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1 0 低温建筑技术 2 0 1 0 年第5 期( 总第 1 4 3 期) 电压对混凝土电化学除盐效果的影响 郑秀梅 ， 高小建 ， 邓宏卫 ( 1 ． 佳木斯大学建筑工 程学 院。 黑龙江佳木斯1 5 4 0 0 7 ； 2 ．哈尔滨工业大学土木 工程学院 。 哈尔滨1 5 0 0 9 0 ) 【 摘要】 着重研究不同的电压对电化学除盐效果的影响。主要从两个方面来进行阐述 ： 一是， 不同电压对 电解质溶液中氯离子浓度变化的影响； - - 是， 对除盐后混凝土试件中主要离子含量分布的影响。 【 关键词】 电化学除盐 ； 氯离子浓度； 含量分布 【 中图分类号】 T U 5 2 8 ． 0 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 — 6 8 6 4 ( 2 o 1 O ) 0 5 — 0 0 1 0 — 0 2 1 试验方案 1 ． 1 混凝土配合比 本试验配制 了三种水灰 比混凝土， 分别是 0 ． 5 、 O ． 4 、 O ． 3 2 ， 并对试件进行编号， 1 号为水灰 比为 0 ． 5的混凝土试 件， 2 号为水灰比为 O ． 4的混凝土试件， 3 号为水灰比为0 ． 3 2 的混凝土试件。通过适当调整减水剂掺量， 使各混凝土坍落 度达到 l 8 ～ 2 0 c m， 保证各试件成型质量 良好。同时， 每种混 凝土中掺入总胶凝材料质量 3 ％的氯化钠以引入氯离子。 1 ． 2 试件成型 采用 (I ) 1 0 0 m t n 1 5 0 m i l l 的圆柱体混凝土试件， 沿试件 轴心方向埋入一根( I ) 1 0的光面钢筋。在混凝土成型前 ， 将钢 筋加工成 1 5 i n m长度， 经相应处理后埋入混凝土轴向中心位 置处， 露出试件 5 m m。混凝土试件成型 l d 后拆模， 然后用塑 料布包裹起来放入标准养护室中养护， 以防止混凝土中的氯 盐因浇水养护而流失。到 2 8 d龄期 时， 进行电化学除氯 处理 。 1 ． 3 除盐方法及参数的选择 对三种 不同水灰 比的混凝土 试件， 通过不 同的电压 ( 2 o v， 4 0 V， 6 0 V) ， 在 c a ( O H) 电解质溶液中进行除盐 ， 并测 通 电时间 ， d 得相应的除盐数据， 四周后结束除盐。电解质溶液的碱性和 降低电解质溶液中的 a一 浓度 ， 加快 C l 一 排除的速度， 除盐期 间每 2 d 更换电解质溶液， 并留取换下的电解质溶液 2 5 0 m L ， 测定其中氯离子含量。除盐时间为 4周。 除盐结束后， 取出试件， 除去表面残 留的析出晶体， 进行 混凝土中残留的氯离子含量的测定。具体方法为： 将试件自 钢筋处径向切为两部分， 沿钢筋轴向将混凝土4等分， 至上而 下编号为 I Ⅱ、 I Ⅱ和 I V ； 径向将混凝土分为内、 中、 外 3层， 在 层与层交点处对混凝土进行取样 ( 见图中黑色点即为取样 点) ， 经处理后测定所取试样的氯离子、 钠离子及钾离子含量。 2 试验结果与分析 2 ． 1 电压对电解质溶液中氯离子排出浓度的影响 电解质溶液中排出氯离子浓度的变化 ， 从侧面反映了混 凝土中氯离子的排除情况， 现按试件水灰比的不同将除盐方 案分为三组： 1 —2 0 V、 1 —4 0 V及 1 —6 0 V为一组 ， 试件水灰比 均为 0 ． 5 ； 2—2 0 V、 2 —4 0 V及 2—6 0 V为一组 ， 试件水灰 比均 为 0 ． 