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再生混凝土抗氯离子渗透性能研究.pdf

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资源描述

1、2 0 1 1 年 第 8 期 (总 第 2 6 2 期) Nu mb e r 8i n2 0 1 1 ( T o t a l N o 2 6 2 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 THEORETI 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 1 0 8 0 1 3 再生混凝土抗氯离子渗透性能研究 顾荣军 ,耿欧 , ( 1 常州建筑科学研究院有限公司,江苏 常州 2 1 3 0 0 1 ;2 卢刚 ,藏林 中国矿业大学 力学与建筑工程学院,江苏 徐州 2 2 1 0 0 8 ) 摘要

2、: 混凝土的抗氯离子性能将影响到整体结构的耐久性能, 再生混凝土的抗氯离子渗透性能的研究对再生混凝土的实际运用具有重 要作用。 根据J T J 2 7 O 一9 8 水运工程混凝土试验规程 对再生混凝土内水溶性氯离子含量进行测定, 考虑不同水灰比与再生骨料取代率情 况 , 并与普通混凝土进行对 比 , 得出再生混凝土 内氯离子渗入 的水溶性氯离子浓度较 高, 其含 量约为普通混凝土的 1 2倍 ; 随着水灰 比的 提高, 再生混凝土的抗氯离子渗透性能降低; 随再生骨料取代率的提高, 混凝土内各范围内的水溶性氯离子含量增加。 关键词: 再生混凝土;氯离子;渗透性;钢筋锈蚀 中图分 类号 : T

3、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 1 ) 0 8 0 0 3 9 0 3 Re s i s t a nc e t o ch l o r i de i on pene t r a t i on of r ec y c l e d c on c r e t e GURo n g -j u n , G E NGOu 2 , LUGa n g , Z ANGL i n ( 1 C h a n g z h o uA r c h i t e c t u r a l R e s e a r c hI n s t i t u t eC o

4、, L t d , C h a n g z h o u 2 1 3 0 0 1 , Ch i n a ; 2 S c h o o l o f Me c h a n i c s a n dCi v i l E n g i n e e r i n g , C h i n aU n i v e r s it yo f Mi n i n g a n dT e c h n o l o g y , X u z h o u 2 2 1 0 0 8 , C h i n a ) Ab s t r a c t : Th e c o n c r e t e p e r ff r manc e o fr e s i

5、s t a n c e t o c h l o rid e i o n wi l 1 a f f e c t t h e d u r a b i l i t y o f t he o v e r a l l s t r u c t u r e r e s i s t a n c e t o c h l o rid e p e n e ff t i o n o f r e c y c l e d c o nc r e t e i o n p l a y s an i mp o r t a n t r ol e o n t h e a c t u a l u s e o fr e c y c l

6、e d c o n c r e t e Ac c o r d i n g t o J TJ 2 7 o 一9 8 “ Wa t e r Tr a n s p o rt En g i n e e r - i n g Con c r e t e t e s t i n g p r o c e d u r e s ” , t a k i n g i n t o a c c o u n t d i ffe r e n t wa t e r c e me n t r a t i o a n d r e pl a c e me n t r a t i o o f r e c y c l e d a g g

7、 r e g a t e, and c o mp a r e wi t h the o r d i n a r y c o n c r e t e, t h e wa t e r s o l u b l e c h l o rid e i o n c o nt e n t i n r e c y c l e d c o n c r e t e wa s d e t e r mi ne d Th i s Pa D e r o b t a i n s wa t e r s o l u b l e c hl o rid e i o n c o n c e n t r a t i o n i n r

8、e c y c l e d c o n c r e t e wa s h i g he r t h a n o r d i n a r y c o n c r e t e, a n d i t s c o n t e n t i s a b o u t 1 2 t i me s o f o r d i n a r y c o n c r e t e : W i t h t h e i mp r o v e me n t o fwa t e r - c e me n t r a t i o, r e s i s t a n c e t o c h l o r i d e i o n pe r m

9、e a b i l i t y o fr e c y c l e d c o n c r e t e i s d e c r e a s e d; wi t h r e c y c l e d a g gre g a t e r e p l a c e me n t r a t e i n c r e a s e, Th e r an g e o f wa t e r - s o l u b l e c h l o rid e i o n c o n t e nt i n c o nc r e t e i n c r e a s e d K e y wo r d s : r e c y c l

