环境Cl-浓度对混凝土渗透性试验的影响.pdf

刘 星伟等 ： 环境 C l 浓度 对混凝土渗透性试验 的影响 环境 C 1 一 浓度对混凝土渗透性试验的影响 刘星伟 ， 李秋义 ， ( 1 青 岛t l r 大学 土木工程学院。 山东青岛2 6 6 0 3 3 ： 2 史迪 ， 赵铁军 山东省混凝土耐久性重点实验室。 山东青 岛2 6 6 O 3 3 ) 【 摘要】 通过三水平三因素的正交试验， 研究了不同掺合料制备的 9 组不同强度等级混凝土在 3 9 N a C 1 溶液浓度下 R C M的试验结果。研究结果表明： 在浓度为3 、 5 、 7 、 9 时， 混凝土的氯离子扩散系数 D 随着 N a C 1 溶液浓度的提高而增加， 且 9 组试验结果的正交分析结果基本一致的。 【 关键词】 N a Q浓度； C 1 。 扩散系数； 正交 ； 极差 【 中图分类号】 r l U 5 2 8 0 【 文献标识码】 A 【 文章编号】 1 0 0 1 一 r 4 ( 2 O l O ) O 4 一 o ( 3 O l 一 0 3 I l I E D LUE i C E OF E 】 v 1 I t 0NMI TA I ， a印L ) l t 皿 IE 1 0N o0 j N CE NI RA I l ON ON THE P 】 低 A B衄Y E P l E c l i 皿， I l T OF C0NaR ET E L I U xi I l g w e i ， L I Q i u y i ， S H I D f， Z HA O T i e 4 u n ( 1 C i v i l E n g i n e e r i n g o f Q in# o T e c h n o l o g i c a l U n i v e r s i t y ， S h a n d o n g Q i n s 2 6 6 0 3 3 ， C h i n a ； 2 S h a n d o n g P r o v i n c e C o n c r e t e s D u r a b i l i ty K e y L a b o rat o r y ， S h a n d o n g Q i n g d a o 2 6 6 0 3 3 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： B a s e d o n t h r e e l e V e l s o f t h r e e f a c t o r s i n o r t h o g o n a l t e s t n i n e g r o u p s o f c o n c r e t e s w i t h d i ff e r e n t s t r e n g t I l e v e l s h a v e b e e n p re1 w i t h d i ff e r e n t a d mi x t u r e s ， D砌 w a s d e t e r m i n e d i n the 3 一9 Na C 1 s o l u t i o n c o n c e n t r a t i o n T h e r e s u l t s s h o w e d t h a t ： i n the c o n c e n t r a t i o n of 3 ， 5 ， 7 a n d 9 ， the c h l o r i d e d i f - f u s i o n c o e ff i c i e n t D c M inc r e a s e d t h Na C I c o n c e n t r a t i o n a n d 9 g r o u p s of o r t h o g o n a l a n a l y s i s of t e s t r e s u l t s we r e b a s i c a l l y s a H Ke y wo r d s ： N a C l c o n c e n t r a t i o n ；c h l o ri d e d i ff u s i o n c o e mc i e n t ；o r t h o g o n a l i t y ；e x t r e me d i ff e r e n c e 0 引言 氯离子侵蚀破坏是引起沿海及近海工程混凝土 结构早期失效的一个重要原因。