1、2 0 1 3 年 第 8 期 (总 第 2 8 6 期 ) Nu mb e r 8 i n 2 0 1 3 ( T o t a l No 2 8 6 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 原材料及辅助物料 M ATE RI AI ,A D ADM D叮CLE 混凝土原材料及力学性能与氯离子扩散系数间的 相关性试验研究 赵卓 ,李整建 , ( 1 郑州大学 土木工程学院 , 河南 郑州 4 5 0 0 0 2 ;2 申磊 ,李明星 焦作大学 土木建筑工程学院,河南 焦作 4 5 4 0 0 3 ) 摘要 : 开展矿物掺合料混凝土的抗氯离子渗透和立方体抗压强度试验 , 以分析研究原材料如
2、水胶比、 单位立方米水泥用量 、 胶凝材料用量 以及立方体抗压强度与氯离子扩散系数间的相关性。 试验结果表明 : 氯离子扩散系数随水胶比的增加而增加 , 随单 位立方米水泥用量 、 胶凝材料用量和立方体抗压强度的增加而下降。 氯离子扩散系数与水胶比、 单位立方米水泥用量 、 胶凝材料 和立方体抗压强度间均呈显著的非线性回归关系。 关键词 : 矿物掺合料混凝土 ;氯离子扩散系数;立方体抗压强度;原材料 ;相关性 中图分类号: T U 5 2 8 0 4 1 文献标志码 : A 文章编号 : 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 3 ) 0 8 0 0 7 2 0 4 C or r e
3、l a t i o n t e s t b e t w e e n c h l o r i d e d i ffu s i o n c o e ffi c i e n t a n d r a w m a t e r i a l a n d m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s Z H A OZ h u o , L I Z h e n g fi a n 2 S H E NL e i , L I Mi n g x i n g ( 1 S c h o o l o f Ci v i l E n g i n e e r i n g, Z h e n g z h
4、o uUn i v e r s i t y, Z h e n g z h o u4 5 0 0 0 2 , Ch i n a ; 2 S c h o o l o f Ci v i l E n g i n e e ri n ga n dAr c h i t e c t u r e , J i a o z u oUn i v e r s i ty, J i a o z u o 4 5 4 0 0 3, C h i n a ) Ab s t r a c t : C u b e c ras h i n g s t r e n g t h a n d r e s i s t a n c e t o c
5、h l o r i d e p e n e tra t i o n o f mi n e r a l a d mi x tur e c o n c r e t e wa s t e s t e d t o a n a l y s i s t h e r e g r e s s i o n r e l a t i o ns h i p b e t we e n c h l o r i d e di f f us i o n c o e ffi c i e n t a n d r a w ma t e ria l a n d me c h an i c a l pr o pe r t i e s
6、Te s t r e s u l t s s ho we d t h a t c h l orid e d i f f u s i o n c o e 衢c i e n t i n c r e a s e d wi t h t h e i n c r e a s e o f wa t e r b i n d i n g ma t e d a l r a t i o, d e c r e a s e d wi t h the i n c r e a s e o f c e me n t a mo u n t p e r c u b i c me t e r , c e me nt i t i o