10、 e d c o n c r e t e ; c h l o ri d e i o n s ; p e rm e a b i l i ty; s t e e l c o r r o s i o n 0 引言 钢筋混凝土结构在使用寿命期间可能遇到的最危险的侵 蚀介质就是氯离子。 氯离子的侵蚀导致混凝土内钢筋表面钝化 膜破坏, 氯离子是优良的离子导体 , 氯盐引起的混凝土内钢筋 腐蚀一般能够达到较高的腐蚀速度。 著名专家梅塔教授把钢筋腐蚀确认为是影响耐久性的第 一 因素 ; 英国通过文献调查 , 统计了 2 7 1 个结构劣化破坏事 例, 钢筋锈蚀占全部破坏事例的 5 5 , 是引起钢筋混凝土结构

11、 破坏的主要因素; 其中, 因环境中氯盐污染而引起的钢筋锈蚀 占全部破坏事例 的 3 3 , 属首要破坏因素圆 。 氯离子渗 入混凝土 中主要有 3 种 方式 , 即扩散 、 毛 细孔 吸 收和渗透。 扩散是由于溶液中氯离子浓度梯度引起的; 毛细孔 吸收是指氯离子随水进入干燥的混凝土中; 渗透则是在压力作 用下, 氯离子随水一起进入混凝土。 渗入混凝土中的氯离子在混 凝土中有 3 种存在形式。 一种是氯离子与水泥中C A的水化产 物硫铝酸钙反应生成低溶性的单氯铝酸钙 , 即F r i e d e l 盐( 又称 氯离子的化学结合) ; 第二种是氯离子被吸附到水泥胶凝材料 的水化产物 中去 ,

12、即被水泥水化产物 内比表面积不可逆 的吸收 ( 又称氯离子的物理吸附) ; 第三种是氯离子以游离的形式存在 收稿 日期 :2 0 1 l _ _ 0 2 - 2 4 于混凝土的孔溶液里, 只有这部分以游离态存在的氯离子达到 一 定的浓度才会对钢筋造成腐蚀_3 _ 。 本研究主要根据 J T J 2 7 0 9 8 水运工程混凝土试验规程 对第 三种 氯离子即水溶性氯离子进行测定 , 得 出再 生混凝土抗 氯离子性能相关规律。 1 试验概 况 1 1 试件设计与分组 ( 1 ) 试验材料。 水泥 : P O 4 2 5 R级水泥; 细骨料 : 采用天然 中砂; 天然粗骨料: 徐州市某采石场生产的

13、石灰岩碎石; 再生骨 料 : 江苏徐 州市某水 泥路面返 修所产生 的废 弃混凝 土块 , 再 生 骨料通过人工破碎 、 清洗 、 筛 分的办法获得。 其基本性 能试 验方 法按照J G J 5 2 2 o 0 6 普通混凝土用砂石质量及检验方法标准 , 如表 1 所示。 表 1 再生骨料的基本性能 ( 2 ) 试件设计与分组。 本试验采用边长为 1 0 0 mm的混凝土 3 9 立方体试块 ; 试件设计如表 2 ; 试件配合 比设计如表 3 。 试件制 作的 同时浇筑 一组 1 0 0 m i n x 1 0 0 m mx l 0 0 mm 的混凝 土试块 , 每组 3 块 , 用于测试混凝

14、土的立方体抗压强度 。 表 2 试件设计表 注: 编号中A、 B 、 C分别表示水灰 比0 4 4 、 O 4 9 、 0 5 7 ; I 、 I I 、 I I I 、 I V表 示取代率分别为 0 、 3 0 、 7 0 、 1 0 0 。 表 3试件配合 比设计 注: 普通混凝土与再生混凝土采用同样配合比, 不同取代率的再生 混凝土试块将部分再生骨料取代粗骨料。 ( 3 ) 试验步骤。 试块浇筑 1 d后拆模, 放于标准养护室养护 2 8 d , 然后将试件 在 6 0温度下烘干 4 8 h 。 经烘干后的试块, 除留下一个侧面外, 其余表面用石蜡予以 密封。 在 自然室外条件下 , 将