4 ； 3 —2 0 V、 3—4 0 V及 3 —6 0 V为另一组 ， 试件水灰 比均 为 0 ． 3 2 。每组中各混凝土试件在电化学除盐过程电解质溶 液中排出氯离子累积浓度如图 1 、 图2及图 3 所示。 圈 1 试件 1 在电压作用下氯离子排出量变化图2试件2 在电压作用下氯离子排出 量变化 图3试件3 在电压作用下氯离子排出量变化 从以上三幅图可看出， 无论哪种水灰比的混凝土试件 ， 在电化学除盐的第 2 d ， 电解质溶液中排出的氯离子浓度都 随电压的增大而大幅提高， 尤其是 6 0 V电压作用的试件， 效 果最显著， 其溶液浓度值约为同期 2 0 V电压作用的溶液浓度 的2倍左右， 4 0 V电压作用的溶液浓度值介于两者之间， 在 图 2 及图3中可以看出从第 3 d 开始 ， 4 0 V电压作用下的试件 氯离子排出浓度基本接近 6 0 V电压作用下的氯离子排出浓 度。而在图3中， 从第 2 d 开始， 4 0 V电压作用下的试件排氯 浓度只比2 0 V电压作用下的略有提高， 相差不大。从第 6 d 开始 ， 混凝土试件在 2 0 V 、 4 0 V及 6 0 V三种电压下的氯离子排 出浓度曲线斜率基本相同， 且均呈线性关系 ， 这意味着除盐 后期每两天的氯离子排出浓度大致相当。说明从此时起， 电 压的大小对于氯排出量来说 ， 区别甚微 ， 相对较高的电压在 除盐的中后期的效果较低 ， 电压除盐效果略差。 综合以上三幅图可看出， 水灰 比为 0 ． 3 2的试件电化学 除盐效果最优， 而水灰 比为 O ． 4 o的试件优于水灰 比为 O ． 5 0 I -1 ． 捌舡越避 嘴 卜 1 ． 删如 蠼 酶 键】 毒 岳梃健 ． 稠姐 器 健3 毒 c b 畿 郑秀梅等： 电压对混凝土电化学除盐效果的影响 的试件。也就是说 ， 电化学除盐对密实程度高的混凝土除盐 效果更好。这可能是在水灰比较大的混凝土中， 由于存在一 些宏观的气孔， 阻碍 了混凝土中孔 以及其中孔溶液的连贯 性 ， 在表观上反映为减小了氯离子的排除量和排除效率； 而 水灰比较小的混凝土， 即使微观结构比较密实， 但由于其凝 胶孔和毛细孔可以形成连贯的结构 ， 同样可以提高混凝土 沿钢筋纵向分布点 图 4 除盐后 2 - 2 0 V试件内部氧离子分布 吕 捌 加 年 辱 廿 赵 赠 中电化学除盐的效率。 2 ． 2 电压对除盐后混凝土试件中离子分布的影响 ( 1 ) 残留氯离子含量及分布。电化学除盐后试件中残留 的氯离子含量可说明电化学除盐的效果， 现以2 号试件为例， 根 据实验所得数据制图4 、 图5 、 图 6 ， 分别为 2 0 V、 4 0 V 、 6 0 V电压作 用下试件陌 ； 盐后， 试件内部残留的氯离子含量及分布。 沿钢筋纵向分布点 图 5除盐后 2 - 4 0 V试件 内部氯离子分布 综合以上三幅图， 可看出， 经过电化学除盐处理后 ， 混凝 土外层氯离子含量明显高于混凝土内层 ， 这从宏观上反映了 混凝土内部氯离子在电压作用下向混凝土外部迁移的特性。 I、 Ⅱ、 Ⅲ层混凝土中氯离子分布具有较强规律性 ： 试件中氯 离子含量由内及外逐渐增加 ； 各层混凝土中， 距钢筋等距离 的氯离子含量基本相同， 偶有差别也相差不大。所以除盐结 束以后， 需考虑如何防止残留在混凝土外层的氯离子重新进 入混凝土内层腐蚀钢筋 J 。 以上分析说明， 在电化学除盐过程中， 氯离子是 由内向 外进行迁移的。并且在迁移过程中， 内层迁移出的氯离子并 没有完全到过电解质溶液中， 而是有部分留在距钢筋较远的 混凝土内部， 这样才造成上文中的梯度差。 ( 2 ) 除盐后试件中钠离子含量分布。