝土的内部结构 比普通混 加 籼 印 加 0 0 O 0 0 O 0 0 1 1 2 8 4 O 6 2 O O 3 2 2 2 1 1 8 4 ：亘 霆 1 H H 一 j壅 =基 n n H f 一 如 加 印 =亘 一 渤渤 渤渤 n H ： 一 泗 加 2 O 8 6 4 2 b 加 印 加 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 凝土更致密， 常相角指数q更接近于 1 ， 如果 q的数值差别 很小 ， 对 c s H凝胶 的电容影 响十分有 限 ， 因此 可近似认 为混凝土的常相角指数 q = l 。 ( 4 ) 扩散 阻抗 系数 。 扩散 阻抗 系数 表示硬化水 泥 浆体孔溶液的离子在多孔介质中扩散的阻力， 与混凝土孑 L 溶 液的离 子浓度 和孔结构特性相关 。 从图 3 ( d ) 可 以看 出 ， 对于相同粉煤灰掺量 的试块 ， 浸泡在盐水试块的 o r 值小于 浸泡于清水试块的 值 。 这是 因为盐水 中的氯离子扩散进 入混凝土的孔溶液 中， 增加了混凝土孔溶液 的离子的浓度 ， 进而减小 了扩散阻抗系数 。 从图 3 ( d ) 还可以看出 ， 在相 同的浸泡条件下 ， 扩散阻抗系数 随浸泡时间和粉煤灰掺 量的s D l： i 逐渐s k il ， 说 明粉煤灰的填缝效应和密实效应减 小了粉煤灰混凝土的孔隙率 ， 进而增加了扩散阻抗系数o r 。 常相 角指 数 P和分 数维 指数 d在 数值 上 满足 关 系 d = 4 - ，J ， 所 以可采用 P描述混凝土 的孑 L 结构特征 ； p越大 ， 混 凝 土的孔 结构越 接近密实的三维体系 ， 结构越密实 ， 离子 扩散越 困难。 从表 2 可以看 出， 相 同粉煤灰掺量的混凝土在 盐水和清水 中的常相角指数相差不大 ， 说 明氯离子对混凝 - i - L 结构特征 的影 响不明显。 粉煤灰混凝土的常相角指数p 略大于普通混凝土， 说明粉煤灰混凝土具有更密实的结构。 表 2 不 同粉煤灰掺量混凝土的常相角指数 P 龄期 C1 F 1 F 2 F 3 F 4 d 清水 盐水 清水 盐水 清水 盐水 清水 盐水 清水 盐水 0 0 0 0 0 8 0 0 8 1 0 81 0 8 3 0 0 3 0 8 5 0 0 5 0 8 5 0 8 5 7 0 8 3 0 7 9 0 8 2 O 8 1 0 8 4 0 0 3 0 8 4 - 0 8 3 0 8 5 0 8 4 1 4 0 0 6 0 8 2 0 8 5 0 0 2 0 8 2 0 8 4 0 0 5 0 0 4 0 8 4 - 0 8 2 2 8 0 0 5 0 0 3 0 8 7 0 0 3 0 0 5 0 8 4 - O 8 6 0 8 5 0 0 8 0 8 4 - 6 0 0 8 6 0 8 5 O 8 8 0 8 5 O 8 6 0 8 4 0 8 6 O 8 5 0 8 8 0 8 4 3 2 矿渣混凝土的阻抗参数分析 ( 1 ) 参数 和 。 由图 4 ( a ) 、 ( d ) 可 以看 出， 对 于相 同 矿渣掺量 的矿渣混凝土 ， 浸泡于盐水中试块 的阻抗参数 和 小于浸泡于清水 中的试块 ， 与粉煤灰混凝土呈现相 同 的变化规律 。 说明对于浸泡于盐水中的试块 ， 氯离子扩散进 入矿渣混凝土的孔溶液中 ， 增加 了孑 L 溶液的离子总量 ， 进而 减小 了矿渣混凝土参数的阻抗参数 。 从 图 4 ( a ) 、 ( d ) 还可以 看 出， 对于相 同浸泡条件下 的矿渣混凝 土 ， 阻抗 参数随着 浸泡时间和矿渣掺量 的增加而增 大 ， 说 明矿渣具有填缝效 应和密实效应 ， 降低了混凝土的孔隙率。 从表 3 可 以看 出， 相 同矿渣掺量的混凝土在盐水和清 水 中的常相角指数 P相差不大 ， 根据常相角指数 P和分维 指数 d的相互关系 d = 4 一 p ， 可 以判断氯离子扩散进 入矿渣 混凝土内部 ， 对矿渣混凝土的孔结构特征影响不 明显 ， 仅仅 增加了混凝 土内部离子浓度。 