15、 试块浸泡在浓度为 1 0 的 Na C 1 溶 液中。 在试验龄期 1 4 、 3 0 、 6 0 、 9 0 d时, 取出同一侵蚀条件下的每组 两个试块分层取样测定其中的氯离子含量。 钻取混凝土试件深 度 0 5 mm、 5 1 0 r n l n范围的混凝土粉末。 为了收集足够的试 样, 在同时取出的两个试块中分层取样 , 并将同一层范围的试 样收集在一起 备用 。 所得样品根据 J T J 2 7 O 一9 8 水运工程 混凝土试验规 程 对 水溶性氯离子进行 测试 。 2 试验 结果 与分析 2 1 不同水灰比情况下再生混凝土抗氯离子渗透性能 考虑 0 4 4 、 0 4 9 、 0

16、 5 7三种水灰比情况 , 在试件龄期为 1 4 , 3 0 , 6 0 , 9 0 d时 , 取 出试 块钻取 粉末 , 根 据 J T J 2 7 0 9 8 水运 工 程混凝土试验规程 对水溶性氯离子进行测试, 得出不同水灰 比情况下各组试块内氯离子浓度值如图 1 所示。 1 1 1 琶 1 0 0 0 O 一 一 = r ; ! : l - _A一 1*_B I V l l +A一 1 V C I I l 士B I+C I vl 0 0 0 堡 0 0 0 0 0 : ; 至三 一 l 一A I*一B I V l l 卜 _ A I v C I I l 盘 一B I _C I vI 浸

17、泡 时I司 , d 缦泡 时I司, d ( a ) 0 - 5 mm f b 1 5 1 0mm 图 1 不同深度内水灰 比与氯离子浓度关系 根据所得结果可以看出: ( 1 ) 再生混凝土氯离子渗入较快、 各层水溶性氯离子浓度 较高。 经综合计算 , 本试验得出在 0 5 1T l n l 深度范围内再生混凝 40 土中氯离子浓度较普通混凝土高 1 9 , 在 5 1 0 ml n深度范围内 冉生混凝土 中氯离子浓度较普通混凝土高 2 2 。 ( 2 ) 随着 水灰 比的提高 , 再生混凝 土的抗氯 离子渗 透性 能 降低。 试验可以看出, 不论普通混凝土或是再生混凝土, 水灰 比 越小 ,

18、强度越大, 抗氯离子渗透能力提高。 当冉生混凝土水灰 比 较大时 , 再生混凝土内氯离子浓度明显加大。 ( 3 ) 随着再生混凝土内深度的增加 , 氯离子浓度逐渐递减。 通过对各组试块的数值分析, 普通混凝土在 5 1 0 mm范围内的 氯 离子 浓度值 约 为 0 5 ra i n范 围 内的 5 4 1 ;再 生混 凝土 在 5 1 0 n q l T I 范围内的氯离子浓度值约为 0 5 mm范围内的 5 5 9 ; 可见随着深度增加, 再生混凝土内氯离子含量降低幅度低于普 通混凝土。 其原因主要为再生混凝土砂浆所占比例较大, 含有新 砂浆与旧砂浆, 所以致其孔隙率相对普通? 昆凝土要高

19、, 能够加 速氯盐渗人混凝土内部。 ( 4 ) 由试验可以看出, 氯离子在前期渗入较快, 尤其在浸泡 时间为 1 4d前, 后期浓度提高缓慢。 试块经烘干后, 放人氯盐溶 液中, 前期试块内比较干燥 , 氯离子渗入主要为毛细管吸收为 主 , 这期 间氯离子渗入 比较 明显 ; 当试块内溶液逐渐饱和 , 试块 内氯离子浓度低于氯盐浓度, 形成一梯度差, 此时主要以扩散 为主要渗入方式, 氯离子渗入较缓慢。 从图中看出, 在 1 4 d氯离 子渗入就已到达较高值, 其后随龄期增长变得缓慢。 2 2 不同取代率情况下再生混凝土抗氯离子渗透性能 考虑再生骨料取代率: 0 、 3 0 、 7 0 、 1

20、 0 0 四种情况, 在各龄 期得到所需试样进行测试 , 其氯离子浓度结果如图 2 所示。 1 6 1 4 l 2 1 4 0 0 0 薹 0 0 爱 0 0 O 喜 ; 至 一A I*一B I V A I V* 一C I 矗一 B 一 1 C I V 浸泡时 司, d 浸泡 时间 , d ( a ) 0- 5 mm ( b ) 5 1 0 mm 图 2不同深 度内水灰 比与氯离子浓度关 系 由所得试 验结果看 出 : 随着再生骨 料取代率 的提高 , 再 生 混凝土各层水溶性氯离子浓度逐渐增加。 在再生骨料取代率为 1 0 0 时, 所测氯离子浓度最高; 在再生骨料取代率为 0时, 氯离 子

