预置表面裂缝对混凝土中氯离子传输的影响.pdf

第 1 4卷第 4期 2 0 1 1年 8月 建筑材料学报 J 0URNAL OF BUI LDI NG MATERI AL S Vo 1 ． 1 4． No ．4 Au g ． ， 2 0 1 1 文 章 编 号 ： 1 0 0 7 — 9 6 2 9 ( 2 0 1 1 ) 0 4 — 0 5 5 0 — 0 4 预 置表面裂缝对混凝土 中氯离子传输 的影响 张士萍 ， 刘加平 ， 缪昌文 ( 1 ． 江苏省建筑科学研究院有限公司， 江苏 南京 2 1 0 0 0 8 ； 2 ． 东南大学 材料科学与工程学院， 江苏 南京 2 1 0 0 9 6 ) 摘 要 ： 分 别采 用氯 离子 扩散 系数 快速 测定 方 法( R C M 法) 以及氨 离子稳 态迁移 方 法 ， 研 究 了表 面 单 个裂缝 对 混凝 土材料 中氯 离子 传输 性 能的影 响． 结 果表 明 ： R C M 法并 不 适 用 于评 价 带 裂缝 混 凝 土 的氯 离子扩 散性 能 ， 而采 用氯 离子 稳 态迁 移 方 法评 价 带 裂缝 混 凝 土 的 氯 离子 迁移 性 能 比较 合 理 ． 根据开裂混凝土试件 电场加速氯 离子稳 态迁移试验结果发现 ， 裂缝 的存在加 强 了氯 离子在混凝土 中的传输 ， 并且 当裂缝宽度d ≥1 2 3 m 时， 氯 离子迁移 系数随着裂缝宽度的增加而显著增加． 关 键 词 ：裂缝 ； 稳 态迁移 ；氯 离子 迁移 系数 中 图分类 号 ： TU5 2 8 ． 0 1 文献 标 志码 ： A d o i ： 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 7 — 9 6 2 9 ． 2 0 1 1 ． 0 4 ． 0 2 3 I nf l u e nc e o f Cr a c ki n g o n Tr a n s po r t o f Ch l o r i d e i n Co nc r e t e ZHANG S h i — p i n g ， LI U J i a — pi n g ， M I AO C h a n g — we n ( 1 ． J i a n g s u Re s e a r c h I n s t i t u t e o f Bu i l d i n g S c i e n c e C o ．， L t d ．，Na n j i n g 2 1 0 0 0 8，Ch i n a ； 2 ． S c h o o l o f Ma t e r i a l s S c i e n c e a n d En g i n e e r i n g，S o u t h e a s t Un i v e r s i t y ，Na n j i n g 2 1 0 0 9 6，Ch i n a ) Ab s t r a c t ：Tr a n s p o r t i n c e me n t — b a s e d ma t e r i a l s i s v e r y c o mp l i c a t e d ． I n f l u e n c e o f t h e s i n g l e c r a c k i n g o n t r a n s p o r t of c hl o r i de h a s b e e n s t u di e d t h r o u gh RCM me t h od a nd t he s t e a dy — s t a t e m i g r a t i o n t e s t ． I t wa s f ou nd t h a t t he s t e a d y — s t a t e m i g r a t i o n t e s t w a s mor e s ui t a bl e f o r t he c hl o r i de di f f us i o n t e s t i n g o f c r a c ke d s a mp l e s ．Fu r t h e r mo r e ，r e s u l t s s h o w t h a t c r a c k i n g c o u l d a c c e l e r a t e t h e c h l o r i d e mi g r a t i o n，a n d wh e n t h e c r a c k wi d t h i s gr e a t e r t ha n 1 2 3 um ，t he c hl or i d e mi gr a t i o n c oe f f i c i e nt i n c r e a s e s wi t h t he i nc r e a s i ng c r a c k wi d t h ． Ke y wo r ds ：c r a c k；s t e a d y — s t a t e mi gr a t i on；c hl o r i de i o ns mi g r a t i o n c o e f f i c i e n t 在混凝土结构尤其是钢筋混凝土结构 中， 混凝 土 通常 带裂 缝工 作 ， 而且 随着结 构服 役 时 间的增 加 ， 存在裂缝数 目逐渐增多和宽度逐渐增大的趋势[ 1 - 2 3 ． 钢筋混凝土结构 的使用寿命常与氯离子在混凝土 中 的迁移及 由此引起的钢筋锈蚀有关 ] ． 侵蚀介 质通 过裂缝和孔隙网络侵入混凝土 内部 ， 加速混凝土性 能劣化_ 4 ] ． 关于裂缝对 C l 一 传输影响的定量分析 ， 已 有专家做了一些研究工作． 