高速铁路高性能混凝土抗氯离子渗透影响因素的探讨.pdf

2 0 1 2 年 第 5 期 (总 第 2 7 1 期 ) N u mb e r 5 i n 2 0 1 2 ( T o t a l No 2 7 1 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 实用技术 PRACTI CAL TECHNoL0GY d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 2 0 5 0 4 5 高速铁路高性能混凝土抗氯离子渗透影响因素的探讨 盛之会 ( 中铁九局集团 第二工程有限公司，吉林 吉林 1 3 2 0 0 1 ) 摘要： 运用快速氯离子迁移系数法( 或称 R C M法) 对高速铁路高性能混凝土抗氯离子渗透性能进行试验研究， 探讨了水胶比、 矿物掺 合料、 含气量对氯离子扩散系数的影响， 为优化混凝土配合比参数和指导施工提供依据。 关键词： 高性能混凝土；氯离子渗透性能；氯离子扩散系数；影响因素 中图分 类号： T 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 2 ) 0 5 0 1 4 1 0 3 Ex pl or a t ion on t h e i nf l ue nc i ng f ac t or s o f h i gh -s pe e d r a i l way h i gh -p er f o r m a nc e c onc r e t e c hl or i de i on p ene t r a t i on s HENG Zh i h u i ( T h e Ni n t h Br a n c h o f C h i n a R 1 w a y S e c o n d E n g in e e ri n g C o ， L t d ， J i l i n 1 3 2 0 0 1 ， C h i n a ) Ab s t r a ct： Us i n g r a p i d c h l o r i d e mi g r a t i o n c o e ffic i e n t me t h o d( k n o wn a s RC M me t h o d ) t o c a r r y o u t t e s t a n d s t u a y o f t h e h i - s p e e d r 1 w a y h i 曲一 p e r f o r manc e c o n c r e t e c h l o r i d e i o n p e r f o rm a n c e ， e x p l o r e t h e i mp a c t o f wa t e r c e me n t r a t i o ， mi n e r a l a d mi x t u r e s ， a i r c o n t e n t o n the c h l o r i d e d i ff us i o n c o e ffi c i e n t ， an d p r o v i d e b a s i s f o r the o pt i mi z a t i o n o f c o n c r e t e mi x p a r a me t e r s and c o ns t r uc ti o n g u i d a n c e K e ywo r d s ： h i 曲一 p e r f o rm anc e c o n c r e t e ； c h l o ri d e i o np e n e i o n ； c h l o ri d ei o nd i ff u s i o n c o e ffic i e n t ； i n fl u e n c i n gf a c t o r s 0 引言 高速铁路【 1 一般是指最高行车速度达到 2 5 0 k m h及以上 的新建铁路和高行车速度达到 2 0 0 k m h及以上的既有线提速 铁路。 高速铁路工程的主要要求是高精度( 平顺性) 、 高稳定性、 高耐久性， 从而决定了高速铁路土木工程广泛采用桥梁、 隧道、 无砟轨道等混凝土工程的特点， 主体结构 1 0 0 年的使用寿命成 为设计和质量控制的主要目标， 高性能混凝土的应用成为这一 目标的重要手段。 高性能混凝土是以环境作用和工程结构特点为前提、 以耐 久性设计为主要目标的混凝土。 高速铁路是一种条形结构， 要 穿越不同环境区域， 客观上具有环境的多样性和复杂性 ， 对铁 路混凝土的耐久性设计影响显著。 国内外学者圆 经过大量调查 和研究发现： 绝大多数高性能混凝土结构的破坏是由于氯离子 侵入到混凝土钢筋表面， 并达到一定临界浓度时引起的钢筋锈 蚀所致。 