7、 us ma t e ria l a mo u n t p e r c u bi c me t e r and c u be c r u s hi n g s t r e n g t h Chl o r i de d i ffu s i o n c o e ffi c i e n t h a d a g o o d no n l i ne a r r e g r e s s i o n r e l a t i o n s hi p wi th wa t e r b i n d i n g ma t e r i a l r a t i o, c e me n t am o u n t p e r
8、 c u bi c me t e r , c e me nt i t i o us ma t e ria l a mo u nt pe r c u bi c me t e r a n d c u b e c rus h i n g s t r e n g t h Key w or ds: mi n e r a l a dm i x t u r e c o nc r e t e; c hl o r i de d i ffu s i o n c o e ffi c i e n t ; c u be c r u s hi n g s tre ng t h; r a w ma t e ria l ;
9、c o r r e l a t i o n 0引言 1 试验方案 混凝土的渗透性决定 了外界环境 中气体 、 液体以及各 类有害物质侵入混凝土 的难易程度 , 是影响混凝土结构耐 久性最重要的因素 , 可以通过混凝土渗透性来有效评价混 凝土的耐久性 1 , 而混凝土的抗氯离子渗 透试验则是 目前 应用较为广泛 的试验方法踊 。 目前 , 针对混凝土抗氯离子渗透性的研究较多集中于 渗透性测试试验方法 、 原材料因素5 - 9 以及养护方式等 的影 响, 而 由于混凝土材料的复杂多样 性 , 针对 氯离子 扩 散系数与力学性能问相关关系的研究【 1 1 2 则相对较少 , 量 化关系的建立仍有待进
10、一步的研究。 开展矿物掺合料混凝土的抗氯离子渗透和立方体抗 压强度试验, 以分析建立不同配合比和不同龄期条件下, 原 材料因素如水胶比、 单位立方米水泥用量、 单位立方米胶 凝材 料用量 以及立方体抗压强度和氯离子扩散系数间 的 相关关系。 1 1 试验原材料 水泥 : P O4 2 5 级水泥 , 比表面积 3 6 7 r n 2 k g 。 天然砂 : 细 度模数 2 9 , 表观密度 2 6 9 1 k g m3 ; 机制砂 : 细度模数 2 8 , 表 观密度 2 6 8 0 k g r n 3 石粉含量 1 2 。 粗骨料 : 粒径 5 2 5 m m连 续级配碎石和米石 , 表观密
11、度 2 7 0 8 k g m3 o 粉煤灰 : F 类 I I 级 粉煤灰 , 细度 1 8 。 矿渣粉 : S 9 5 级 , 比表面积 4 0 9 m Y k g 。 外 加剂 : 脂肪族 系高效减水剂 , 减水率 1 8 。 水 : 自来水。 1 2试验 配合 比 依据 普通混凝土配合比设计规程 1 3 不同强度等级 混凝土配合 比如表 1 所示。 1 3试 验 内容 强度等级所需试件组数及试验检测 内容如表 2 所示 。 ( 1 ) 混凝 土抗氯离子渗透试验按 照 公 路工程混凝土 结构防腐技术规范 14 采用 R C M法测试。 收稿 13 期 :2 0 1 3 - 0 2 2 0
12、 基金项目:国家 自然科学基金资助项 目( 5 1 0 7 8 3 3 4 ) ; 河南省教育厅科学技术研究重点项 目( 1 2 A 5 6 0 0 1 4 ) 7 2 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 1 混凝土配合比 k g m ( 2 ) 混凝土抗压强度试验按 照 普通混凝 土力 学性能 试验方法标准 0 试 。 2 分析 与讨 论 2 1 试验 结果 对不同强度等级和养护龄期的混凝土进行抗氯离子 渗透试验 , 试验结果如表 3 所示 。 对不同强度等级和养护龄期的 昆 凝土进行立方体抗 压强度试验 , 试验结果如表 4 所示 。 2 2 水胶 比对氯