同时 ， 矿渣混凝土的常相角指 数 P略大于普通混凝土 ， 说明矿渣混凝土具有更密实的结构。 ( 2 ) 参数 尺 和 K。 从 图 4 ( b ) 、 ( c ) 可 以看 出 ， 对于相 同 配合比的混凝土试块， 浸泡于清水试块的阻抗参数 R 大于 浸泡于盐水 中的试块 ； 浸泡于清水试块的阻抗参数 小于 浸泡于盐水 的试块 。 这是 因为对 于浸泡于盐水 中的试块 ， 氯离子扩散进入 c s H凝胶 ， 增加 了 c S H凝胶 中 自由离 30 x 1 0 251 0 20l 0 1 51 0 1 01 0 5 01 0 +C 1 ( 清) o C1 (盐) +K1 ( 清) 一 K1 ( 盐) +K2 ( 清) t K 2 (盐) +C1 ( 清) 一 C1 ( 盐) +K1 ( 清) _ o KI (盐) O 2 0 4 0 6 0 8 0 1 O O 1 2 0 1 4 0 l 6 0 ， d ( c ) k r 图 +C 1 ( 清) o C1 (盐) +K1 ( 清) 一 Kl ( 盐) 0 2 O 4 O 6 O 8 0 1 0 0 1 20 1 4 0 1 6 0 d f d 1 a图 图 4 矿渣混凝土的电化学参数 表 3 不同矿渣掺量混凝土的常相角指数 p 龄期 C1 K1 1 C 2 K 3 K 4 d 清水 盐水 清水 盐水 清水 盐水 清水 盐水 清水 盐水 4 - 5 加 湖 加 隘 一 清 清 清 清 清 叫 ： 一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 子的种类和数量， 进而减小了水化电子进行电荷传递反应 电阻 R ， 增加了 C S H凝胶电容 电量。 由此可见 ， 氯离子扩 散进入矿渣混凝土的 C s H凝胶， 改变 c S H凝胶 电性质。 图 4 ( b ) 、 ( c ) 亦示 出相同浸泡环境 、 不 同矿渣掺量混凝 土阻抗参数 尺 和 的变化。 可 以看 出 ，阻抗参数 R 随矿 渣掺量的增加不断而增大 ， 说明矿渣掺量改善 了混凝 土内 部的孔结构 ， 减小了混凝土的孔隙率； 阻抗参数 K随矿渣 掺量的变化不明显 ， 说 明矿渣的掺人对混凝土 C S H凝胶 电性质影响不大 。 3 3 矿渣 粉煤灰复合混凝土的阻抗参数分析 ( 1 ) 参数 和 。 图 4 ( a ) 、 ( d ) 示出了浸泡于清水 中和盐 水中矿渣 粉煤灰复合混凝 土( 矿渣和粉煤灰的总掺量与 单掺矿渣和单掺粉煤灰的混凝土相同) 的 R 和 值。 由图 可以看出 ， 对于相同矿渣 粉煤灰掺量的混凝土试块 ， 浸泡 于盐水中的试块的阻抗参数 R 和 小于浸泡清水 中的试 块 ， 这是因为浸泡于盐水中的试块 ， 氯离子扩散进入复合混 凝土的孔溶液中 ， 增大 了孔溶液的离子种类和离子浓度 ， 减 小 了离子在孔结构 中扩散的阻力 。 从 图 4 ( a ) 、 ( d ) 还可 以看 出， 在相同的浸泡环境中， 复合混凝土的阻抗参数 R 和 o - 随 浸泡时间和矿渣掺量的增加呈现逐渐增大的趋势， 数值上 明显大于普通混凝土 ， 也大于图 3 ( a ) 、 ( d ) 和图 4 ( a ) 、 ( d ) 中 相同掺量的单掺粉煤灰和单掺矿渣的情况， 这说明矿渣 粉 煤灰复合混凝土微观结构较相同掺量的单掺粉煤灰和单掺 矿渣的混凝土更加致密， 孔隙率和平均孔直径更小 。 从表 4中可以看出， 盐水和清水 中浸泡的相 同掺量复合 混凝土的常相角指数p 相差不大， 说明氯离子扩散进 混凝土， 仅仅增加了复合混凝土内部的离子浓度 ， 对复合混凝土孔结 构特征影响不明显。 同时， 复合混凝土的常相角指数P 大于普 通混凝土， 也大于表 2 、 3 中相同掺量单掺粉煤灰和单掺矿渣的 情况 ， 说明矿渣 粉煤灰复合混凝土微观结构较相同掺量的 单掺粉煤灰和单掺矿渣的混凝土更加接近密实的三维体系。 表 4 盐水中复合混凝土的常相角指数 p ( 2 ) 参数 和 。 图 5 ( b ) 、 ( c ) 示出了清水和盐水 中不 同浸泡时间矿渣 粉煤灰复合混凝 土的参数 和 。 