由于测量氯离子扩散系 数的方法不 同， 导致 了不 同的结论_ 5 ] ． Mu s t a f a L 6 采 用氯盐溶液浸泡的方法研究 了弯曲荷载引入的横 向 裂缝与氯离子扩散之 间的关 系， 发现对于宽度 > 1 3 5肚 m 的裂缝 ， 随 裂缝 宽度 的 增加 ， 氯 离 子 扩 散 系 数显 著增 加 ， 并 且 开 裂 混 凝 土 氯 离 子扩 散 系 数 比未 开裂混凝土大 1 ～2个数量级． Al d e a等 则采用快 速氯离子渗透试验研究 了裂缝宽度为 5 0 ～4 0 0 m 的开裂试件的氯离子扩散性能， 结果发现裂缝会 明 显加剧氯离子 的扩散． S a ma h a等 采 用 R C P T研 究 了裂缝对氯离子渗透的影响 ， 发现 d ≤2 0 0 m 的 裂缝对氯离子渗透没有影响． 近来 ， 国内外不少学者 对快速氯 离子 渗透 试验 方法 ( AAS HTO T2 2 7和 AS TM C 1 2 0 2 ) 提出了批评和质疑【 9 ] ， 并且对于存在 一 定宽度和连通性裂缝 的试件 ， 氯离子非稳态快速 收稿 日期 ： 2 0 1 0 — 0 3 — 1 1 ；修订 日期 ： 2 0 1 0 - 0 6 — 0 7 基金项 目： 交通部西 部交通科技项 目( 2 0 0 6 Z B 1 2 ) 第一作 者 ： 张士萍( 1 9 8 2 一 ) ， 女 ， 江苏南京人 ， 江苏省建筑科学研究 院工程师 ， 博士．E — ma i l ： z h a n g s h i p i n g l 9 8 2 @1 2 6 ． c o rn 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 4期 张士萍 ， 等 ： 预置表 面裂缝 对混凝土 中氯离子传输 的影 响 5 5 3 迁移 个数 ． 方程( 6 ) 主要根据最终稳态时下游溶 液池 中氯 离子 浓度 值 以及迁 移过 程 中的 电流来 推 导迁 移过 程 中氯离子的迁移系数． 根据方程( 6 ) 计算出来的氯离 子迁移系数结果见图 6 ． 从 图 6可 以看出， 裂缝 的存 在会加 剧氯 离 子在 混 凝 土 中 的传 输 ， 并 且 当 ≥ 1 2 3“ 1T I 时， 氯离子迁移系数随着裂缝宽度 的增加而 明显增加． 根据 曲线发展趋势， 采用二次多项式进行 拟 合 ： Y 一一2 ． O 2 1 0 ．2 7 。 +0 ． 0 2 6 x+6 ． 6 6 ， 相 关 系 数R。 一0 ． 9 6 ． 同时 图 7还 给 出 了氯 离 子迁 移 过 程 中 的电流变化情况． 从整体上看 ： 在试验初期 ， 所有试 件 电流均呈增 大趋势 ， 然后稍微下 降， 接 着趋于平 缓． 带裂缝试件 的电流均显著大于无裂缝试件 ， 且裂 缝 越 宽 ， 混 凝 土试 件 在 氯 离 子 迁 移 过 程 中 的 电流 相 对 越 大． Cr a c k i n g wi d t h ／ ix m 迁移 法根 据氯 离子 流量 以及 电流来评 价 开裂 混凝 土 试件的氯离子迁移性能 比较 合理， 适用 于研究带裂 缝混 凝土 的氯 离 子传输 性 能． ( 2 ) 裂缝的存在加强 了氯离子在混凝土 中的传 输 ， 并且当裂缝 宽度 d ≥ 1 2 3 t z r n时 ， 氯离子迁移系 数 随着裂 缝宽 度 的增 加 而显 著增 加 ． 在 稳 态 氯 离 子 迁移过程中， 带裂缝试件 的电流均显著大 于无裂缝 试 件 ， 且 裂缝越 宽 ， 混凝 土试 件 的 电流相对 越 大． 参考 文献 ： [1 ] [ 2] [ 3] 一 [ 4] [5] 图 6 氯离子迁移系数与裂缝宽度的关系 F i g 6 R 。 l i 。 “ h i pb w。 。 “ h e c h l 。 r i d mi g r a i 。 “ E 6 c o e f f i c i e nt a nd c r a c k wi dt h ] 0．05 5 0 ． 0 5 0 0 ． 0 4 5 0 ． 0 4 0 0 ． 0 3 5 0 ． 0 3 0 0 ． 0 2 5 0 ． 0 2 0 O ． O1 5 0 l 2 3 4 5 6 7 8 Ti me X 1 0 一 ／ s [7] [8] [9] 图 7 氯 离子迁移过程 中的电流 Fi g ． 7 El e c t r i c c u r r e n t d u r i n g c h l o r i d e mi g r a t i o n t e s t i n g E l o 3 3 结论 ( 1 ) 对于带表面裂缝水泥混凝土试件 ， 由于采用 RC M 法不能精确测量扩散深度 ， 因此用 R C M 法来 评价其氯离子扩散系数是不合理 的， 而稳态氯离子 [ 1 1 ] W I N P P， W ATANABE M ， M ACHI DA A． Pe ne t r a t i o n p r o — f i l e o f c h l o r i d e i o n i n c r a c k e d r e i n f o r c e d c o n c r e t e [ J ] ． C e me n t a n d Co n c r e t e Re s e a r c h， 2 0 0 4， 3 4 ( 7 )： 1 0 7 3 — 1 07 9 ． QI C Q． Qua n t i t a t i v e a s s e s s me nt o f p l a s t i c s h r i nk a ge c r a c k i n g a n d i t s imp a c t o n t h e c o r r o s i o n o f s t e e t r e i n f o r c e me n t [ D] ． W e s t La f a y e t t e： P ur d u e Unive r s i t y， 2 0 0 3 ． I SHI DA T， I QBAL P O， ANH H T L．