除氯后混凝土性能变化规律研究.pdf

郑秀梅等： 除氯后混凝土性能变化规律研究 7 I X ) I ： 1 0 1 3 9 0 5 j e n k i a w j z 2 0 1 5 0 4 0 0 3 除氯后混凝土性能变化规律研究 郑秀梅 ， 臧澄澄 ， 张皓 ， 付丽艳 ， 陈德鹏 ， 陈思远 ( 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 东北林业大学园林学院 。 黑龙江哈尔滨1 5 0 0 4 0) 【 摘要】 对电化学除氯效率、 除氯后混凝土内部离子含量及分布进行试验研究， 同时也测定了除氯后钢筋 一 混凝土粘结力损失情况 ， 并通过 S E M形貌及 E D A X图谱分析了除氯前后混凝土内部微观结构的变化。得出电 化学除氯效率在 6 0 8 0 间， 除氯后内部离子有一定规律性 ， 粘结力下降， 且微观结构也发生变化。 【 关键词】 电化学除氯效率； 粘结力损失； 微观结构 ； 离子迁移 【 中图分类号l 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 ) 04 0 0 0 7 0 3 用电化学方法去除钢筋混凝土中氯盐的方法， 可 以在不破坏混 凝 土结 构 的情 况下 有效 排 出混 凝 土 中 氯盐， 又能使受腐蚀钢筋表面重新生成钝化保护膜 ， 并 且成本低、 除氯周期短 ， 具有环保意义及经济价值。但 目前的电化学除氯研究多在如何更多的去除混凝土 中氯盐上进行探讨 ， 关于除氯后混凝土性能变化的 研究很少。针对这种情况， 文中就除氯效果及除氯后 混凝土内部离子含量及分布、 钢筋 一 混凝土粘结力及 微观结构变化进行试验研究 ， 探讨除氯后混凝土性能 变化理论， 为推广应用 电化学除氯技术提供一定的理 论基础 。 1 试验方 案 1 1 混凝土配合比 根据已有研究， 选用 0 4 5水灰比进行混凝土配合 比计算， 水泥采用 P O 4 2 5普通硅酸盐水泥， 粗骨料 选用连续级配的粒径 5 2 0 ra m石灰石质碎石 ， 细骨料 选择料径 5 m m、 细度模数为 2 8 且级配 良好的中 砂， 使用掺量 1 的高效减水剂， 并引入 3 的工业氯 化钠作为污染源。具体配全比见表 1 。 表 1 混凝土配合比设计 k g m 1 2 试验方案 按表 1 配合比配制混凝土， 并制成直径 1 5 0 ra m、 高 2 0 0 m m 的圆柱 形试件 ， 1 0的光面钢筋 沿纵 向轴 心伸 人混凝土 1 5 0 m m， 外露 5 0 m m。标养 2 8 d后进行除氯 试验。除氯所用电解质溶液为 c a ( O H) ： 饱和溶液， 阳 极使用不锈钢曲面板， 如图 1 示。每 2 d更换电解液 ， 并测定氯的排出量。2 8 d后停止除氯试验， 进行除氯 后的离子含量分析、 钢筋 一 混凝土粘结力测定及混凝 基金项目 黑龙江省教育厅科技项目基金资助( 1 2 5 4 1 8 0 5 ) 土微观结构变化的研究。 图1电化学除氯装置 2试验 结果 与分析 2 1 氯离子排出量与除盐效率试验研究 图2及图3 分别是除氯期间测得的不同电压作用 下氯离子排出量及排出总量。从图3可以看出无论哪 种电压作用， 均能有效排出混凝土试件内部的氯盐， 且 除氯初期氯离子排出量均远远大于除氯 1 周后的排出 量 ， 而在除氯 2 周 后 ， 氯离 子排出量趋 于平稳。分折 原 因， 第 1 次测的氯离子排出量极大， 主要考虑度件表面 的氯离子溶解及初期混凝土试件内氯离子含量高。从 图4中， 可以得出不同电压对除氯总量有影响， 2 0 V电 压作用的排出量最小 ， 4 0 V电压作用的略大 ， 6 0 V电压 作用的排出量最大。 弋 、 f | 1 i l l 1 。 - 一 o 5 l O 1 5 2 0 2 5 3 0 时间， d 一C一 2 0 V C一 4 o v C一 刚 图2 不同电压下氯离子随时 间排出量 表 2为不同电压下的混凝土试件的除氯效率。