我国海岸线漫长 ， 沿 海地区建筑物密集， 暴露在氯离子环境下的混凝土结 构数量巨大， 部分建筑物更是直接与氯离子密切接 触 】 ， 例如港 E l 码头、 栈桥、 海堤、 海底隧道、 跨海大桥 及近年来不断兴起的海水冷却塔， 这些都为氯离子侵 蚀破坏留下重大隐患 ， 研究应用高性能混凝土， 改进 完善现有的氯离子评价方法就显得迫在眉睫。基 于 华裔科学家唐路平提出的氯离子扩散系数快速测定 的 R C M方法， 相继被北欧、 美国、 中国等部分规范采 用。2 0 0 8 年中国建筑科学研究院冷发光等制定 普通 混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准 l 2 】 将传统 R C M阴极反应池的 a溶液浓度从 5 提高到 1 0 。 新老规范对氯离子的扩散系数将会产生多大差异， 还 有待学者的进一步研究。本试验通过正交理论设计 9 组混凝土， 其中胶凝材料单掺或双掺粉煤灰、 超细矿 粉， 强度等级为目前工程界应用比较普遍的 C 4 0 C 6 0 【 基金项目】 国家 自 然科学基金重点资助项 目( 5 O 7 3 9 0 0 1 ) 范围， 参照混凝土氯离子扩散系数快速测定 的 R C M 法 ， 研究当电解池阴极 N a C 1 溶液浓度分别为 3 、 5 、 7 、 9 时， 对试验测试结果的影响， 以及在各个浓度 下 ， 混凝土胶凝材料组成对混凝 土渗透性的影响， 从 而为新规范的应用提供相关的参考。 1 试验原材料及配合 比设计 1 1 试验原材料 水泥： P I 5 2 5 硅酸盐水泥， 山东东岳山水水泥厂。 超细矿粉： 比表面积8 0 0 m 2 ， k g ， 济南鲁新牌高性 能掺合料( 微米级高活性矿渣微粉) 。 粉煤灰： 级粉煤灰。 粗骨料： 52 5 m连续 级配 花岗岩碎石 ， 符合 J G J 9 3 5 2要求 。 细骨料： 中粗河沙， 细度模数3 1 ， 符合J G J 9 3 5 2 要求。 外加剂 ： 采用高效聚羧酸减水剂。 水： 自来水。 1 2 试验配合比 为了使试验结论具有普遍适用性， 有代表性的选 2 低温建筑技术 2 0 1 0 年第4 期( 总第 1 4 2 期) 取强度在 C 4 0 C 6 0 范围， 实验采用三水平三因素试验 设计， 选择 ( 3 ) 正交试验表安排实验 引， 相关因素 及其水平见表 1 。试验配合比及其2 8 d 强度、 不同浓度 下的氯离子扩散系数试验结果见表 2 。 表 1 相关因素与水平 因 素 水平 胶凝材料粉煤灰， 超细 矿粉， 配合比 组 别 水 泥 粉 煤 灰 超 细 矿 碎 石 砂 C 1 一 扩散系数D R 删厄一 1 2 强度 N 扣 ， l【g ， I唔 粉 ， 】 ：g ， ， I 唔 3 5 7 9 ， M P a 1 3 试验方法 试验方法参照 J T G T 1 3 0 7 0 1 2 0 0 7 ( 公路工程混 凝土结构防腐蚀技术规范 J 。采用标准养护， 相对 湿度9 5 ， 温度为2 0 土3 ， 将试块养护至2 8 d 龄期， 将 1 0 0 m m2 0 6 m m的试块切成 ? l O O m m X 5 0 m m的圆 台状试块 ， 每组测试 3 块。在测试时电解池阴极的 c 1 的浓度分别为 3 、 5 、 7 、 9 ， 试验仪器采用北京 耐恒科技有限公司的氯离子扩散系数快速测定仪， 自 动记录初始和最终温度值， 并按照初始温度值， 设定 通电时间。每个试块在测试结束以后， 将其沿轴线劈 开， 在断裂面喷洒 0 1 m o l L的 A 0 3 溶液， 测量出显 色分界线离试件底面的距离( 每 2 0 m m读一次数， 精确 到0 1 m m ) ， 计算所得的平均值即为该试件的扩散深 度， 将所测得的数值、 试件厚度、 通电时间及其它相关 参数代人下式进行扩散系数计算： 一， _ 一、 D R ：2 8 7 2 1 0 6 口：3 3 3 81 0 3 _ 式 中， D R C S t 为 R C M法测定 的混凝 土氯 离子扩散系 数( m 2 S ) ； T为阳极电解池初始和最终温度平均值 ( K ) ； h 为试件高低( m ) ； d 为氯离子扩散深度( m ) ； t 为 通电试验时间( S ) ； a为辅助变量。 氯离子扩散系数为三个试件的算数平均值。 2 试验结果分析 2 1 氯离子浓度对 D R C M 的影响 8 0 0 6 0 0 4 0 0 2 伪 O 0 o - 一 一 r一 一 3 5 7 9 N a C l 溶液浓度， 图l N a c l 溶液溶液浓度对D R 的影响 60 0 40 0 20 0 Oo 0 l 一 2 8 ( t 氯离子扩散系数 N a C I 溶液浓度 理 i 2 N a c l i 翻嘴 液 咧平均D 删的影响 图 1 为不同 N a C 1 溶液浓度氯离子作为阴极电解 池溶液进行 氯离子扩 散试验 所得 来 的氯 离子 扩散 系 数 ， 可以看出， 随着氯离子浓度的增加 ， D R C M 的变化趋 势是增加的， 表现在具体的各个配合比上， 由于测试 结果的离散型， 增长趋势或增长幅度不尽相同， 甚至 个别组的扩散系数在某个阶段 出现下降。