Mo d e l i n g o f c hl o r i d e d i f f u s i v i t y c o u p l e d wi t h no n - l i n e a r b i n d i n g c a p a c i t y i n s o u n d a n d c r a c k e d c o n c r e t e [ J ] ．C e me n t a n d C o n c r e t e Re s e a r c h ， 2 0 0 9， 3 9 ( 1 0 )： 9 1 3 - 9 2 3 ． NAVARRO V ， YUS TRES A ， CEA L， e t a 1 ．Ch a r a c t e r i z a t i o n o f t h e wa t e r f l o w t h r o ug h c o n c r e t e b a s e d o n p a r a me t e r e s t i — ma t i b n f r o m i n f i l t r a t i o n t e s t s [ J ] ． Ce me n t a n d C o n c r e t e Re — s e a r c h， 2 0 06 ， 3 6( 9 )： l 5 7 5 一 l 5 8 2 ． GOW Rl PALAN N ， S I RI VI VATNAN0N V 。 LI M C C． Ch l o — r i d e d i f f u s i v i t y o f c o n c r e t e c r a c k e d i n f l e x u r e [ J ] ． C e me n t a n d Co n c r e t e Re s e a r c h， 2 0 0 0， 3 0( 5 )： 7 2 5 - 7 3 0 ． M U S TAF A S ．Ef f e c t o f f l e x u r e i n d u c e d t r a n s v e r s e c r a c k a n d s e l f - h e a l i n g o n c h l o r i d e d i f f u s i v i t y o f r e i n f o r c e d mo r t a r [ J ] ． J M a t e r S c i ， 2 00 7 ， 42 ( 2 2)： 91 3 卜9 1 3 6 ． AL D EA C M， S HAH S P， KARR A． E f f e c t o f c r a c k i n g o n wa t e r a n d c h l o r i d e p e r me a b i l i t y o f c o n c r e t e [ J ] ． J o u r n a l o f Ma t e r i a l s i n Ci v i l En g i ne e r i n g。 1 9 9 9， 1 1 ( 3 )： 1 8 1 1 8 7 ． S AM A HA H R ， HOVER K C． I n f l ue n c e o f mi c r o c r a c k i n g o n t h e ma s s t r a n s p o r t p r o p e r t i e s o f c o n c r e t e ~ J ] ． AC 1 Ma t e r i a l s J o u r n a l ， 1 9 9 2， 8 9( 4 )： 4 1 6 - 4 2 4 ． 蒋林华 ， 李娟． 混凝土抗 氯离子渗 透性试验方法 比较 研究[ J ] ． 河 海大学 学报 ： 自然科 学版 ， 2 0 0 4 ， 3 2 ( 1 ) ： 5 5 5 8 ． J I ANG Li n - h u a， LI J u a n ．I n v e s t iga t i o n o f t e s t me t ho d s f o r c o n c r e t e r e s i s t a n c e t o c h l o r i d e i o n p e r me a b i l i t y [ J ] ． J o u r n a l o f Ho h a i Uni v e r s i t y： Na t u r a l S c i e n c e s ， 2 0 0 4， 3 2(1 )： 5 5 — 5 8 ．( i n Chi n e s e ) ANDRADE C． Ca l c u l a t i o n o f c h l o r i d e d i f f u s i o n c o e f f i c i e n t s i n c o n c r e t e f r o m i o n i c mi g r a t i o n me a s u r e me n t s [ J ] ． C e me n t a n d Co n c r e t e Re s e a r c h， 1 9 9 3 ， 2 3 ( 3 ) ： 7 2 4 — 7 4 2 ． YANG C C， CH0 S W ， CHI J M ， e t a l _An e l e c t r o c h e mi c a l me t h o d f o r a c c e l e r a t e d c hl o r i d e mi g r a t i o n t e s t i n c e m e n t — b a s e d ma t e r i a l s [ J ] ． Ma t e r i a l s Ch e mi s t r y a n d P h y s i c s ， 2 0 0 2 ， 7 7 ( 2 ) ： 4 6 1 — 4 6 9 ． ( _ s ． 0I 苗 一 0 晤 0 口 0 焉 疑一 目 a p 0 一 l I U 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m