13、离子扩散 系数 的影响 水胶 比与不 同龄期混凝土 的氯离子扩散 系数间 的回 归关系如图 1 所示。 表 3 混凝土的氯离子扩散系数 1 0 : m2 s 水 胶 比 f b ) 图 1 水胶比与氯离子扩散系数的回归关系 由图 1 可知 , 不同龄期混凝土 的氯离子扩散 系数 随水 胶 比的增加而增加 , 并均呈 良好 的非线 性 回归关系 。 水胶 比是影响混凝土孔结构 的最主要 因素 , 水胶 比越大 , 水泥 水化后剩余的水越多, 这部分水蒸发后 , 形成更多的毛细 孔 , 混凝 土的孔隙率越大 , 而且形 成尺寸更大毛细孔和连 通孔 的机 率也增大 , 导致混凝土抗渗性 能下 降 ,
14、 进而使氯 离子扩散系数增加 。 反之 , 混凝土 的总孔隙率就越小 , 孔隙 曲折度增 加 、 连通 的孔隙减 少 , 细化 孔径分 布 , 改善 孔结 构 , 其结构越致密 、 孔洞越少 、 水化产物越丰富并且交织成 网络界面 区黏结越紧密 , 因此混凝 土抗 渗性能越好 , 相应 的氯离子扩散系数越低 。 2 -3 单位立方米水泥用量对氯离子扩散 系 数的影响 单位立方米水泥用量 与不 同龄期混凝土 的氯离 子扩 散系数问的回归关 系如图 2 所示 。 由图 2 可知, 不同龄期混凝土的氯离子扩散系数随单 位立方米水泥用量的增加而下降, 并均呈良好的非线性回 归关系; 相关文献 7 】
15、指出: 随着水泥用量增加, 混凝土孔隙 率变小, 密实度不断增强 , 致使氯离子初始扩散系数随着 水 泥用量的增加逐 渐衰减 , 到一定程度后 , 水泥用量增加 对氯离子初始扩散系数的影响不再 明显 。 2 4 单位立方米胶凝材料对氯离子扩散 系数的影响 单位立方米胶凝材料与不同龄期混 凝土的氯离子扩 散系数问的回归关系如 图 3 所示。 由图 3 可知 , 不 同龄期混凝土的氯离子扩散系数 随单 位立方米胶凝材料用量 的增加而下降 , 并均呈 良好的非线 性 回归关系。 由于本次试验各强度等级 昆 凝土用水量相近 , 单位立方米胶凝材料用量增加即基本等同于水胶比减小。 2 5 不 同龄 期
16、立方体抗 压强度 与氯 离子 扩散 系数 的关 系 7 d 立方体抗压强度与不同龄期混凝土的氯离子扩散 系数间的回归关系如图4 所示。 1 4 d 立方体抗压强度与不 同龄期混凝土 的氯离子扩散系数问的 回归关系如 图 5所 7 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 宙 1 8 2 1 5 1 2 rq -, 嘘9 撅 6 单位立方米水泥用量 ( k g m 1 ( a ) 单位立方米水泥用量 ( k g m ) ( b ) 2 0 0 2 5 0 3 O 0 3 5 0 4 0 0 4 5 0 单位立方米水泥用量 ( k g m ) ( c ) 图 2 单位立方
17、米水泥用量与氯离子扩散系数的回归关系 3 8 0 4 0 0 4 2 0 4 4 0 46 0 48 0 单位立方米胶凝材料 ( k g m 1 ( a ) 图 3 7 d 2方 体抗压 强度 MP a ( a ) 6 曼 s 褪 唔 葛 1 7 d 立方体抗压强度 MP a f b 1 图 4 7 d立方体抗压强度与氯离子扩散系数的回归关系 1 8 _。1 5 7 4 6 罩 , 攘 1 4 0 0 4 2 0 4 4 0 4 6 0 4 8 0 单 位立方 米胶凝 材料 ( k g m 1 ( c ) 7 d 立方体抗压强度 MP a ( c ) 1 4 d 立方体抗压强度 MP a 1
18、4 d 立方体抗压强度 MP a ( a ) ( b ) 图 5 1 4 d立方体抗压强度与氯离子扩散系数的回归关系 2 4 3 0 3 6 4 2 4 8 2 8 d 立方体抗压强度 MP a ( a ) 5 4 1j 4s 1 4 d 立方体抗压强度 MP a ( c ) 2 8 d 立方体抗压强度 MP a ( b ) 图 6 2 8 d立方体抗压强度与氯离子扩散系数的回归关系 2 8 d 立方体抗压强度 MP a ( c ) O 5 O 5 6 4 3 l 一 I I I 0 【 J , 籁懈衽 傩城日 葛 箍 雠艟日 葛 2 9 6 衽 健骣 N 学兔兔 w w w .x u e t