21、浓度最小。 由于试验中存在很多不确定因素, 包括材料 、 施_T 、 钻取、 测定, 会才生一定的误差 , 对于不 同取代率情况, 混凝土 内氯离子浓度变化规律不是很明显。 通过数值计算, 再生骨料取 代率为 7 0 时 , 混凝土内氯离子浓度值是再生混凝土中的 9 2 8 ; 再 生骨料取 代率为 3 0 时 , 混凝土 内氯离子浓度值是再生混凝 土中的 8 5 4 ; 普通混凝土氯离子浓度为再生混凝土的 8 1 2 。 3 影响因素分析与建议 根据以上试验可以看出, 再生 昆 凝土中氯离子在前期较普 通混凝土渗入快, 后期渗入则较缓 , 与普通混凝土中氯离子渗 入速度差异并不大 。 在前期

22、 , 混凝土经烘干处理 , 浸泡于氯盐中 , 首 先 以毛 细孔 吸收 为主 ; 后 期 当混凝 土 内溶液趋 于饱和 , 因其 混凝土内外存有浓度差则以扩散形式渗入为主。 可以看出, 在 以扩散为主要形式下, 冉生混凝土中氯离子渗入速度与普通混 凝土差异不大; 而当以毛细孑 L 吸收为主要形式时, 再生混凝土 中氯离子渗入速度较普通混凝土之快则相当明显。 笔者认为两者的差异关键在于: 再生混凝土的吸水率与 含水率相对普通混凝土要高。 一般混凝土材料的孔隙率在 1 0 偏上 , 而再生混凝土中砂浆含量较高, 再生骨料中约含有 3 0 的砂浆4 1 , 导致其孔隙率增大。 再生混凝土内存有多种微

23、观界 面, 再生骨料因其质量离散导致再生混凝土界面结构特征比较 复杂 , 其中新旧水泥砂浆界面、 骨料与旧水泥砂浆是再生混凝 土特有 的两种界 面。 再生骨 料在生产 中经过破碎 等工艺 , 其 中往往 含有较 多裂痕 , 在微观试 验中发现 , 再 生骨料 中不 仅骨 料与水泥浆存有裂纹 , 水泥砂浆部分同样存有裂纹。 此外, 在 试验中嘲 得出, 再生骨料的含水率约为普通石子的 2 0倍左右, 吸水率约为普通混凝土的 1 0 倍左右。 当再生混凝土在干燥情况下遭遇氯盐溶液 , 以毛细孔吸收 为主时, 在 1 4 d内氯离子浓度会较普通混凝土迅速提高 2 0 , 当 混凝土内部饱和以后, 以

24、扩散为主时, 后期发展比较平缓。 可以 看出, 再生混凝土抗氯离子渗透能力较差, 尤其在干湿不断交 替环境情况下, 再生混凝土内氯离子渗入将更加明显。 4结 论 ( 1 ) 再生混凝土氯离子渗入较快、 各层水溶性氯离子浓度 较高。 再生混凝土内氯离子浓度约为普通混凝土的 1 2倍。 ( 2 ) 随着水灰比的提高, 再生混凝土的抗氯离子渗透性能降 低 ; 当水灰 比较大时 , 再生混凝土抗氯离子渗透 胜能明显降低。 通 过减小水灰比、 提高强度可以改善再生混凝土提高其抗氯离子陛能。 ( 3 ) 由于再生混凝土内随深度的增加, 氯离子浓度逐渐递 减, 降低幅度稍小于普通混凝土。 在使用再生混凝土时

