膨胀剂对混凝土渗透性的影响.pdf

2 0 1 0年 第 4 期 (总 第 2 4 6 期 J Nu mb e r4i n 2 01 0 ( To t a l No 2 4 6) 混 凝 土 Con c r e t e 原材料及辅助物料 M AT ERI AL AND ADM I NI CLE d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 0 0 4 0 1 9 膨胀剂对混凝土渗透性的影响 陆晗 ，王卫仑 ( 深圳 大学 土木工程学 院，广东 深圳 5 1 8 0 6 0 ) 摘要： 利用氯离子扩散系数快速测定的 R C M 法 ， 结合 孔结构分析 ， 研究膨胀 剂对混凝土氯离子扩散 系数的影响 。认为适量膨胀剂 的 掺人 ， 可 以提高混凝土 的密实性 ， 从而提高混凝土 的抗压强度 ， 同时降低混凝土的渗透性 。 但是 ， 过大的膨胀量可能会在混凝土内部产生微 裂缝 ， 从而增加 了混凝土的渗透性。 关键词： 膨胀剂；渗透性；氯离子扩散系数；孔结构 中图分类号 ： T U5 2 8 0 4 2 4 文献标 志码： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 0 ) 0 4 0 0 5 7 0 2 I nf l ue nc e o f e xpan s i ve age nt on per me abi l i t y o f t h e c onc r e t e LUHan W AN G W e i l u n ( C o l l e g e o f Civ i l E n g i n e e ri n g ， S h e n z h e nUn i v e r s i t y ， G u a n g d o n g ， S h e n z h e n 5 1 8 0 6 0 ， C h i n a ) Abs t r a c t ： Ba s e do nt h e r a p i dd e t e r mi n a t i o no f c h l o rid ed i ff us i o nc o e ffi c i e n t wi t hRCM me t ho da ndp o r e s t r u c t u r ea n a l y s i s ， t h ei nfl u e n c eo f e x p a n s i v e a g e n t o n c h l o rid e d i ffu s i o n c o e ffi c i e n t o fc o n c r e t e h a s b e e n i n v e s t i g a t e d Th e c o n c r e t e c o mpa c t n e s s c a n b e e n ha n c e d b y i n c o r p o r a t i n g a d e q u a t e e x p a n s i v ea g e n t F u r t h e r mo r e ， t h ei n c r e a s eo f c o n c r e t ec o mp a c t n e s s l e dt othei n c r e a s eo f c o mp r e s s i v e s t r e ng t ha n dt h ed e c r e a s eo f c o n c r e t ep e r me a bi l i t y Ho we v e r ， the e x c e s s i v ee x p an s i v ea g e n t m a yl e a dt oint e rn a l mi c r oc r a c k i n go f c o n c r e t e ， r e s u l t e dinan i n c r e a s eo f c o n c r e t e pe r m e a b i l i ty Ke y wor ds： e x p a ns i v e a g e n t ； p e rm e a bi l i t y； c h l o rid e d i ffu s i o n c o e ffic i e n t ； p o r e s t r uc t u r e 0 引言 近年来， 膨胀剂在大体积及地下结构混凝土中得到较广泛 应用 1 。