为了更好 地反映氯离子浓度对扩散系数的影响， 将 9组混凝土 的平均氯离子扩散系数与不同溶液浓度的氯离子建 立关系得到图2 ， 如图可以看出， 平均氯离子扩散系数 随氯离子浓度的增加表现出明显的增长趋势。由于 氯离子的浓度在升高过程中， 进入混凝土的氯离子浓 度增加 ， 导电性能增加l 4 J ， 混凝土渗透深度增加， 从而 导致氯离子扩散系数增大。 2 2 不 同 N a C I 溶液浓度试验结果对正交分析 的影响 2 2 1 不同浓度下扩散系数的因素趋势图 8 0 0 6 0 0 l 40 0 2 0 0 0 00 、 一 胶凝材料 一 粉煤灰 一 超细矿 图3 3 氯离子浓度因素趋势图 刘星伟 等 ： 环境 C I 一 浓度对混凝土渗透性试验的影响 3 80 0 60 o 40 0 2o 0 00 0 80 0 6 0 0 4 o 0 2 o o 0 0 0 8 o 0 6 0 0 4 0 0 2 o 0 0 o 0 胶凝材料 一 粉煤灰 一 超细矿粉 图4 5 氯离子浓度因素趋势图 一 胶凝材料 一 粉煤灰 一 超细矿粉 图5 7 氯离子浓度因素趋势 图 一 一 1 ：= _ 一 胶凝材料- 粉煤灰 一 超细矿粉 图6 9 氯离子浓度因素趋势图 图 3 图6为 3 、 5 、 7 、 9 氯离子浓度因素 趋势图， 从图可以看出在氯离子浓度为 3 、 5 、 7 、 9 变化时， 因素的影响趋势曲线基本一致。随着胶凝 材料用量的增加， 混凝土水化产物增多， 同时水胶 比 降低 ， 内部结构密实， 氯离子扩散系数明显降低。粉煤 灰虽然对混凝土的孔结构有一定的填充效果， 但是随 着粉煤灰用量从 3 0 一 5 0 ， 大掺量的粉煤灰明显降 低了系统的水化热， 导致龄期不是很长的 2 8 d的氯离 子扩散系数有所增加L 5 J 。超细矿粉促进水化， 又有一 定的填充效应 ， 所以随着超细矿粉用量的增加， 混凝 土的孔隙率降低， 结构密实， 孔结构得到优化， 氯离子 扩散系数有所降低_ 6 J 。 以上分析可以看 出， 当氯离子浓度增加时， 混凝 土的氯离子扩 散 系数 有 所变化 ， 在用 于 正交 试验 时 ， 各因素趋势虽稍有差异 ， 但是并不影响因素总体的变 化趋势。 2 2 2 极差分析 从表 3 ， 当氯离子浓度在 3 、 5 、 7 、 9 范 围内 增长时， 氯离子扩散系数的因素影响主次为胶凝材料 超细矿粉 粉煤灰， 不会影响最优水平因素搭配的 选取 。 表 3 氯离子扩散 系数极差分析 3结 语 ( 1 ) 随着氯化钠溶液浓度的提高( 3 9 ) 时， 氯离子的扩散系数有相应增加的趋势。 ( 2 ) 在 3 、 5 、 7 、 9 时， 氯离子扩散系数的 结果可以很好反 应 出混凝 土材料 对 试验 结果 的影 响 趋势， 不影响最优水平搭配 的选取， 及 主次 因素 的 判断 。 ( 3 ) 随着胶凝材料及超细矿粉用量的增加， 氯离 子扩散系数 D r t c 明显降低； 随着粉煤灰用量的增加， 2 8 d 混凝土氯离子扩散 系数略微增大 。 ( 4 ) 氯离子扩散系数快速测定法在改进过程中， 由于浓度变大等因素的影响， 计算公式应作出调整。 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 O 0 2： l 一7 2 中国建筑科学研究院， 普通混凝土长期性能和耐久性能试验 方法标准I s 2 0 0 8 3 刘数华， 冷发光 建筑材料试验研究的数学方法 M 北京： 中 国建 材工业 出版社 ， 2 0 0 6 ： 4 66 6 4 赵铁军 用交流电测量混凝土渗透性试验方法自 尊 参数确定 J 混凝 土 ， 1 9 9 7 ， ( 2 ) ： 2 8 3 3 5 姚燕， 王玲， 等 高性能混凝土 M 北京 ： 化学工业出版社， 2 O O 6： 7一 l 1 6 赵铁军 混凝土渗透性 M 北京： 科学出版社， 2 0 0 6 1 4 1 7 【 收稿日期】 2 O O 9 1 2 一 O 1 【 作者简介 】 刘星伟 ( 1 9 8 1 一) ， 男 ， 陕西王益人 ， 硕士研究生 ， 研 究方向 ： 混凝土材料及其性能。 N _【 蝴 N _I