25、, 适当提 上接第 3 8页 表 3 钢筋混凝土工程质量评价数据 高保护层厚度, 可降低侵入的氯离子含量, 防止钢筋锈蚀。 ( 4 ) 随着再生骨料取代率的提高 , 再生混凝土中各层水溶 性氯离子浓度逐渐增加。 当再生骨料取代率在 3 0 左右时, 混 凝土内氯离子浓度提高不明显 ; 当在 7 0 、 1 0 0 H , 混凝土内 的氯离子浓度明显升高。 为控制氯离子侵入量, 可以采用以再生 骨料部分替代普通骨料的方式制作再生混凝土。 ( 5 ) 再生混凝土氯离 子浓度 的相对 提高主要是 以毛细 孔吸 收为主要方式时引起 ; 当混凝土内部饱和之后 , 主要 以扩散方 式为主时, 氯离子浓度增

26、加不明显。 因此 , 在恶劣氯盐环境 、 干 湿交替海洋环境情况下不宜采用再生混凝土结构。 参考 文献 : 1 】洪乃丰氯盐腐蚀与钢筋阻锈剂 J 混凝土, 2 0 0 4 ( 1 ) : 5 8 一 6 0 1 【 2 J2 赵筠 冈 筋混凝土结构的工作寿命设计针对氯盐污染环境【 J J 混凝 土 , 2 0 0 4 ( 1 ) : 3 1 5 1 3 马昆林, 谢友均, 等混凝土固化氯离子影响因素的研究f J 1 _混凝土, 2 0 0 4 ( 6 ) : 2 0 2 1 1 【 4 4 RA O A, J HA K N U s e o f a g g r e g a t e f r o m

27、 r e c y c l e d c o n s t r u c t i o n a n d d e m o l i t i o n w a s t e i n c o n c r e t e J R e s o u r c e s , C o n s e r v a t i o n a n d R e c y c l i n g , 2 0 0 6 ( 5 0 ) : 7 1 - 8 1 5 顾荣军, 袁江, 耿欧再 , 2 0 0 9 ( 9 ) : 8 5 8 7 作者简介 联系地址 联 系电话 顾荣军( 1 9 8 5 一 ) , 男, 硕士。 常州市清潭木梳路 l 0 号 常州市建筑

28、科学研究院有限公 司( 2 1 3 0 0 1 ) 1 3 7 7 5 8 8 5 2 3 5 ( 4 ) 学习效率高, 随着样本个数的增加 , 可以进一步提高模 型的判别能力, 使其具有更强的针对性, 优选结果也会更合理。 参考文献 : 1 J G J 5 5 2 0 o 0 , 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 0 1 【 2 】 郑少瑛, 陈静茹 基于神经网络在钢筋混凝土施工质量评价中的应 用研究【J J _ 四川建筑科学研究, 2 0 0 9 , 3 5 ( 6 ) : 3 0 1 3 0 3 【 3 】 莫轻兵 冈 筋混凝土施工质量评价的智能方

29、法【J J 混凝土, 2 0 1 0 ( 8 ) : 3 5 -3 7 4 】 张尚根, 陈灿寿, 夏炎 深基坑支护方案的模糊优选模型及其应用 J 岩石力学与工程学报, 2 0 0 4 , 2 3 ( 1 2 ) : 2 046 2 0 4 8 5 董陇军, 李夕兵 , 白云飞 急倾斜煤层顶煤可放性分类预测的 F i s h e r 判别分析模型及应用f J 1 煤炭学报, 2 0 0 9 , 3 4 ( 1 ) : 5 8 6 2 6 】董陇军 , 李夕兵, 赵国彦, 等 露天采矿爆破振动对砌体结构破坏效 应预测的 F i s h e r 判别模型及应用 岩石力学与工程学报, 2 0 0 9

30、 , 2 8 ( 4 ) : 7 5 0 7 5 6 7 V A P N I K V , 张学工 统计学习理论的本质 M 】 E 京 : 清华大学出版 社 , 2 0 0 0 【 8 梅长林, 周家良 实用统计方法 M E 京: 科学出版社, 2 0 0 2 : 8 5 1 1 0 作者简介 联 系地址 注 : 表 中优级( I ) 对 应 1 0 , 良级 ( I I ) 对应 O 8 , 中级 ( I I I ) 对 应 0 6 , 差 级( ) 对应 0 4; 带 的样本 为待预测样本 。 联 系电话 吕文浇( 1 9 7 4 一 ) , 女, 讲师, 主要研究方向: 建筑结构、 建筑 材料。 浙江省富阳市高桥镇高科路 1 9 8 号 杭州科技职业技术学 院( 3 1 1 4 0 2 ) 1 31 5 71 5 3 3 5 3 41

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