冻融影响掺合料再生混凝土抗氯离子渗透性能的试验研究.pdf

文章编 号 ：1 0 0 7 0 4 6 X ( 2 0 l 3 ) 0 卜0 0 3 4 0 3 生态建材 冻融影响掺合料再生混凝土抗氯离子渗透性能的试验研究 E x p e r i me n t a l S t u d y o f F r e e z e - t h a w S I n fl u e n c e o n Re s i s t a n c e t o C h l o r i d e I o n P e n e t r a t i o n i n t o R e c y c l e d C o n c r e t e wi t h Mi n e r a l Ad mi x t u r e 王国林，吴相豪，杨姗姗 ( 上海海事大学 海洋环境与工程学院，上海2 0 1 3 0 6 ) 摘 要： 采用 AS T M C1 2 0 2法研究了冻融对掺合料再生混凝土抗氯离子渗透性能的影响规律。试验结果表明，冻融 对粉煤灰再生混凝土抗氯离子渗透性能的影响比较大，随着冻融次数的增加，粉煤灰再生混凝土抗氯离子 渗透能力逐渐减弱。冻融初期 ，冻融对粉煤灰一 石灰粉再生混凝土抗氯离子渗透性能影响较 小；冻融次数 超过 1 O次后 ，随着冻融次数的增加 ，冻融对粉煤灰一 石灰粉再生混凝土抗氯离子渗透性能影响逐渐增强。 关键词 ： 冻融；粉煤灰 ；再生混凝土；氯离子 ；渗透性能 中 图 分 类号 ：T U5 2 8 0 9 文献 标 志 码 ：A Ab s t r a c t ：T h e r a p i d c h l o r i d e p e r me a b i l i t y t e s t me t h o d f AS T M C 1 2 0 2 1 wa s u s e d t o r e s e a r c h i n f l u e n c e s o f f r e e z e t h a w o n a n t i c h l o r i d e p e r me a b i l i t y p e r f o r ma n c e s o f r e c y c l e d c o n c r e t e T h e r e s u l t s s h o we d t h a t f r e e z e t h a w c y c l e h a s c l e a r i mp l i c a t i o n s f o r t h e a n t i c h l o r i d e p e r me a b i l i t y p e r f o r ma n c e s o f f l y a s h r e c y c l e d c o n c r e t e Wi t h t h e i n c r e a s e o f f r e e z e t h a w t i me s t h e c a p a c i t y o f 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 o f fly a s h r e c y c l e d c o n c r e t e d e c r e a s e d g r a d u a l l y At t h e e a r l y s t a g e o f fre e z e t h a w t h e a b i l i t y o f a n t i c h l o r i d e i o n p e r me a b i l i t y o f r e c y c l e d c o n c r e t e mi x e d wi t h fl y a s h a n d l i me p o wd e r i S l e s s a f f e c t e d b y f r e e z e t h a w Af t e r 1 0 t i me s f r e e z e t h a w c y c l e f r e e z e t h a w h a s a n e v e r i n c r e a s i n g i mp a c t o n t h e a n t i c h l o r i d e i o n a b i l i t y o f r e c y c l e d c o n c r e t e mi x e d wi t h fly a s h a n d l i me p o wd e r Ke y wo r d s ： fre e z e - t h a w； fl y a s h ； r e c y c l e d a g g r e g a t e c o n c r e t e ； c h l o r i d e i o n ； p e r me a b i l i t y 0 前 言 冻融会引起混凝土内部结构损伤，随着冻融循环次数 的增加，混凝土内部结构损伤不断累积，最终导致混凝土 结构力学性能劣化、抗氯离子渗透能力降低。