19、 u t u .c o m 示。 2 8 d 立方体抗压强度与不 同龄期混凝土 的氯离子扩 散 系数间的回归关系如图 6 所示 。 5 6 d 立方体抗压 强度与不 同龄期混凝土 的氯 离子扩 散系数 间的 回归关系如 图 7 所 示。 8 4 d 立方体抗压强度与不 同龄期混凝土 的氯离子扩散 系数 间的回归关系如 图 8 所示 。 由图 4 - 8 可知 , 不 同龄期混凝土氯离子扩散系数均分 别随 7 、 l 4 、 2 8 、 5 6 、 8 4 d立方体抗 压强度的增加而下降 , 并 均呈 良好的非线性 回归关系。 -7 宝 衽 褪 葛 5 6 d 立方体抗压强度 MP a 5 6
20、d 立方体抗压强度 MP a ( a ) ( b ) 图 7 5 6 d立方体抗压强度与氯离子扩散系数的回归关系 5 6 d 立方体抗压强度 MP a ( c ) 8 4 d 立方体抗压强度 MP a 8 4 d 立方体抗压强度 MP a 8 4 d 立方体抗压强度 MP a ( a ) ( b ) ( c ) 图 8 8 4 d立方体抗压强度与氯离子扩散系数的回归关系 2 6 立方体抗压强度与氯 离子扩散 系数的回归分析 强度增加而下降, 并呈良好的非线性回归关系。 综合考虑不同强度等级 2 8 、 5 6 、 8 4 d的立方体抗压强度 与氯离子扩散系数, 可建立两者之间的回归关系如图 9
21、 所示。 立 方体抗 压强度 MP a 图 9 立方体抗压强度与氯离子扩散系数的回归关系 由图 9 可知 , 氯 离子扩散系数 随立方体抗压强度增加 而下降 , 并呈 良好的非线性 回归关系。 混凝 土越密实 , 立方 体抗压强度越大 , 抗渗性越好 , 氯离子扩散系数越小 。 3结论 ( 1 ) 不同龄期混凝土的氯离子扩散系数随水胶 比的增 加而增加, 随单位立方米水泥用量、 单位立方米胶凝材料 用量的增加而下降。 ( 2 ) 不同龄期混凝土 的氯离子扩 散系数 与水 胶 比、 单 位 立方 米水泥用量和单位立方米胶凝 材料用量间均呈 良 好 的非线性相关关 系。 ( 3 ) 不同龄期混凝土
22、的氯离子扩散系数随立方体抗压 参考文献 : 1 金伟良, 赵羽习 混凝土结构耐久性 M 】 北京: 科学出版社, 2 0 0 2 2 J2 G B F F 5 0 4 7 6 -2 0 0 8 , 混凝土结构耐久性设计规范 s 北京: 中国 建筑工业出版社 , 2 0 0 9 【 3 】董素芬, 黄智德 混凝土抗氯离子渗透性快速测试方法的现状 及展望 J :昆凝土 , 2 0 1 0 ( 6 ) : 1 3 1 1 3 3 4 周剑, 张俊芝, 周建民 混凝士氯离子扩散系数测试方法的对比 试验研究f J 】 工业建筑, 2 0 1 0 , 4 0 ( 2 ) : 1 0 9 1 1 1 【 5
23、 】5 叶建雄, 李晓筝, 廖佳庆, 等 矿物掺合料对混凝土氯离子渗透 扩散性研究【 J 1 _ 重庆建筑大学学报, 2 0 0 5 , 2 7 ( 3 ) : 8 9 9 2 6 1 谢友均, 马昆林, 龙广成, 等 矿物掺合料对混凝土中氯离子渗 透性的影O R J 硅酸盐学报, 2 0 0 6 , 3 4 ( 1 1 ) : 1 3 4 5 1 3 5 0 【 7 】田冠飞, 冷发光, 丁威, 等 水泥用量对c l 一 在混凝土中扩散系数 影响的试验研究 J 1 工业建筑, 2 0 0 8 , 3 8 ( 2 ) : 7 6 8 0 【 8 18金骏, 吴国坚, 翁杰, 等 水灰比对混凝土
24、氯离子扩散系数和碳 化速率影响的试验研究f J 1 _ 硅酸盐通报, 2 0 1 1 , 3 0 ( 4 ) : 9 4 3 9 4 9 【 9 R AW B A, B E K I R T L I n fl u e n c e o f fl y a s h o n c o r r o s i o n r e s i s t a n c e a n d c h l o ri d e i o n p e r m e a b i l i t y o f c o n c r e t e J C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d - i n g M a t e
