高性能混凝土中氯离子渗透性能测试及影响因素分析.pdf

46高性2023年4月江西建材质量控制与检测能混凝土中氯离子渗透性能测试及影响因素分析房跃太原理工大学，天津300381摘要：高性能混凝土中氯离子的渗透会导致钢筋锈蚀和混凝土的氯离子浓度增加，从而破坏混凝土的耐久性和使用寿命。文中对高性能混凝土中氯离子渗透的研究进行了概述，对高性能混凝土中氯离子渗透性能、影响因素进行了分析，为高性能混凝土的应用和设计提供了参考。关键词：高性能混凝土；氯离子渗透性能；测试方法；影响因素中图分类号：TU528文献标识码：A文章编号：10 0 6-2 8 90（2 0 2 3）0 4-0 0 46-0 3Testing and Influencing Factors Analysis of Chlorideion Permeabilityin High-performance ConcreteFang YueTaiyuan University of Technology,Tianjin 300381Abstract:The penetration of chloride ions in high-performance concrete can lead to corrosion of steel bars and an increase in chloride ionconcentration,thereby damaging the durability and service life of concrete.The article introduces an overview of research on chloride ionpenetration in high-performance concrete.The chloride ion permeability and influencing factors in high-performance concrete were analyzed.Provide reference for the application and design of high-performance concrete.Key words:High performance concrete;Chloride ion permeability;Testing methods;Influence factor0引言高性能混凝土作为一种新型材料，具有优异的力学性能、抗裂性能和耐久性能，被广泛应用于各类工程中，如高层建筑、大型桥梁和水利水电工程等。然而，由于高性能混凝土中使用的高性能掺合料和矿物掺合料中含有较多的氯离子，可能会影响混凝土的氯离子渗透性能，从而影响其耐久性。因此，对高性能混凝土中氯离子渗透性能进行测试及影响因素分析，有助于深人了解高性能混凝土的耐久性能，为其在工程应用中提供可靠的保障。高性能混凝土中氯离子渗透的研究概述1.1高性能混凝土研究概况高性能混凝土是指具有较高强度、高耐久性、较低渗透性等优异性能的混凝土。它是传统混凝土的一种改进型材料，通过调整原材料比例、掺加高性能掺合料和化学添加剂等方法，使混凝土的各项性能得到提高1。这些特性可以减少混凝土的变形、开裂、渗透和收缩，从而提高混凝土的使用寿命 2 。高性能混凝土与一般材料的性能对比如表1所示。作者简介：房跃（198 3-），男，天津人，本科，高级工程师，主要研究方向为建筑工程、建筑材料。