渗透结晶材料对混凝土耐久性的影响研究.pdf

2 0 1 2年第 3期 3月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 C HI NA C0 NC RE T E AND C EME NT P RO DUC T S 2 01 2 No 3 Ma r c h 渗透结晶材料对混凝土耐久性 的影响研究 石正国， 郭 辉 ， 彭鹏飞 ( 长江科学院工程质量检测中心 ， 武汉 4 3 0 0 1 0 ) 摘 要 ： 采 用海水热雨循 环 9 0次 、 海水浸泡 9 0 d两种试验条件对 比研 究了四种混凝土抗压 强度 、 扩散 系数 、 电 通量和钢 筋腐蚀 电位等性能 的变化 。 结果表 明， 经热 雨循环 9 0次后试样抗压 强度较海水浸泡 9 0 d的高 ， 涂抹渗透结 晶材料( C RM) 对混凝 土试样的强度影响不大 ； 经热雨循环 9 0次后试样扩散 系数和 电通量较 2 8 d的试样提 高 ， 海水 浸泡 9 0 d 后试样扩散 系数和 电通量均较 2 8 d的试样降低 ； C 3 0混凝 土扩散 系数和 电通量较 C 5 0的高 ， 涂抹 C R M 会 提 高混凝 土试样 的扩散 系数和 电通量 ； 经热雨循环 9 0次后试样 内钢 筋腐蚀 电位较 2 8 d试样 降低 ， 海水浸 泡 9 0 d后 试样 内钢筋腐蚀 电位较 2 8 d试样 降低 ， 但 高于热雨循 环 9 0次的试样 ； C 3 0混凝 土试样钢 筋腐蚀 电位 下降幅度较 大， 个别试样 内钢 筋发 生点蚀 ， 涂抹 C RM 的试样 内钢 筋腐蚀 电位 降低明显。 涂抹 C P , M 在海滨环境下会影响混凝土的 耐久 性 。 关键 词 ： 热 雨 试 验 箱 ； 阻锈 剂 ； 耐 久 性 Ab s t r a c t ： Us i n g h e a t a n d s e a wa t e r s h o w e r c y c l e s 9 0 t i me s a n d s e a wa t e r i mme r s i o n 9 0 d a y s ， t h e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h ， d i f f u s i o n c o e f fi c i e n t e l e c t ric flu x a n d c o r r o s i o n p o t e n t i a l o f f o u r c o n c r e t e a r e c o mp a r a t i v e l y s t u d i e d rI h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h o f s a mp l e s b y 9 0 t i me s h e a t a n d s e a w a t e r s h o we r c y c l e s i s h i g h e r t h a n s a mp l e s b y 9 0 d a y s s e a wa t e r i mme r s i o n ； a d d i n g o f c o r r o s i o n i n h i b i t o r h a s l i t t l e e ff e c t s o n t h e s t r e n g t h o f c o n c r e t e ；d i ff u s i o n c o e ffi c i e n t a n d e l e c - t r i c fl u x o f s a mp l e s b y 9 0 t i me s h e a t a n d s e a wa t e r s h o w e r c y c l e s are h i g h e r t h a n s a mp l e s c u r e d i n s t a n d ard c o n d i t i o n f o r 2 8 d a y s ；d i ff u s i o n c o e f fi c i e n t a n d e l e c t ric f