因此 ， 研究氯离子在混凝土结构中的扩散性能， 寻找影 响氯离子扩散的因素， 对氯盐环境中的混凝土结构耐久性设计、 优选混凝土配合比参数和指导施工有重要意义。 目前， 国内普遍采用快速测氯离子渗透试验的方法有电通 量法和 R C M法。 2 0 1 1 年新版的铁路混凝土工程施工质量验 收标准 3 】同时采用了上述 2种方法， 不过特别提出氯盐环境下 的混凝土抗氯离子渗透性能试验要采用 R C M法 。 R C M法的 特点是能定量的评价混凝土抵抗氯离子扩散的能力， 有较好的 准确度 。 本试验采用 R C M法 ， 通过对不同水胶比、 矿物掺合料、 含 收稿 日期：2 0 1 1 1 l J D 2 气量的混凝土的氯离子扩散系数测定 ， 探讨氯盐环境下影响混 凝土抗氯离子渗透I生能的影响。 1 试验用原材料 水泥 ： 冀东水泥吉林有限公司生产的低碱P 04 2 5级水泥。 细骨料 ： 敦化雁鸣湖横道砂场， 中砂 ， 细度模数 ： 2 8 ； 含泥 量 ： 0 5 ； 泥块含量 ： 0 1 。 粗骨料： 敦化兴隆采石场生产的 5 2 0 ml n玄武岩碎石， 含泥 量： O 2 ； 泥块含量 ： 0 ； 压碎指标： 3 ； 针片状颗粒含量 ： 2 。 外加剂： 北京横峰永信有限公司生产的 B H F 9 标准型聚羧 酸系高性能减水剂。 粉煤灰： 国电吉林龙华吉林热电厂生产的F类 I 级灰。 矿渣粉 ： 通化金刚冶金渣综合利用有限公司生产的 $ 9 5 级 矿渣粉 。 2 试验 方案和试验 方法 2 1 试验 方案 本试验重点研究水胶比、 矿物掺合料、 含气量 、 龄期对混凝 土抗氯离子渗透性能的影响。 2 1 1 水胶 比 采用 0 3 0 、 0 3 5 、 O 4 0 、 0 4 5四个水胶比。 2 1 2 矿物掺合料 采用 2种， 分别是粉煤灰和矿渣粉， 采用单掺法和双掺法。 单掺： 粉煤灰 1 0 、 2 0 、 3 0 、 4 0 ； 矿渣粉 1 5 ， 3 0 、 4 5 、 6 0 。 双掺： 粉煤灰 2 0 +矿渣粉 3 0 。 1 4l 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 1 3 含气量 控制在 2 7 之间成型 3组试件。 本次试验用配合 比以及混凝土拌合物性能见表 1 。 为保证 同组试件质量一致性， 本次试验成型的试件尺寸为： +1 o o m mx 2 0 0 n l m， 测试时切割成 3块 b l 0 0m inx 5 0 n L r n圆柱体。 2 2试验 方法 试验严格按 GB T 5 0 0 8 2 4 普通混凝土长期性能和耐久性能 试验方法标准的 7 1 执行 。 表 1 试验用混凝土配合比及含气量 3 试验 结果及分析 3 1 水胶比对混凝土抗氯 离子扩散 系数的影响 水胶比是混凝土配合比设计的重要参数， 水胶比的大小很 大程度上决定了混凝土的密实程度。 本文试验研究了不同水胶 比与混凝土氯离子扩散系数的关系， 试验结果见表 2和图 1 。 表 2 不同水胶比与混凝土氯离子扩散系数 lc M 1 0 m2 s 岔 垒 褪 搋 水 胶 比 图 1 混凝土氯离子扩散系数 与水胶 比的关系曲线 水胶比对混凝士氯离子扩散系数的影响规律如图 1 所示 ， 从图 1可以看出同一龄期的混凝土 ， 随着水胶 比的降低， 混凝 土的氯离子扩散系数也逐渐降低， 并且具有很好的线性关系。 这说明混凝土抗氯离子渗透性能随着水胶比的降低而增强。 这 是因为混凝土是是由硬化水泥浆体和包裹在水泥中的骨料所 组成的多孔混合材料5 1 ， 当水胶比增大时， 硬化水泥浆体的毛细 孑 L 孑 L 隙会增大， 连通的毛细孔会增多， 从而导致渗透性增大。 水 胶比位于 0 3 0 - - 0 4 5区间时， 5 6 d混凝土氯离子扩散系数介于 ( 2 5 7 ) x 1 0 m2 s 之间， 满足铁路混凝土工程验收标准规定的氯 盐环境下设计寿命 1 0 0年的结构耐久性要求。 1 42 3 2 矿物掺合料对混凝土抗氯离子扩散 系数的影响 许多试验证明适量掺加矿物掺合料可以降低混凝土结构 的孑 L 隙率 ， 提高结构的致密性， 从而有效的降低氯离子的渗透 性， 提高混凝土的使用寿命6 1 。 本文研究了粉煤灰 、 矿渣粉单掺 和双掺对混凝土氯离子渗透性能的影响。 3 2 1 粉煤灰掺量变化条件下混凝土氯离子扩散系数的变化规律 固定水胶比0 3 5 ， 胶材用量4 2 3 k g m， ， 变化粉煤灰掺量， 试 验数据见表 3 和图2 。 表 3 粉煤灰掺量变化条件下的混凝土氯离子扩散系数 D b 1 0 2 0 3 O 粉煤灰掺量 图 2 粉煤灰掺量影对混凝土氯离子扩散系数的影响 由试验数据和图 2 可知， 混凝土掺入粉煤灰后， 5 6d 龄期的 混凝土氯离子扩散系数随粉煤灰掺量的增加而减小 ， 混凝土抗 氯离子渗透性能逐渐增强。 