由图 可 以看出 ， 在相 同配合 比下 ， 浸泡于盐水 复合混凝 土试块 的阻抗参数 小于浸泡于清水 中的试块 ， 而阻抗参数 大 于浸泡于清水 中的试块 ， 说 明氯离子扩散进入复合混凝土 的 C S H凝胶 中 ， 增加 了凝 胶中离子浓度 ， 改 变 了 C S H 凝胶 的电性质。 而在相同的浸泡条件下 ， 复合混凝土的阻抗 参数 R 大于普通混凝土 ， 也大于图 3 ( b ) 和 图 4 ( b ) 中相同 掺量的单掺粉煤灰和单掺矿渣的情况， 说明在掺合料掺量 相 同的前提下 ， 复合混凝土的结构更密实。 46 6 01 0 5 0l 0 4 0 1 0 3 01 0 2 01 0 1 01 0 6 01 0 5 0 1 0 401 0 3 01 0 2 0l 0 1 0l O 4结 论 +c1 ( 清) o cl ( 盐) +KF 1 ( 清) - o KF 1 ( 盐) +KF 2 ( 清)+KF 2 ( 盐) +C 1 ( 清) C1 ( 盐) +K F 1 ( 清) 一 K F 1 ( 盐) O 2 0 4 0 6 0 8 O 1 0 0 1 2 0 1 4 0 l 6 O ， d ( b ) R 罔 +C1 ( 清) _ o - C1 ( 盐) +K F1 ( 清) KF I ( 盐) 0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0 l 2 0 1 4 0 l 6 0 r d f c )X图 ， d f d ) 口图 图 5 复合混凝土的电化学参数 本研究对浸 泡于清水 和盐水 中的矿物掺合 料混凝土 进行了电化学阻抗谱研究， 得出如下结论： ( 1 ) 相 同矿物掺量 的混凝土 ， 浸泡 于盐水 中试块 的电 解质电阻 。 、 水化过程中电子进行电荷传递反应的电阻 扩散 阻抗 系数 ， 均小于浸泡 于清水 中的试 块 ， 双 电层 电 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 容 c 大于浸泡于清水 中的试块 ， 常相角指数 P基本相 同， 说 明在氯离子 条件下 ， 混凝 土的电阻变小 ， 离子和 自由电 荷在孑 L 结构传递更容易 ， 混凝土 电活性更大 ， 如果 混凝 土 内有钢筋 ， 则增加了钢筋锈蚀的风险。 ( 2 ) 在相 同的浸泡条件下 ， 随着 矿物掺合料掺量 的增 加 ， 混凝土孔 溶液中电解质的 电阻 R 。 、 水化过程 中电子进 行 电荷传递反应的电阻 扩散阻抗系数 逐渐增 大 ， 双 电层 电容 c 保持不变。 说 明相 比于普通混凝土 ， 矿物掺量 和混凝土具有更低的孑 L 隙率和更高的密实度。 ( 3 ) 矿渣 粉煤灰复合混凝土较相 同掺量的单掺粉煤灰 和单掺矿渣的混凝土孔隙率和平均孔直径更小 ， 更加致密。 参考文献 ： 1 】史美伦 混凝土阻抗谱 M】 北京： 中国铁道出版社， 2 0 0 3 2 】张文 混凝土水泥水化过程的电化学阻抗谱研究 D 】 大连： 大连 理工大学 ， 2 0 1 3 3 Mc C AR T ER W J T h e f r a c t a l s u r f a c e o f c e me n t i t i o u s ma t e r i a l s d e t e r mi n e d b y i mp e d a n c e s p e c t r o s c o p y s p e c t r o s c o p y J A d v a n c e s i n C e m e n t R e s e a r c h ， 1 9 9 4 ， 2 4 ( 6 ) ： 1 4 7 1 5 4 4 许仲梓 水泥混凝土电化学进展 J J 硅酸盐学报， 1 9 9 4 ， 4 ( 2 ) ： 7 0 3- 7 0 6 上接第 4 1页 将各不同取代率下废弃玻璃细骨料混凝土应力一 应变 曲线的Y 轴除以峰值应力 。 、 轴除以峰值应变 得到无 量纲 的废弃玻璃细 骨料混凝 土的应力一 应变全 曲线 ， 并分 别拟合曲线 的上升段和下降段 ， 可得 到各不 同取代率下的 参数 o 、 b 如表 3 所示。 