25、ri a l s , 2 0 1 2 ( 3 1 ) : 2 5 8 2 6 4 I O S E M I O N z , K O N S T A N T I N K E ff e c t o f i n t e rna l c u ri n g O i l d u r a b i l i t y - r e l a t e d p r o p e r t i e s o f h i g h p e rf o rma n c e c o n c r e t e 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 1 2 , 4 2
26、( 1 ) : 2 0 2 6 1 1 】 杨钱荣 掺粉煤灰和引气剂混凝土渗透性与强度的关系【 J 】 建筑 材料学报, 2 0 0 4 , 7 ( 4 ) : 4 5 7 4 6 1 下转第 8 2页 75 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 。 2 斟 婚 0 5 O l O O 1 5 O 2 0 0 龄期 , d 图3 膨胀剂掺量对 自密实混凝土收缩影响的回归分析 曲线 且居 中, C的 。 值最小 。 说 明了 D的收缩 率增加速度最快 , A与 B的收缩率增加速度接近且居中, 而 C的收缩率增加速 度最慢, 尽管 1 d 时 C和D收缩率之差为 1 5
27、6 x 1 0 , 到 3 6 0 d 时 , D和 C的收缩率与龄期 回归 曲线基本重叠。 b 值随着膨 胀剂掺量的增加一直在减小 , 表明 白密实混凝土早期 ( 1 d ) 收缩率随着膨胀剂掺量的增加在降低 , 当膨胀剂掺量 1 2 时 , 自密实混凝 土的 b 值为负值 , 表现为膨胀率。 B收缩率 与龄期回归曲线中的b 值与其 1 d 实测值吻合最好,仅有 4 6 7 6 x 1 0 误差, A收缩率与龄期回归曲线中的 b 值与其 1 d 实测值之间误差最大 , 达到 了 3 4 2 8 x 1 0 , C和 D收缩率与 龄期回归曲线中b值与其 1 d 实测值之间的误差居中, 分 别为
28、 1 0 5 2 6 x 1 0 和 2 2 3 5 x 1 0 4 。 3结论 ( 1 ) 自密实混凝土收缩率随着膨胀剂掺量增加在降低 , 其降低幅度随龄期增加而减小, 早期( 3 、 7 d ) 的收缩率降低 上接第 7 5页 【 1 2 AKB AR R A, AM1 R RE Z A P, MAHDI L M, e t a 1 P r a c t i c a l e v a l u a t i o n o f r e l a t i o ns h i p b e t we e n c o n c r e t e r e s i s t i v i t y, wa t e r p e n
29、 e t r a t i o n, r a p i d c h l o ri d e p e n e t r a t i o n a n d c o m p r e s s i v e s t r e n g t h J C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g M a t e r i a l s , 2 0 1 1 , 2 5 ( 5 ) 2 4 7 2 - 2 4 7 9 1 3 J G J 5 5 2 0 1 1 , 普通混凝土配合比设计规程【 s 】 E 京 : 中国建筑 工业出版社 , 2 0 1 1 【 1 4 J T G T B
30、0 7 0 1 2 0 0 6 , 公路工程混凝土结构防腐蚀技术规 范 s 1 北京: 人民交通出版社, 2 0 0 6 上接第 7 8页 5 其他混凝土试验及分析 按照 以上相同试验方法对 C 3 0 混凝土的工作性能和强 度进行相关测试 , 结果详见表 5 。 试验表明, 掺人脱硫石膏可 改善混凝土的工作性能 , 总体变化不及 C 4 0 混凝土明显。 这 是由于低强度等级混凝土中胶凝材料总量较少 , 浆骨 比降 低 , 对混凝土流动性影响减弱而造成的。 混凝土强度也有相 同的现象。 但脱硫石膏掺量在 8 时, 工作性能和强度都能 超过对 比试样 和基准试样 , 与 C 4 0 结果一致