掺量超过 3 0 后有所减缓， 这说明氯 盐环境下粉煤灰的最佳掺量是 3 0 4 0 。 3 2 2 矿渣粉掺量变化条件下? 昆 凝土氯离子扩散系数的变化规律 固定水胶比0 3 5 ， 胶材用量 4 2 3 k g m ， 变化矿渣粉掺量 ， 试 8 6 4 2 O 一 日 0 ) 辍懈衽 犍骣 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 验数据见表 4 和图3 。 表 4 矿渣粉掺量变化条件下的混凝土氯离子扩散系数 D 矿物掺合 料 ， 图 3 矿渣粉掺量对混凝土氯离子扩散系数 的影 响 由图 3可知 ， 混凝土氯离子扩散系数随矿渣粉掺量的增 加( 0 - 6 0 ) 明显降低。 这说明混凝土中掺入矿渣粉后 ， 矿渣粉 的密实效应细化了混凝土中的毛细孔径， 延长了毛细孔道 ； 另 外， 矿渣粉的活性较高容易发挥其潜在的胶凝性能， 使得混凝 土的孔隙进一步降低 ， 结构更加密实 ， 抵抗氯离子渗透性能大 大提高。 3 2 3 掺合料双掺对混凝土氯离子扩散系数的影响 固定水胶比0 3 5 ， 胶材用量 4 2 3 k g m3 ， 单掺同双掺比较， 试 验数据见表 5 和 图 4 。 表 5 矿渣粉掺量变化条件下的混凝土氯离子扩散系数 D F 一 矿物掺合料 图 4双掺对混凝 土氯离子扩散 系数影响 由图4可知， 相对于单掺 ， 双掺粉煤灰和矿渣粉显著降低了 混凝土氯离子扩散系数。 说明混凝土中不用胶凝材料的超叠加 效应使得混凝土中毛细孔径更加细小， 浆体的密实性大为提高， 显著提高了混凝土抗氯离子渗透l生能。 3 3 含 气量对混凝土氯离子扩散 系数的影响 选用同一配合比，在复配过程中向减水剂中添加不同质量 的引气剂， 得到不同含气量的混凝土， 试验数据见表 6 及图 5 。 从图5 可以看出， 混凝土氯离子扩散系数随着含气量的增 加而变大， 说明随着混凝土含气量的增加， 混凝土的孔隙率也在 增加， 使混凝土的渗透l生降低。 混凝土含气量小于 5 时， 可以得 表 6 不同含气 量对 混凝土氯离子扩散系数 D F 含气量 ， 图 5含气量对 混凝土氯离子扩散系数影响 到较高渗透性能的混凝土。 但当含气量大于 6 时， 混凝土的氯 离子扩散系数明显增加， 说明混凝土中孔结构已经发生很大变 化， 大孔或有害孔明显增加， 使混凝土抗氯离子渗透性能降低。 4 结论 与建议 ( 1 ) 氯离子扩散系数与水胶比有较好的线性关系， 随着水 胶比的减小， 抵抗氯离子渗透能力逐步提高。 在实际工程中， 配 制混凝土配合比时要根据氯盐环境下不同的作用等级选择满 足要求的水胶比。 ( 2 ) 矿物掺合料对混凝土的抗氯离子渗透性能有明显的改 善作用， 随着掺量的增加， 混凝土氯离子渗透性能提高， 且矿渣 粉比粉煤灰可以更好的提高混凝土的渗透性能 ； 双掺粉煤灰和 矿渣粉时效果更明显。在实际工程中根据氯盐环境作用等级选 择单掺、 双掺以及合适的掺量。 ( 3 ) 新拌混凝土的含气量在大于 6 时， 混凝土的氯离子扩 散系数会明显增大； 在含气量小于 5 时， 不同含气量对混凝土 的氯离子渗透性能影响并不明显。 因此， 为保证混凝土的抗氯离 子渗透陛能， 在实际应用中新拌混凝土的含气量控制在 5 以内； 若混凝土处在 D4 ( 含气量要求 6 以上) 环境时， 宜采用双掺粉 煤灰和矿渣粉的方法。 参考文献 ： 1赵国堂， 李化建 高速铁路高性能混凝土应用管理技术【 M 】 E 京： 中 国铁道出版社， 2 0 0 9 2 巴恒静 ， 张武满， 邓红卫 评价高性能混凝土耐久性综合指标抗 氯离子渗透性及其研究现状l J J _混凝土， 2 0 0 6 ( 3 ) ： 3 - 4 3 T B 1 0 4 2 4 -2 0 1 0 ， 铁路混凝土工程施工质量验收标准【 s E 京： 中国 铁 道出版社 ， 2 0 1 1 【 4 】4 G B T 5 0 0 8 2 ， 普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准 s 】 E 京： 中国建筑工业出版社， 2 0 0 9 5 蒋新元 ， 邱学青， 欧阳兴平 ， 等 氨基磺酸系高效减水剂 S A P性能研 究f J 1 化学建材， 2 0 0 3 ( 3 ) ： 3 9 4 3 作者简介 联系地址 联系电话 盛之会( 1 9 7 7 一 ) ， 男， 工程师， 长期从事高速铁路检测工作， 侧重于混凝土。 吉林省 吉林市船营区北宁里小区付 1号楼 ( 1 3 2 0 0 1 ) 0 4 32 6 6l 1 2 2 1 9 1 43 4 3 2 1 0 (s 目 _ ( 】 _【 ) ， 辍 衽 怔 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m