目前，国内 外有关冻融影响混凝土抗氯离子性能的研究成果较多， G e r a r d I 1 】 等的研究成果表明，水灰比为0 4 5的非引气混凝 土经 3 1 、 6 1 、9 5次冻融循环后，混凝土的相对氯离子扩 散系数分别增大了约 1 5 、3 5 、7 5 倍。王锋【 2 _对 4 种不同 配比混凝土进行冻融循环 ( 0 、5 0 、1 5 0 次 ) 和氯离子侵蚀 试验，结果表明冻融循环使混凝土孔隙率增大，冻融次数 越多，氯离子侵蚀越严重。洪雷_ 3 _ 等通过自由氯离子滴定 试验和氯离子扩散深度试验， 研究了冻融损伤对混凝土氯 离子扩散性能的影响，结果表明，冻融损伤对混凝土氯离 子扩散性能的影响是显著的，当混凝土损伤为 2 4 时，其 氯离子扩散系数和扩散深度分别是未损伤混凝土的6 5 倍 3 4 COAL ASH 1 2 01 3 和 2 倍，混凝土的损伤与氯离子扩散系数、扩散深度之间 均可以建立良好的非线性关系。掺合料广泛用于再生混凝 土领域，而有关冻融影响掺合料再生混凝土抗氯离子渗透 性能的研究成果鲜有报道。 l 试 验 1 1 原材料 水泥：采用海螺牌 P O 4 2 5 硅酸盐水泥。粉煤灰：采 用 级粉煤灰，4 5 m筛余为 1 4 8 ，需水量比为9 8 6 ， 烧失量5 7 9 。石灰粉：上海金山生产的生石灰，在室内 空气中自然熟化而成的粉末，用 0 2 5 m m方孔筛过筛，取 粉末装入防潮塑料瓶备用。再生粗集料：选用路面废弃混 凝土，人工破碎后清洗、筛选得到粒径为 5 2 0 m m的粗 集料。细集料：采用天然河砂，细度模数为 2 8 2 。水：采 用自 来水。 1 2配合比 试验采用 1 0 0 的再生粗集料，水胶比为0 4 5 。单掺 粉煤灰时，水泥为胶凝材料的6 0 、粉煤灰为胶凝材料的 4 0 ；双掺粉煤灰和石灰粉时，水泥为胶凝材料的 6 0 、 粉煤灰为胶凝材料的 3 2 ；石灰粉为胶凝材料的 8 。由 于现行规范还未给出再生混凝土配合比的设计方法，试验 按普通混凝土设计规程进行配合比设计，再生混凝土配合 比见表 1 。 表 1 再生混凝土配合比 k g m 1 3 试验方法 1 3 1 试件制备 冻融试验采用 1 0 0 m m X 1 0 0m m 4 0 0 m m棱柱体试件。 按上述再生混凝土配合比拌制再生混凝土拌合物，成型 1 d 后拆模，水中养护至 2 8 d龄期，取出试件置于冻融试 验箱中冻融至规定次数后，取出试干，在试件中间切割 5 0 m m厚的试块，制成 1 0 0 m m X 1 0 0 m m 5 0 m m试件分 两组制作，用于测定不同冻融循环下再生混凝土试件 6 h 电通量。各组试件水泥、粉煤灰、石灰粉占总胶凝材料百 分比、冻融循环次数见表 2 。 表 2 冻融作用下氯离子试验试件编号 1 3 2 冻融试验 采用无锡市华南实验仪器有限公司制造的 D R 一 2 C型 混凝土快速冻融试验箱，进行快速冻融试验。4块试件为 一 组 ( 不同矿物掺量、不同冻融循环次数的再生混凝土试 件 )，共 8组。冻融试验操作过程如下。 将1 0 0 m m 1 0 0m m 4 0 0 m m试件从水中取出，擦干 表面水，试件放人橡胶套桶并加水，水位高出试件顶面 2 0 m m左右，将套筒放入冻融箱 ( 将装有中心测温试件的 套桶放在冻融箱的中心位置 ) 进行冻融。 打开冻融开关，设置冻融循环次数。每冻融循环一次 历时 3 4 h ，试件中心温度分别控制在 ( 一 1 7 2)和 ( 8 2 )。当有一部分试件冻满所需次数时取出，另用 试件填充空位。 1 3 3 氯离子渗透试验 采用 A S T M C 1 2 0 2 法。氯离子电通量测定仪为上海市 建筑科学研究院建材有限公司制造的 C A B R R C P 6型号， 试验装置见图 1 。试验时，注意侧面的密封，连接直流电 源的正、负极的试块两端分别注入 0 3 m o l L的N a O H溶 液和 3 的N a C I 溶液，并在两端施加并保持 6 0 V的直流 电压，每隔3 0 m i n 记录一次电流，持续试验 6 h ，根据6 h 通过的总电量评价再生混凝土抗氯离子渗透性能。 图 1 A S T M C 1 2 0 2测试装置简图 a C 1 溶液 根据再生混凝土中6 h 总导电量，由式 ( 1 ) 14 可计算 出混凝土中氯离子扩散系数： Y = 2 5 7 7 6 5 + 0 0 0 4 9 2 X ( 1 ) 式中：y为氯离子扩散系数 ( 1 0 c m 2 s )； X为 6 h总导 电量 ( C)。 2 试验结果与分析 2 1 冻融对粉煤灰再生混凝土抗氯离子渗透性能的影响 冻融影响粉煤灰再生混凝土抗氯离子渗透性能的试验 结果见表 3 。