除盐后混凝土试 件中的钠离子的含量及分布关系到混凝土的一些耐久性[ 3 ] 问题， 碱含量过少， 难以使钢筋附近形成高碱性， 进而影响其 进一步钝化 ； 碱含量过高， 又有可能发生碱 一集料反应。现 以2号试件为例加以分析。图 7 、 图 8分别是水灰 比为 0 ． 4 的混凝土试件在 2 0 V 、 4 0 V及 6 0 V电压下进行电化学除盐后 的混凝土内部各层的钠、 钾离子含量及分布图。 混凝土试件编号 图 7 2号试件除盐后钠离子含量分布 从以上两幅图中可以明显看出， 在各除盐后的混凝土试 件中， 钢筋附近的内层混凝土为钠、 钾含量最高的地方， 其次 为距钢筋较远的中层混凝土， 距钢筋最远的外层混凝土中钠 的含量中最低的。这说明混凝土试件经电化学作用后， 试件 中残留的钠、 钾离子含量呈梯形分布， 以钢筋为中心的内层 目 捌 舌 口 鞴 - 沿钢筋纵向分布点 图6除盐后 2 _ 6 0 v试件内部氯离子分布 混凝土试件编号 图 8 2号试件除盐后钾离子含量分布 最高， 外层最低， 中层介于两者之间且偏向外层含量。在电 化学除盐过程中， 施加的电压越高， 这种分布规律越明显， 且 内层的钠、 钾含量越高。随着电压的增大， 内层混凝土中钠 含量也呈梯形排列， 与电压成正比关系 ， 而外层混凝土中钠 含量变化不大。 3 结语 ( 1 ) 用电化学方法能有效除去混凝土中大量的氯盐 ， 在四周的除盐周期中， 第一周的除盐效率最高， 到第 1 2 d除 盐基本达到平衡， 以后再随着时间的推移 ， 排出的氯盐量变 化不大。6 0 V电压下初始排盐率最高 ， 其次是 4 0 V， 排盐效果 最差的是 2 0 V电压作用的混凝土试件。 ( 2 ) 对于 0 ． 5水灰比的混凝土试件， 6 0 V电压下最终除 盐效率最高， 而对于 O ． 4及 0 ． 3 2水灰 比的混凝土试件， 4 0 V 和 6 0 V电压下混凝土试件最终除盐相差不大。 ( 3 ) 电化学除盐后， 试件中残留的各离子含量及分布 均有一定的规律性 ： 氯离子含量 自钢筋界面处混凝土由内及 外呈递增趋势， 内层最少， 外层最多， 中间层介于二者之中 间； 钾钠离子含量 自钢筋界面处混凝土 由内及外呈梯度递 减， 内层最高可达外层的 3 0 倍 。 参考文献 [ 1 ] 柳俊哲 ． 亚硝酸盐在混凝土中阻锈效果 [ J ] ． 硅酸盐学报， 2 O O 4 ， 3 2 ( 7 ) ： 8 5 4—8 5 7 ． [ 2 ] M i g a d A c ， M a l"i a J S ， C ~l l e m V ． E ff e c t 由 p e c f a n o d i ~t s 1 2 低温建筑技术 2 0 1 0 年第 5 期( 总第 1 4 3 期) 粉煤灰对混凝土塑性收缩开裂性能的影响 史延 田 ( 黑龙江省建筑材料工业规划设计 研究院 ， 哈尔 滨1 5 0 0 0 0 ) 【 摘要】 采用平板试验法研究水胶比和粉煤灰对混凝土塑性收缩开裂性能的影响规律。结果表明： 混凝 土塑性收缩面积随水胶比的提高而增大； 掺入粉煤灰可降低混凝土的塑性收缩， 随粉煤灰掺量的增加 ， 混凝土的 单位面积总开裂面积、 裂缝的最大宽度均明显下降， 当粉煤灰掺量达到 2 5 ％时， 试件开裂等级为Ⅲ级。 【 关键词】 粉煤灰； 混凝土； 塑性收缩； 开裂 【 中图分类号】 T U 5 2 8 ． 0 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 — 6 8 6 4 ( 2 0 1 0 ) 0 5 — 0 0 1 2 — 0 2 塑性收缩是发生在水泥浆、 砂浆、 灰浆或者混凝 土凝结前的收缩。