表1高性能混凝土与一般材料的性能对比高性能混凝CRC密实普通高强韧性高土（钢纤维配筋复合混凝土强钢材2%）材料抗压强度/MPa80120170160400抗拉强度/MPa5515100300500抗弯强度/MPa7100400约6 0 0抗弯强度/MPa15150密度/(kg/m)250025002800300040007800弹性模量/GPa506010060100210断裂能/（N/m）15015015002 1054 1062105刚度/质量比2 1073 1072.7 107/(m/s2)抗冻性中等优良优良抗腐蚀性能中等优良优良差1.2高性能混凝土中氯离子渗透的研究现状高性能混凝土可能受到氯离子渗透造成损害，由于氯离子的渗透导致钢筋锈蚀等问题，因此，限制氯离子渗透一直是HPC技术研究的热点之一。目前，关于HPC中氯离子渗透的研究主要集中在以下几个方面。（1）添加掺合料。通过添加掺合料改善混凝土的微观结构和性能，从而抑制氯离子的渗透。调整混凝土配合比，使用高性能、低渗透的掺合料，如硅灰石、氯化钙和硅酸盐等，可有效降低氯离子的渗透。（2）自愈性混凝土。自愈性混凝土的微观结构具有类似于人体皮肤的自愈机制，能够通过微观孔隙产生的复合物快速修复孔隙，防止氯离子进一步渗透。472023年4月江西建材质量控制与检测（3）添加阻隔剂。添加防水剂、涂层和密封剂等阻隔剂，以形成氯离子渗透的物理阻隔层，从而减少混凝土中氯离子的渗透，提高混凝土的耐久性 32高性能混凝土原料及途径高性能混凝土主要通过优化常规混凝土的组合和添加新型材料来实现其优异的性能。HPC中常用的制备原料有。（1）水泥。一般选用硅酸盐水泥，2 8 d左右强度可达到80MPa以上，而膨胀水泥的抗裂性和抗渗性较好，加人适量的膨胀水泥，以保证混凝土的强度和耐久性。水泥的用量通常为混凝土体积的7%15%。（2）细度模数。超细硅粉的比表面积通常在15 0 0 0 cm/g以上，硅酸盐水泥掺加超细硅粉可显著改善混凝土的力学性能和耐久性。细度模数在2.4左右的掺合料可在满足流动性的前提下，提高混凝土的密实度。矿物掺合料的用量通常为混凝土体积的2 0%30%。（3）骨料。常用的骨料包括大理石、花岗岩、玄武岩等，其抗压强度通常在10 0 MPa左右。骨料的用量通常为混凝土体积的2 0%40%。（4）化学掺合料。矿渣粉的细度模数在40 0 m/kg以上，其掺加量为混凝土体积的2 0%30%。无氯化物掺合料的掺加量通常为混凝土体积的2%5%。聚羧酸减水剂的掺加量通常为水泥用量的0.2%0.4%。（5）高性能纤维材料。常用的聚丙烯纤维长度为6 19mm，其掺加量通常为混凝土体积的0.1%0.3%。炭纤维和玻璃纤维可提供更高的耐拉和抗折强度，但成本较高。3高性能混凝土离子渗透性测量3.1氯离子渗透测试快速氯离子迁移系数法（RCM）快速氯离子迁移系数法（RCM）是一种用于评估混凝土中氯离子迁移性能的实验方法。该方法使用电化学技术，通过测量混凝土试块中氯离子迁移所需的时间和距离来评估混凝土的抗渗性能，可以提供有关混凝土中氯离子扩散和迁移行为的信息，帮助评估混凝土结构的耐久性能 4。RCM氯离子扩散系数参照GB/T500822009普通混凝长期性和耐久性能试验方法标准中的快速氯离子迁移系数法进行试验。测试前，应对试件进行真空保水处理。在测试试件两端可接入2 5 30 V的电压，试件分别浸入一定浓度和一定质量分数的NaOH溶液和NaCI溶液，根据初始电流确定测试电压。通电完毕后取出试件，可将试件在压力机作用下切割开，在切割表面处喷涂一定浓度的AgNO3溶液，计算氯离子扩散系数。对于取得的结果TangLuping（R CM 法）提出了以下系数标准，详见表2。表2混凝土抗氯离子渗透性能系数标准DRCM/2 10-12810-12 16 10-12(m/s)抗氯离子渗差（不适用于严非常好较好一般透性能酷环境）参照GB/T50082-2009，氯离子非稳态迁移系数可依式(1）算得。0.0239x(273+T)L(273+T)LXd)DRCM(U-2)t(Xd-0.0239,U-2(1)式中：DRcM为混凝土非稳态氯离子迁移系数，精确到0.110-1mls；U 为所用电压的绝对值（V）；L 为试件的厚度（mm）；X a 为氯离子渗透深度的平均值（mm），精确到0.1mm；t为测试持续时间（s）。