根据表 3 可以计算出，冻融次数为l 0 、2 0 、 3 0的粉煤灰再生混凝土试件6 h 导电量比未冻融的粉煤灰 再生混凝土试件 6 h导电量提高了1 9 3 、4 2 6 、4 9 8 。 可见，随着冻融次数的增加，粉煤灰再生混凝土试件 6 h 导电量逐渐增大。 根据试件 6 h导电量的实测数据，利用式 ( 1 ) 可以 1 2 0 1 3 粉煤灰 3 5 计算出粉煤灰再生混凝土试件氯离子扩散系数，计算结果 见表 3 。从 3表中可以看出，冻融次数为 1 0 、2 0 、3 0的 粉煤灰再生混凝土试件氯离子扩散系数比未冻融的粉煤灰 再生混凝土试件氯离子扩散系数提高了 1 3 7 、3 0 1 、 3 5 2 。可见，随着冻融次数的增加，粉煤灰再生混凝土 氯离子扩散系数逐渐增大。 表 3 粉煤灰再生混凝土氯离子渗透试验结果 2 2 冻融对粉煤灰一 石灰粉再生混凝土抗氯离子渗透 性能的影响 冻融影响粉煤灰一 石灰粉再生混凝土抗氯离子渗透性 能的试验结果见表 4 。根据表 4 可以计算出，冻融次数为 1 0 、2 0 、3 0的粉煤灰一 石灰粉再生混凝土试件 6 h 导电量 比未冻融的粉煤灰一 石灰粉再生混凝土试件 6 h 导电量提 高了一 3 2 、1 7 9 、5 5 2 。根据试件 6 h导电量的实测 数据，利用式 ( 1 ) 可以计算出粉煤灰一 石灰粉再生混凝土 试件氯离子扩散系数，计算结果见表 4 。从表 4中可以看 出，冻融次数为 l 0 、2 0 、3 0的粉煤灰一 石灰粉再生混凝土 试件氯离子扩散系数比未冻融的粉煤灰一 石灰粉再生混凝 土试件氯离子扩散系数提高了 一 2 - 3 、1 3 5 、 4 1 4 。 根据以上分析可以发现，冻融初期，冻融对粉煤灰一 石灰粉再生混凝土试件抗氯离子渗透性能影响较小，但随 着冻融次数的增加，冻融对粉煤灰一 石灰粉再生混凝土试 件抗氯离子渗透性能影响逐渐增强。 出现这种现象的原因是：冻融使掺合料再生混凝土试 件内部结构受到损伤，产生许多微细的裂缝，随着冻融循 环次数的增加，内部结构损伤不断累积，微细裂缝逐渐扩 展、连接，形成渗透通道，导致试件 6 h 导电量增加、氯 离子扩散系数增大、抗氯离子渗透能力降低。 美国按 A S T M C 1 2 0 2标准，测定混凝土 6 h导电量， 根据导电量的大小对混凝土进行分类，见表 5 。从表 3 、 表4的试验结果可以看出，即使冻融作用和掺合料等量取 代水泥率为4 0 ，掺合料再生混凝土试件仍具有较强的抗 氯离子渗透能力。 3 6 Ca 工 H 1 2 01 3 表 4 粉煤灰一 石灰粉再生混凝土氯离子渗透试验结果 表 5 A S T MC 1 2 0 2导电量及其对混凝土分类 3 结 论 ( 1 ) 冻融对粉煤灰再生混凝土抗氯离子渗透性能的影 响比较大，随着冻融次数的增加，粉煤灰再生混凝土抗氯 离子渗透能力逐渐减弱。 ( 2 ) 冻融初期，冻融对粉煤灰一 石灰粉再生混凝土抗 氯离子渗透性能影响较小， 但随着冻融次数的增加，冻融 对粉煤灰一 石灰粉再生混凝土试件抗氯离子渗透性能影响 逐渐增强。 ( 3 ) 在冻融作用下，粉煤灰或粉煤灰和石灰粉等量取 代水泥率为4 0 的再生混凝土仍然具有较强的抗氯离子渗 透能力。 参考文献 1 】 GE R AR D B ， MAR C H AND J I n flu e n c e o f c r a c k i n g o n t h e d i f f u s i o n p mp e r t i e s o f c e me n t - ba s e d ma t e r i a l s P a r t h I nfl u e n c e o f c o n t i n u o u s c r a c k s o n t h e s t e a d y - s t a t e r e g i me J C e m a n d C o n c r R e s ， 2 0 0 0 ， 3 0 ( 1 ) ： 3 7 - 4 3 2 】 王锋 冻融作用对混凝土氯离子侵蚀影响的研究【 J 国防交通工程与 技术， 2 0 0 9( 3 ) ： 2 4 2 5 3 洪雷， 唐晓东 冻融循环及龄期对混凝土氯离子渗透性的影m J J 建筑 材料学报， 2 0 1 1 ， 1 4 ( 2 ) ： 2 5 4 2 5 6 4 】 赵铁军 高性能混凝土的渗透性研究 D 】 北京：清华大学，1 9 9 7 作者简介：王国林( 1 9 8 8 一) ， 在读硕士， 主要研究方向为海工混凝土， 通 信地址：上海市临港新城海港大道1 5 5 0 号， 上海海事大学( 2 0 1 3 0 6 ) E - ma i l ：2 7 5 2 2 9 8 3 l q q c o m 收稿 日期： 2 0 1 2年 8月 2 8 E t