31、。 6结论 高性能混凝土掺合料掺量较大时, 通过脱硫石膏替代 部分粉煤灰可改善胶凝材料之间的颗粒级配和需水量, 提 高混凝土的工作性能。 特别是, 脱硫石膏掺量在 8 , 即胶凝 材料中S O 总含量在2 7 时, 新拌混凝土坍落度和扩展度 提高幅度较大 , 经时损失减小 , 并具有 良好 的黏聚性和保水 82 显著 , 9 0 d以后收缩率降低幅度趋于稳定; 自密实混凝土 收缩率随着龄期增加在增加 , 其增加幅度随着龄期增加在 降低 , 与 A相 比, B、 C和 D的收缩率在 7 d以内增加慢 , 在 7 9 0 d内增加快 。 ( 2 ) 同龄期 自密实混凝 土收缩落差随膨胀剂掺量的增
32、加出现了先减小后增加的发展规律, C的收缩落差最小 , 而 D的收缩落差最大; 自密实混凝土收缩落差随着龄期的 增加在增加 , 其增加幅度随龄期的增加在减小。 ( 3 ) 用对数 函数表征 自密实混凝 土收缩率 ( d ) 与其龄 期( f ) 的关系较为合适, 且与实测值吻合较好。 参考 文献 : 【 1 】阎培渝, 廉慧珍, 覃肖, 等 使用膨胀剂配制补偿收缩混凝土时 需要注意的几个问题【 J 1 硅酸盐学报, 2 0 0 0 , 2 8 ( 1 2 ) : 4 3 4 5 f 2 12 刘加平 , 等 膨胀剂和减缩剂对于 高性能混凝土收缩开裂的影 O f J I 东南大学学报, 2 0
33、0 6 , 3 6 ( 1 1 ) 3 3 尚建丽高性能混凝土中膨胀剂效用的试验研究 J 】 新型建筑材 料 , 2 0 0 3 ( 1 1 ) 4 】张向军掺超细矿渣和膨胀剂的高性能混凝土试验研究叽新型 建筑材料, 2 0 0 4 ( 7 ) 5 何延树, 等 膨胀剂对免振捣自密实混凝土性能的影响J 1 长安 大学学报 , 2 0 0 3 , 2 3 ( 1 1 ) 6 李宁 膨胀剂掺量对自密实混凝土收缩性能的影响 J 】 _ 建筑技 术 , 2 0 1 1 ( 1 2 ) 作者简介: 联系地址 : 联系电话: 孟志良( 1 9 6 4 一 ) , 男 , 教授。 河北省保定市灵雨寺街 2
34、8 9号 河北农业大学城乡建 设学院( 0 7 1 0 0 1 ) 1 51 27 2 6 0 5 ; 2 6 1 5 G B r 5 0 0 8 1 -2 0 0 2 , 普通混凝土力学性能试验方法标准阿北京: 中 国建筑工业出版社 , 2 0 0 3 ( 4 ) 作者简介: 赵卓( 1 9 7 0 一 ) , 男, 博士, 教授, 从事工程结构与材料耐 久性试验研究。 联 系地址: 河南省郑 州市文化路 9 7号 郑 州大学 土木工程 学 院 ( 4 5 0 0 0 2 ) 联系电话 : 1 3 9 0 3 7 1 0 2 4 5 性。 同时混凝土力学性能也能得到一定程度提高。 参考 文献
35、 : 1 黄峰, 曹德光, 等 脱硫石膏粒径分布及其水分对水泥粉磨过程 和性能的影响【 J 水泥 , 2 0 0 9 ( 2 ) : 8 - 1 0 2 施惠生 , 蔡勇 脱硫石膏对矿渣水泥性能 的影晌 J 水泥 技术 , ( 1 ) : 2 6 3 0 3 13 陈瑜, 高英力, 王盛铭 粉煤灰一 脱硫石膏双掺砂浆试验研究与 应用 长沙理工大学学报: 自然科学版, 2 0 1 0 ( 2 ) : 4 8 8 0 【 4 】 谭平, 王海云 脱硫石膏掺量对混凝土性能的影响 J 矿产综合 利用, 2 0 1 0 ( 1 ) : 4 6 4 8 【 5 】 谭平, 王海云, 等 电厂脱硫石膏粉在水泥基胶凝材料中的复合 效应 非金属矿, 2 0 1 0 ( 2 ) : 3 9 4 1 作者简介: 钱大t ( 1 9 6 6 一 ) , 男, 副教授, 主要从事混凝土及施工 技术研究。 联系地址: 河南省洛阳市洛龙区王城大道 9 0 号 洛阳理工学院 土木工程系( 4 7 1 0 2 3 ) 联系电话 : 1 3 6 5 3 8 9 0 5 2 5 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m