3.2氯离子渗透测试电通量法氯离子渗透测试电通量法（电测法）是一种用于评估混凝土中氯离子迁移和传输的实验方法。该方法使用直流电流通过混凝土试样，在水中载滞后，通过电极的电位差测量氯离子在混凝土中的传输。测试过程中，需要将混凝土试样悬挂在水槽内，并分别连接到两个电极上形成电路。然后在试样的正面施加恒定的直流电压，使混凝土试样内部产生一个电场。电场可以促进氯离子的运移，从而降低阻抗，增大电流强度。当测试达到稳态条件时，可以用测量系统记录得到稳态下的电流值和电压值。然后根据计算公式计算出电通量，并依据混凝土试样的尺寸和测试时间，可以得到混凝土试样中氯离子的传输能力。电通量法有简单易行、检测周期短、实验数据可重复性较好等特点，但是其误差较大，有再现性差、变化范围较大等问题；另外，该方法无法考虑混凝土中的水化产物对氯离子传输的影响。4高性能混凝土性能的影响因素4.1石粉掺量对混凝土抗渗透性的影响石粉具有较高的活性，通过掺人适量的石粉可以改善混凝土的力学性能和耐久性能。特别是在混凝土抗氯离子渗透性方面，石粉掺量对其具有明显的影响。石粉掺量的增加可以提高混凝土的致密性和孔隙结构的均匀性，从而减少氯离子在混凝土中的渗透。当石粉掺量增加到一定值时，由于石粉颗粒的过多，可能会导致混凝土的流动性降低，从而影响混凝土的工作性能 5 。研究表明，当混凝土中石粉掺量为10%时，混凝土的氯离子渗透系数显著下降。同时，石粉还可以改善混凝土的抗硫酸盐侵蚀性、抗碱一骨料反应性能、抗冻-融循环性能等方面的性能。4.2引气剂对混凝土抗渗透性的影响引气剂可以使混凝土内部形成大量细小孔隙和通道，并且这些孔隙和通道分布均匀，有利于水和氯离子等有害物质的扩散和传输。引气剂的掺量通常在混凝土总重的0.0 5%0.5%，能够在不损害混凝土强度的前提下显著提高其抗氯离子渗透性能。在一些研究中，引人2%的引气剂后制备的混凝土，氯离子渗透深度平均减小了30%以上。然而，具体掺量还要考虑混凝土材料配合比、施工条件和应用环境等因素。4.3石粉与其他矿物掺合料复掺对混凝土抗氯渗透性的影响石粉与其他矿物掺合料复掺能提高混凝土性能。掺人适量的石粉或其他矿物掺合料能够降低混凝土中的孔隙率、孔隙度和孔径分布，以增加混凝土内部的致密性，从而改善混凝土的抗氯渗透性能。（1）石粉掺量的影响。适当增加石粉掺量可以有效改善混凝土结构的致密性和细观结构特征，进而降低渗透系数和氯离子渗透深度。但是，过多的石粉掺量也会导致混凝土中产生大量的细颗粒，从而降低混凝土的强度和耐久性 6 。（2）硅灰岩和瓷土等其他矿物掺合料的影响。经过适当处理的硅灰岩和瓷土等矿物掺合料中含有丰富的硅酸盐和无机组分，可以充分填充混凝土中的空隙和细小孔隙，增加混凝土的致密性、力学强度和抗氯渗透性。（下转第5 3页）53上接第49页）-上接第47 页）2023年4月江西建材质量控制与检测实际值差值最小，充分证明了该组合模型在矿区沉降预测中的优势。表58月2 7 日下沉量实测值与各预测值求参比较非等间最优权BP神实测值隔灰色参数组合方残差残差经网络残差求参模型法求参求参求参下沉0.830.85-0.020.91-0.080.88-0.05系数主要影响角1.541.60-0.061.71-0.171.65-0.11正切最大下79.3376.812.5270.498.8473.535.80沉角/3结语本文依据最优权组合方法，将BP神经网络模型与非等间隔灰色模型科学合理的组合，并通过矿区开采地表沉降观测数据构建模型。最终通过三种预测模型的结果比较，证明了最优权组合预测模型在半倾斜、全倾斜预测中精度较高，预测结果优于两种单模型。利用概率积分法求参的原则，分别计算三种4.4高性能混凝土中氯离子渗透性能优化策略（1）合理控制水灰比。水灰比越低，混凝土的密实程度就越高，从而降低氯离子渗透的可能性。