产生塑性收缩的原因有毛细管压 力、 塑性沉降、 早期化学收缩和 自收缩等， 其中以毛细 管压力作用为主。塑性收缩发生在混凝土处于塑性 状态期间， 持续的时间较短。影响混凝土塑性收缩开 裂的因素很多， 包括水灰比、 水泥品种、 水泥用量、 矿物 掺合料、 砂率 、 骨料、 养护条件等。粉煤灰作为矿物掺 合料在混凝土工程 中应用十分广泛 ， 基于此 ， 本文主 要研究粉煤灰对混凝土早期开裂性能的影响规律。 1 试验方案 ( 1 ) 原材料及配合比： 试验采用天鹅牌 P O 4 2 ． 5 普硅水泥； 中砂， 细度模数 2 ． 9 ， 含泥量 0 ． 9 ％， 级配 良 好 ； 5 — 2 0 m m连续级配碎石； 哈三发电厂生产的 I 级粉 煤灰 ， 性能指标见表 1 ； U N F一5高效减水剂， 减水率 2 0 ％。混凝土配合 比见表 2 。 表 1 粉煤灰性能指标 ( 2 ) 试 验方法 ： 众 所周 知 ， 无论 是混凝土 的温度 变化还是收缩都不会直接造成开裂， 只有混凝土的变 形受到约束 ， 产生应力才有可能出现开裂现象。各 国 学者研究混凝土早期开裂的试验方法不尽相同， 还没 有一种标准试验方法。目前主要有三种试验方法测定 混凝土的开裂——平板式、 单轴型及环型。平板型约 O I 1 e fi q c i e n c y o f e l e c t r o c h e m i c a l c h l o r i d e r e m o v a l f r o m c o n c ret e 【 J J ． A C I M a t e r i al s J o u rna l ，2 0 O 6，1 0 3 ( 4 ) ： 2 4 3～ 2 5 0 ． [ 3 ] 周新刚， 张瑞丰， 韦昌芹 ． 混凝土结构工程除氯的研究与应用 [ J ] ． 工程力学， 2 0 0 5 ， 2 2 ( 增刊) ： 8 2 — 8 9 ． [ 4 ] 成立， 黄绪泉， 等 ． 电化学除盐对混凝土微观结构的影响[ J ] ． 重庆建筑大学学报 ， 2 O 0 8 ， ( 3 ) ： 1 3 8 —1 4 2 ． 束试验采用的试件为平板， 试件受到四周的约束作用； 单轴型约束试验试件为棱柱体， 约束力由两端提供； 环 型约束试验试件为圆环状， 约束力通过与混凝土环相 邻的钢环提供。本试验采用日本 Y K a s a i 教授提出的平 板试件法测试粉煤灰混凝土的早期抗裂性能。 表 2 试验用混凝土配合比 按上述配合比拌和混凝土， 每组三块， 试件尺寸 为 6 0 0 m m 6 0 0 m l T l X 7 0 m m， 与模具( 四周为 6 3 m m高的 型钢 ， 在其高度的中心处安装水平的约束钢筋， 当平 板收缩时四周受到约束) 一起浇筑成一个整体 ， 振实、 抹平后立即用塑料薄膜覆盖， 环境温度 2 0 ℃， 相对湿 度 6 0 ％， 2 h 后将塑料薄膜取下， 用轴流风机以4～ 5 m ／ s 的风速吹混凝土表面， 记录试件开裂时间、 裂缝数量、 裂缝长度和宽度等 ， 记录至 2 4 h ， 并按下列公式计算。 1 Ⅳ 平均开裂面积： 口= ∑厶 ( ) ( 1 ) [ 5 ] 吕忆农， 朱雅仙， 等 ． 电化学脱盐对混凝土碱集料反应的影响 [ J ] ． 南京工业大学学报， 2 o 0 2 ， 24( 6 ) ： 3 5 — 4 0 ． [ 收稿日期】 201 o — O l 一 0 6 [ 作者简介] 郑秀梅( 1 9 7 6 一) ， 女， 黑龙江兰西人， 讲师， 主要从 事混凝土耐久性 研究。