从 表中可看出， 随电压的增加 ， 电化学除氯效率也随之提 饼 m l垦 i m o o 。 。伽0 卜 1 1 0 ， 蛏 冀l焉苦转 8 低温建筑技术 2 0 1 5年第 4期( 总第 2 0 2期 ) 高， 总除氯效率在 6 0 8 0 之 间。但考 虑电压越 大， 可能造成钢筋 一混凝土粘力下降， 所以建议实际工 程 中采用 4 0 V电压作用 。 C一 2 O V C一 4 0 C一 6 O V 3 不同电压下2 8 d 累计排出氯离子总浓度 表 2 电化学除氯效率 2 2 除氯后混凝土 内离子含量成分布研究 图4 、 图5 、 图6分别是除氯后混凝土内氯离子、 钠 离子 、 钾离子的含量与分布示意图。从图中， 可看出电 化学除氯后 ， 各离子含量分布有一定的规律性 ： 钢 筋附近的内层混凝土 中氯离子含量最少 ， 由内向外氯 离子含量呈递增趋势 ， 外层最多， 约为内层的4倍； 内 层混凝土的钠离子含量最高 ， 呈聚焦状态， 中层较少 ， 外层最少 ， 内层最高为外层含量的 3 5倍 ； 混凝土内钾 离子含量与分布形态与钠离子几乎相同， 由内及外呈 递减趋 势 ， 内层最高 ， 外层最少 。 分析原因， 氯离子在溶液中属于阴离子， 钠、 钾离 子属于阳离子 ， 在通电状态下 ， 阳离子向阴极移动， 即 向混凝土中的钢筋附近移动 ， 造成 内层混凝土中 钠 、 钾离子增加 ， 外层减少现象； 而钠氯离子作为阴离 子 向阳极移动 ， 即向电解质溶液 中移动 ， 所以 内层混凝 土中氯离子减少 ， 外层混凝土 的氯离子增加 。 沿钢筋纵向分布点 +内 中+外 图4 除氯后混凝土内氯离子含量与分布 2 3 电化学除氯对钢筋 一 昆 凝土粘结力的影响研究 在电化学除氯前 、 中、 后， 分别对混凝土试件进行 钢筋中心拉拔试验， 以得到电化学除氯对钢筋 一混凝 土粘结力的影响。结果表明， 除氯 2周时钢筋与混凝 土的粘结力损失 6 5 ， 除氯 4周时， 粘结力 损失达 7 2 。说 明在 电化学 除盐过 程 中， 通 电时 间对除 氯后 钢筋 一混凝土的粘结力有一定影响， 且通电时间越长 ， 粘结力损失越大 。 内 中 外 一 I 一 一 一 图5 除氯后混凝土内钠离子含量与分布 、 一 k t 图6 除氯后混凝土内钾离子含量与分布 造成粘结力下 降的原 因有 可能有 以下几 方面 ： 在 通电过程中， 由于钢筋周围的水电解产成氢气 ， 不 能及时扩散出去， 聚焦在钢筋附近， 产生膨胀压， 减少 钢筋 一 混凝土的粘结力； 除氯过程中， 大量钠、 钾离子 迁移到钢筋附近， 造成钠钾富集现象， 致使水化产物软 化 ， 也是造成粘结力下降； 钢筋附近钠、 钾含量增加 ， 使 得发生碱骨料反应的几率增大， 碱骨料反应会产生膨 胀破坏 ， 也可能使粘结力下降； 在除氯过程中， 钠、 钾离 子向钢筋附近迁移的同时也带来大量水分子 ， 使钢筋 一 混凝 土界 面处 的润 滑 能 力 加 强 ， 也 会 造 成粘 结力 降低 。 2 4电化学除氯对混凝土微观结构的影响研究 未除氯及除氯后混凝土试件的内层与外层混凝 土 S E M形貌及及相应区域的 E D A X图谱见图7 、 图 8 及图9示。从图7可以看出， 未除氯的混凝土中有明 显的铂片状 I 型 csH凝胶， 由于氯盐的存在， 也 出现数量较多 的笼状 型 Cs H凝胶 ， 同时也可见 六方板状 c a ( O H) 与针棒状的钙钒石， 只是数量较 少。E D A X图谱显示 C a S i 比为 1 8 8 ， 与典型的水化 加 m 0 、 棚姐举蛋 粼 呈 f 囊 憾 ：兮 j 叭O O O O 0 O O O O 0 卜 1 1 0 ， 棚 褪焉哥转 略 图 咖 啪 鲫枷 瑚 咖 啪 咖 枷 瑚 o ，l l l 1 1 棚姐 导叫 骧