表 3参数 a 和 b 取代 率 0 2 0 4 0 6 O 8 0 1 0 0 口 2 81 243 275 2 5 3 245 1 7 4 b 0 8 2 0 7 7 092 0 8 8 1 1 2 1 1 9 将参数 o 、 b和再生玻璃细骨料取代率进行拟合 ， 得到 其关 系式为 ： 0 = 1 4 5 0 6 6 r 十 2 6 5 ( 6 ) b = 0 4 1 r + 0 7 5 ( 7 ) 利用式 ( 6 ) 和式( 7 ) 计算 a , b 值 ， 代入式( 5 ) ， 得到废弃玻 璃细骨料取代率为 4 0 的应力一 应变全曲线与实测的全曲线 如图 4 所示， 从图 4 可看出， 计算曲线和实测曲线吻合度较高。 25 2 0 对 室 菩 1 0 5 0 0 00 0 2 0 0 0 4 00 0 6 0 0 0 0 0 1 0 应 变 图 4 实测与计算应力一 应变全 曲线对比 3结论 ( 1 ) 随着废弃玻璃细骨料取 代率的不断增 大 ， 混凝土 的轴心抗压强度和立方体抗压强度基本呈下降的趋势， 并 5 】张文， 贡金鑫 混凝土中水泥水化过程的电化学阻抗谱研究 混凝土， 2 0 1 3 ( 1 0 ) ： 4 4 4 8 【 6 邱慧芳 混凝土复合矿物掺合料性能的研究 D 哈尔滨： 哈尔滨 工业大学， 2 0 1 3 7 B R A N T E R V I K K， N I K L A S S O N G A C i r c u i t m o d e l s f o r c e m e n t b a - s e d ma t e r i a l s o b t a i n f r o m i mp e d a n c e s p e c t r o s c o p y J C e me n t a n d C o n c r e t e Re s e a r c h， 1 9 9 3， 2 3 ( 3 ) ： 5 3 1 【 8 】贺鸿珠， 陈志源， 史美伦 掺粉煤灰水泥基材料的水化过程的交 流阻抗谱研究l J l_ 粉煤灰 ， 2 0 0 3 ， 2 ( 3 ) ： 7 - 9 9 王迎斌 ， 马保国， 罗忠涛 掺矿渣水泥水化反应特征的试验研究 混凝土与水泥制品 ， 2 0 0 9 ( 4 ) ： 9 - 1 1 【 1 0 吴远辉 ， 罗宿星 ， 付莹莹 氯离子条件下混凝土钢筋的电化学阻 抗特证【 J J 表面技术， 2 0 1 1 ( 3 ) ： 6 5 6 7 1 1 1 张振雷， 史美伦 混凝土中矿物掺和料水合机理的交流阻抗研 究l J 】 建筑材料学报， 2 0 0 6 ( 4 ) ： 5 0 0 5 0 2 作者简介 联系地址 联系电话 ： 王幻( 1 9 8 9 一 ) ， 男 ， 硕士研究生。 大连市甘井子区凌工路 2 号 大连理工大学结构大厅 3 0 1 ( 1 1 6 0 2 4 ) 1 5 9 4 0 92 0 4 5 9 拟合得到 了轴 心抗压强度 和取代率 、 轴心抗压强度和立方 体抗压强度之 间的关系。 ( 2 ) 废弃玻璃细骨料混凝土弹性模量总体上低于普通 混凝土 ， 其降低程度与取代率的大小有关 。 ( 3 ) 废弃玻璃细骨料混凝土峰值应 变均高于普 通混凝 土， 且随着取代率 的不断增大而不断增大 。 ( 4 )废弃玻璃细骨料混凝土的单轴受压应力一 应 变全 曲线与普通混凝土相类似， 均由上升段和下降段所组成， 可 分别用本试验建议的3 次多项式和有理分式来拟合得到。 参考文献 ： 1 HE Z HE N， L I Z ON GJ I NG a n d C HE N G UOHU A Wa s t e Gl a s s Ma - na g e me nt a n d App l i c a t i o n o f Gl a s p h a l t i n Hang Ko n g， Fi n a l Re p o S u b m i t t e d t o H o n g K o