一般认为， 适量膨胀剂的掺入， 可以减少混凝土的收缩， 防止或减少干缩裂缝 、 有害裂缝的产生； 同时， 膨胀剂的掺人， 在 混凝土内部生成膨胀性物质， 可填充、 堵塞和切断毛细孔和其他 孑 L 隙， 使混凝土总孑 L 隙率降低， 毛细孔孔径变小， 改善了混凝土 的孔结构， 使混凝土变得更密实， 从而降低了混凝土的透水I生。 钢筋混凝土的耐久性引起人们的高度重视。 混凝土的渗透 性和耐久性密切相关 ， 引起混凝土性能劣化的腐蚀介质 水 、 二 氧化碳 、 氧气、 氯离子、 硫酸根离子等) 通过混凝土保护层渗入混 凝土内部， 与水泥水化物或钢筋发生作用， 从而导致结构的劣化。 混凝土氯离子扩散系数是当前普遍使用的反映t 昆 凝土渗透性的 一 个胜能指标， 本研究利用氯离子扩散系数快速测定的R C M法， 结合孔结构分析， 研究膨胀剂对混凝土渗透眭的影响。 1 试验原材料及试验 方法 1 1 试验原材料及配合比 水泥采用天山P 0 4 2 5 R级和海螺 P 0 4 2 5 R级两种水泥； 细集料为河砂 ， 表观密度为 2 6 3 g c m ， 细度模数为 2 8 ， I I 区中 砂； 粗集料为花岗岩， 最大粒径为 3 1 5 ml n ， 表观密度 2 6 4 g c m ； 外加剂采用 N型高效减水剂； 粉煤灰为 I I 级灰 ； 采用 S Y G高 性能膨胀抗裂剂及 A E A两种膨胀剂。混凝土配合比见表 1 。 1 2试 验 方 法 抗压强度试验采用 1 0 0 mmx l O 0 mmx 1 0 0 rai n的立方体 收稿 日期 ：2 0 1 0 - 0 1 0 4 基金项 目：“ 十一五” 国家科技 支撑计 ( 2 0 0 6 BA J 0 2 B0 4 一 O 1 ) 表 1 混凝土配合比 试件， 按照国家标准 普通混凝土力学性能试验方法标准 进行； 氯离子扩散系数试验成型 +1 0 0 minx 1 0 0 mm的圆柱体试件， 每个龄期样品为 6个试件 ， 养护至试验龄期前 7 d ， 将试件两 端每头切去， 取 中间长度 5 0 i n m 的试件 ， 养护到龄期后， 按 混凝土结构耐久性设计与施工指南 中的“ 混凝土氯离子扩 散 系数快速 测定 的 R C M 法” 进行试 验 ， 取 6个试 件 的平均 值 作为该组混凝土的氯离子扩散系数。混凝土的孔结构分析采 用压 汞法 。 2 试验 结果及 讨论 混凝土抗压强度试验结果见表 2 。 由表 2可见， 以胶凝材料 总量 7 5 的 S Y G膨胀剂等量取代粉煤灰的混凝土， 其各龄期 的抗压强度均 比不掺膨胀剂的混凝土的抗压强度高， 5 6 d龄期 的抗压强度， x l y l比x l y 2 高 7 5 ， j z l比j z 5高 1 0 8 ； 以胶凝材 料总量 8 1 和 8 4 的 A E A膨胀剂等量取代粉煤灰的混凝土， 57 其各龄期的抗压强度均比不掺膨胀剂的混凝土的抗压强度高， 5 6 d龄期的抗压强度 ， b h l 1比 b h 5高 2 2 7 ， b h l 2比 b h 7高 1 8 8 ， 2 7 0 d龄 期 的抗 压强度 ， b h l 1比 b h 5高 3 5 6 ， b h l 2比 b h 7高 2 0 9 。 表 2 混凝土抗压 强度 UP a 混凝土氯离子扩散系数试验结果见表 3 。