因此，应该适当降低水化学反应所需的水用量，以减少混凝土的孔隙率。研究表明，水灰比从0.3降低到0.2 5，可将氯离子渗透深度降低约30%。（2）添加外加剂。添加适量的外加剂可以改变混凝土的微观结构，从而提高其密实性和抗渗性。例如，可以添加氯离子拦截剂、减水剂、抗裂剂等。（3）采用高性能材料。使用高强度、高密实性的材料（如高性能水泥、微珠混凝土等），可有效提高混凝土的抗渗性。可使用微珠混凝土以将氯离子渗透深度降低5 0%以上。（4）合理设计混凝土配合比。在混凝土的配合比设计中，应尽量控制混凝土的孔隙率，以提高其抗渗性能。标准要求混凝土2 8 d抗压强度不低于6 0 MPa，此时，添加空气含量6%7%，渗透深度为2 0 30 mm。5结语通过对高性能混凝土中氯离子渗透性能及影响因素的研究，可以看出高性能混凝土对氯离子的防护具有良好的效果。参考文献1曹冲.北斗与GNSS系统概述M.北京：中国工信出版集团，2015.2郭晓伟.卫星定位技术在铁路下一代列控系统中的应用【J.铁路通信信号工程技术，2 0 17（2）：42-45.3宋恩杰，宋月超，肖宏艳，等.移动终端定位导航系统性能对比分析J.计量与测试技术，2 0 16，43（10）：6 0-6 2.预测模型的主要参数系数，再次证明了最优权组合预测模型在矿区整体下沉预测中具有一定的作用。参考文献15张闯，彭振斌，彭文祥.优化的灰色离散Verhulst模型在基坑沉降预测中的应用 J.中南大学学报（自然科学版）,2 0 17,48（11）：3030-3036.2孙飞跃，刘清，贺琪，等，基于灰色理论的地铁沉降预测研究J。建筑技术，2 0 17，48（7）：7 6 1-7 6 4.3苟静波，张燕明.双优化GM（1，1）新模型在路基沉降预测中的应用【J】.公路交通科技（应用技术版），2 0 13，9（11）：101-104.4王学生，李晓华，王学进.基于灰色新陈代谢模型的建筑物沉降分析J】.现代测绘，2 0 12，35（5）：43-44，5 3.5章广成，艾传井.地基沉降预测模型和方法研究【J.煤田地质与勘探，2 0 0 7，2 0 4（6）：44-46，5 0.6辜清华，何良德.预测路基沉降的一种新模型J】.石家庄铁道学院学报，2 0 0 6（2）：6 4-6 7，7 6.7郑永胜，陈冶，王冬梅。一种预测地基沉降的新模型J.工程地质学报，1995（3）：5 0-5 4.同时，高性能混凝土中的骨料也对其抗渗性能具有一定的影响。要进一步提升高性能混凝土的氯离子渗透性能，还需要拓展其研究范围。综上所述，高性能混凝土具有良好的氯离子渗透性能，在工程建设中有广泛的应用前景。参考文献1先朱倩琳，严强，赖风韵，等.低氯离子渗透性高性能混凝土技术分析【J】.广东土木与建筑，2 0 2 2，2 9（11）：118-12 2.2汪胜义，姜天华，张秀成，等.双重劣化机制下高性能混凝土抗氯离子渗透性研究J.交通科技，2 0 2 1（5）：149-15 2.3朱战伟，霍立飞，胡守旺，等.高性能混凝土氯离子渗透性细观数值模拟J.交通科学与工程，2 0 18，34（2）：18-2 5.4尚涛，崔巩，周华新，等.高性能混凝土抗氯离子渗透性能研究J】.江苏建筑，2 0 16（3）：95-96，116.5张嘉微高性能混凝土的抗氯离子渗透性能研究J，工程建设与设计，2 0 15（6）：15 0-15 2.【6 刘红彬，盛星汉，唐伟奇，等.偏高岭土高性能混凝土的强度和抗氯离子渗透性研究J.公路，2 0 15，6 0（2）：18 0-18 4.4毛坤海，龚宏华。框架桥顶进中D24m施工便梁的改进应用J铁道建筑，2 0 11（8）：12 8.5岳朝鹏，崔俊锋.中国高铁列控定位技术及对北斗卫星定位应用需求J】.铁路通信信号工程技术，2 0 19（3）：16-18.63王也.基于路径规划算法的铁路线路走向方案研究【D成都：西南交通大学，2 0 2 3.