l u x o f s a mp l e s b y 9 0 d a y s s e a wa t e r i mme rsi o n are b o t h l o we r t h a n s a mp l e s c u r e d i n s t a n d a r d c o n d i t i o n for 2 8 d a y s ； t h e d i ff u s i o n C O e ffic i e n t a n d e l e c t r i c fl u x o f C 3 0 c o n c r e t e a r e h i g h e r t h a n t h e o n e s o f C 5 0 c o n c r e t e ； a d d i n g o f c o r r o s i o n i n h i b i t o r c o u l d i n c r e a s e t h e d i ff u s i o n c o e 伍c i e n t a n d e l e c t ri c fl u x o f c o n c r e t e ； the c o r r o s i o n p o t e n t i a l o f r e b a r o f s a mp l e s b y 9 0 t i me s h e a t a n d s e a wa t e r s h o we r c y c l e s i s l o we r t h a n s a mp l e s c u r e d i n s t a n d ard c o n d i t i o n for 2 8 d a y s ；the c o r r o s i o n p o t e n t i a l o f r e b a r o f s a mp l e s b y 9 0 d a y s s e a w a t e r i mme r s i o n i s a l s o l o we r t h a n s a m p i e s c u r e d i n s t a n d a r d c o n d i t i o n for 2 8 d a y s ， b u t h i g h e r t h a n s a mp l e s b y 9 0 t i me s h e a t a n d s e a w a t e r s h o we r c y c l e s ； t h e c o r r o s i o n p o t e n t i a l o f r e b ar o f C3 0 c o n c r e t e d e c r e a s e s o b v i o u s l y ，a n d t h e p i t t i n g c o u l d b e f o u n d i n the r e b ar o f C 3 0 c o n c r e t e ；t h e c o rro s i o n p o t e n t i al o f r c b ar o f c o n c r e t e a d d i n g c o rro s i o n i n h i b i t o r d e c r e a s e s o b v i o u s l y ， wh i c h w o u l d a ff e c t the d u r a b i l i t y o f c o n c r e t e u n d e r s e a s h o r e e n v i r o n me n t Ke y wo r d s ： He a t a n d s h o we r t e s t b o x ； C o r r o s i o n i n h i b i t o r ； Du r a b i l i t y 中图分类号 ： T U 5 2 8 文献标识码 ： A 文章编 号： 1 0 0 0 - 4 6 3 7( 2 0 1 2 ) 0 3 1 4 0 4 0前 言 海工混凝土 的耐久性研究及其评估是 当今 国 际研究 的热点课题。然而 ， 当前研究混凝土 的耐久 性和寿命预测大多数是荷载和单 一盐溶液 的简 单 复合作用下测试混凝土的损伤得到的 ， 其 中未考虑 结构混凝土实际所处环境 、 气候和海水 中多种离子 的共同作用等影响 ， 不能客观地反应实际结构混凝 土的耐久性和服役寿 。墙体耐候性热雨系统试 验箱 可营造 出温度 、湿度和风力等 因素变化 的环 一 1 4一 境 ， 与混 凝 土实 际 所处 环境 相 似 。将 混 凝 土堆 成 长 柱状 ，利用该 系统开展试验来测试混凝土 的耐久 性 ， 将更加客观反应实际结构混凝土的耐久性 和服 役寿命 。 渗透结晶材料 ( C R M) 是一种新型的修补材料 ， 可渗入混凝土 内部结晶堵塞孔隙， 从而达到抗渗和 修补 的目的。文章利用墙体耐候性热雨试验箱 ， 使 用海水对 比研究渗透结晶材料对混凝 土耐久性 的 影 响 。 石正 国， 郭辉 ， 彭鹏飞 渗透结晶材料对混凝土耐久性的影响研究 1 试验 原 材料 与 方法 1 1 试验原材料与混凝土配 比 水泥 ： P O 4 2 5级 ， 龙岩产 ； 砂 ： 河砂 ， 细砂 ， 细 度模数 2 1 ； 碎石 ： 5 2 5 mm； 减水剂 ： HT 一 1 2 0萘系减 水剂 ， 减水率 2 5 ； 渗透结晶材料 ： 市售 ， 粉料 ， 厦门 某公司产 J S聚合物水泥 防水涂料 ；水 ：自来水 ； 钢 筋 ： q o 6 mm， 线材 HP B 2 3 5 ， 截断至 1 0 0 m m左右长 ， 使 用前打磨光亮 ， 厦门产。 采用 C 3 0 、 C 5 0两个强度等级 ， 分别不掺 、 涂抹 渗透结晶材料 ( C R M) ， 共 四种配 比分别进行试验 ， 具体配比如表 1 。 1 2 试 验方法 热雨试验所用仪器为墙 体耐候性热 雨试 验系 统 ， 如图 1 所示。参数设置为 ： 8 h为 1 个循环 ， 其 中 表 1 混凝 土配合 比 升温至 7 O 后保温 3 h ， 喷室温海水 l h ， 降至室温静 停 4 h 。仪器设置了 2排 ， 共 2 4个喷头 ， 分别错开排 列 ， 可连续喷洒室温海水 ， 每个喷头 的喷洒范 围可 覆盖直径 2 m以上圆盘 ，保证每个试块都能被喷淋 到 。 混凝土电通量测试方法 ： 参照 G B T 5 0 0 8 2 2 0 0 9 普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准 进行 。所用仪器为北京某仪器设备有限公司生产的 N E L - P E U型混凝土电通量测试仪。 混凝土扩散 系数测试方法 ： R C M法 ，参照 G B T 5 0 0 8 2 2 0 0 9 普通混凝 土长期性能和耐久性能试 验方法标准 进行 。所用仪器为北京耐尔仪器设备 有限公司生产的 RC M N T B型氯离子扩散系数测试 仪 。 钢筋混凝土内钢筋腐蚀 电位测试方法 ： 钢筋混 凝土所用混凝土配 比同表 1 ，钢筋插入距混凝土两 个边缘 2 0 mm左右处 ，即控制保护层厚度为 2 0 mm 左右 ， 如图 2所示 。养护至规定龄期 时， 用冲击钻等 工具凿 出钢筋 ， 使钢筋尾 端外露 2 0 3 0 m m， 测试所 用仪器为进 口C A N I N + 型钢筋锈蚀检测仪 ，将输入 极夹在钢筋上 ，将另一极装满饱和硫酸铜溶液 ， 接 触混凝土试块表面 2 s 左右至读数稳定 ，记录数据 ， 取 四个点的平均值作为钢筋 电位 ， 如图 3所示。 2试 验过 程 2 1 素混凝 土抗 压强 度对 比 混凝土成型后养护 2 8 d测试立方体抗 压强度 ， 2 8 d后分别放人海水池中浸泡 9 0 d 、放人热雨试验 箱 中 9 0个循环( 3 0 d ) 后测试抗压强度 ， 测试前先将 试块放入水 中浸泡饱水 ， 试验结果如图 4所示。 由图 4可以看 出，掺加 C R M 的混凝土各龄期 试块抗压强度变化不大 ，热雨循环 9 O次后混凝土 试块强度较高 ， C 3 0混凝土试块海水 中浸泡 9 0 d后 强度提高，但较热雨循环 9 0次后强度低 ； C 5 0混凝 土试块海水 中浸泡 9 0 d后强度较 2 8 d龄期试块强 块 图 1 墙体耐候性热雨试验系统 图 2 钢筋 位置示 意图 图 3 钢筋腐蚀电位测试方法 一 1 5 石正国 ， 郭辉 ， 彭鹏飞 渗透结晶材料对混凝土耐久性的影响研究 于未掺试块 的 ，特别是热 雨循 环试块 升高幅度较 大。表 明氯离子在 C RM材料上的富集和渗入 ， 将提 高混凝土 电通量 ， 热雨循环更有利于氯离子在 C R M 材 料 上 的 富集 和 渗入 ， 从 而 对测 试 混 凝 土 的 电通 量 产生较大偏差6 1 。 2 - 3 各混凝土的钢筋腐蚀电位分析 混凝土成型后养护 2 8 d凿开使钢筋部分裸露 ， 测试各混凝土内钢筋腐蚀 电位 ，观察腐蚀 情况 ， 同 时养护 2 8 d后分别放入海水池 中浸泡 9 0 d 、放入热 雨试验箱 中经 9 0个循环后测试混凝土内钢筋腐蚀 电位 ， 观察腐蚀情况 ， 试验结果如图 7所示。 由图 7可以看出 ， 同种类 C3 0混凝土试块 内钢 - 3 0 0 - 2 5 0 名一 2 0 0 曩_ 1 5 o 骚 一 1 o 0 - 5 0 0 目2 8 d 制 小C Z l I 熟 雨循j 不9 0移 匡 匡 匡 图 7混凝 土 内 钢 筋 腐蚀 电 位 应用将影响钢筋混凝土结构的耐久性。 3结 论 ( 1 ) 混凝 土渗透性能与抗压强度大小相关 ， 抗 压强度较大者 ， 渗透性能较好 ， 抗渗性较差 ； 反之亦 然 。 ( 2 ) 海水热雨循 环与单纯海水浸泡相 比 ， 热雨 循环使氯离子更容易渗入混凝土内部 ， 使混凝土扩 散系数和 电通量测试结果 与实 际混凝土 的渗透性 有 差 异 。 ( 3 ) 渗透结 晶材料的掺入对混凝土强度影响不 大 ， 在海水浸泡下 ， 易产生氯离子富集和渗入 ， 提高 扩散系数 ， 降低 钢筋腐蚀 电位 ， 影 响混凝 土的耐久 性 ， 在干湿交替情况下影响更大。 参考文献 ： 1 张誉 等 混凝土结 构耐久性概论 M 上海 ： 上海科学 技术 出版社 ， 2 0 0 3 筋腐蚀电位稍低于 C 5 0的， 2 8 d试块 ，涂抹 C R M材 料试块 的钢筋 电位稍高 ，海 水浸泡 9 0 d后 ，涂抹 C R M试块的钢筋 电位明显降低 ， 热雨循环 9 0次后 ， 涂抹 C R M 的钢筋电位降低幅度更大 ，这与测试混 凝土扩散系数 的规律相符 ， 氯离子的渗入降低了钢 筋腐蚀电位 ， 使得钢筋锈蚀几率增大 ； 2 8 d龄期混凝 土试块钢筋 电位在一 1 0 0 - 一 1 5 0 m V之间 ， 观察钢筋表 面呈褐红色( 钝化膜 ) ， 无 明显锈蚀 ； 热雨循环试验 后 ， 钢筋腐蚀电位明显降低 ， C 3 0混凝土试块降低幅 度较大 ， 其电位降至一 2 5 0 mV以下 ， 观察其钢筋表面 仍呈褐红色 ， 但有少许点蚀 ， 如图 8所示 ， 其它混凝 土试块未见锈蚀。表明 C R M材料在海滨环境下 的 图 8 埋钢筋混凝 土凿开后照片 【 2 】 郝 占龙 海工混凝土腐蚀机理分析 及解决方案 J 】 商 品混 凝 土 ， 2 0 0 9 ( 6 ) ： 6 2 6 4 【 3 】 Z h a n g T i e w e i ， O d d E D i ff u s i o n b e h a v i o r o f c h l o r i d e i o n s i n 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 ， 1 9 9 6 ， 2 6 ( 6 ) ： 9 0 7 - 91 7 4 刘建忠， 孙伟等 弯曲荷载与盐溶液复合作用下混凝土冻 融损 伤 J 东南大学学报( 自然科学版 ) ， 2 0 0 6 ( 3 6 ) ： 2 4 3 2 4 7 5 余红发 ， 孙伟等 普通 混凝 土在盐湖环境 中的抗 卤水冻蚀 性与破坏机理研究 J 硅酸盐学报 ， 2 0 0 3 ， 3 1 ( 8 ) ： 7 6 3 - 7 6 9 【 6 】 G B 厂 1 15 0 0 8 2 2 0 O 9 普 通混 凝土长期性能和耐久性能试验 方法 标准 S 】 北京 ： 中国建筑工业 出版社 ， 2 0 0 9 收 稿 日期 ： 2 0 1 2 一O 1 2 8 作者简介 ： 石正 国( 1 9 7 9 - ) ， 男 ， 工程师。 通讯地址 ： 武汉 市江岸 区九万方 联 系电话 ： 1 3 8 8 6 0 5 9 0 3 5 E- mail ： 3 1 7 5 1 9 7 1 9q q c o m 一 1 7