由表 3可见 ， 掺 S Y G膨胀剂的混凝土各龄期氯离子扩散系数要低于不掺膨胀 剂的混凝土， 但降低的幅度不大， 其中 5 6 d龄期氯离子扩散系 数， x l y l比x l y 2低 5 9 ， i z l比i z 5低 1 2 4 ； 而掺 AE A膨胀剂 的 昆 凝土氯离子扩散系数比不掺膨胀剂的混凝土高得多， 其中 5 6 d龄期的氯离子扩散系数， b h l l比b h 5高 4 6 ， b h l 2比b h 7 高 5 6 5 。 表 3 混凝土的氯离子扩散 系数 1 0 m2 s 将 5 6 d 龄期 b h 5 和 b h l 1 混凝土试件压碎后， 取其中的砂浆 进行压汞试验， 对混凝土中硬化水泥石的孔结构进行分析， 其累计 孔体积及孑 L 径分布曲线如图 1 和图2 。由图 1 可以看出， 掺 A E A 膨胀剂的混凝土( b h l 1 ) 水泥石的累计孔体积为 0 0 4 7 2 mL g ， 对 比组混凝土( b h 5 ) 水泥石的累计孔体积为 0 0 6 5 1 m L g ， 说明膨 胀剂的掺入较大的降低了混凝土水泥石的总孔隙率 ； 由图2可 以看出， 掺人 AE A膨胀剂， 降低了混凝土水泥石中大于 1 0 0 n m 的孔 的数 量 。 膨胀剂对抗压强度的搞高， 可能与两个方面的作用有关 ： 首先 ， 膨胀剂较强的水化能力， 生成硫铝酸钙水化物( 钙矾石) ， 由于范德华引力的存在 ， 硫铝酸钙水化物具有较大的黏结力 ， 可以与粗细骨料及未水化的胶凝材料颗粒黏结在一起， 而粉煤 灰的水化速度及水化程度要低于膨胀剂 ； 另一方面， 混凝土中 58 孔径 n m 图 1 累计子 L 体积 曲线 0 0 0 06 0 00 5 0 004 0 003 0 002 0 0 0 1 羹 。 一 0 0 0 1 一O 002 -0 0 0 3 - 00 0 4 O 孔 径 n m 图 2孔径分布曲线 掺入膨胀剂后生成大量的钙矾石， 钙矾石具有膨胀性， 可以填 充、 堵塞和切断毛细孔和其他孔隙， 使混凝土总孔隙率降低， 毛 细：f L Zf L 径变小， 改善了混凝土的孔结构， 使混凝土变得更密实， 进而提高砂浆( 混凝土) 的强度。压汞试验结果可以证实膨胀剂 对总孑 L 隙率及孔结构的改善作用。 一 般认为， 孑 L 结构和孔隙率与混凝土的强度和渗透性等宏 观性能有直接的关系13 。已有文献指出 ， 混凝土的渗透眭是由其 微观结构决定的， 如混凝土的孔隙率、 孔径分布， 以及骨料一 基体 界面区的矿物组成等。吴中伟目 提出对混凝土中的孔级划分和孔 隙率及其影响因素的概念 ， 根据不同孔径对混凝土性能的影响 分为无害孔( 2 0 0 n l Y 1 ) 。从压汞试验的结果看， 掺人膨胀剂后， 膨 胀剂的水化产物通过填充和膨胀应力的作用， 减少了水泥石中 的有害孔和多害孔， 从这一层面来说， 膨胀剂的掺人应能降低 混凝土的渗透 ， 这也说明了掺 S Y G膨胀剂的混凝土各龄期氯 离子扩散系数均低于不掺膨胀剂的混凝土的原因。 但是， 掺 AE A膨胀剂混凝土的水泥石的孔隙率虽然明显小 于未掺膨胀剂的混凝土， 氯离子扩散系数却高得多， 这可能与膨 胀量有关。从微观的角度来讲， 掺膨胀剂的水泥在水化过程中， 因结构的形成而产生强度， 膨胀剂水化产物的膨胀作用可使混 凝土产生致密作用， 也可能使内部已生成的接点破坏， 产生微裂 缝， 这些微裂缝可能不会影响到强度， 但影响渗透性。此时， 越大 的膨胀， 反而增加了混凝土的渗透l生。由抗压强度试验及孔结构 分析的结果看， 掺人 AE A膨胀剂后， b h l 1 、 b h l 2 混凝土总孔隙率 有较大的减小 ， 强度有较大幅度的提高， 说明膨胀量较大， 这可 能引起了微裂缝的产生， 从而增加了这两组混凝土的渗透性。 3 结 -T e 膨胀剂的掺入 ， 通过膨胀产生的致密作用， 改善混凝土的 孔结构， 使混凝土强度得到提高 ， 同时可以降低混凝土的渗透 性。但是， 过大的膨胀量可能会在混凝土内部产生微裂缝 ， 从而 增加了混凝土的渗透性。因此在使用过程中， 应注意膨胀剂掺 量， 避免产生过犹不及的反作用。 参 考文献 ： 【 l 】游宝坤， 韩立林 ， 黄春江 混凝土膨胀剂应用技术 J 混凝土， 2 0 0 4 ( 1 ) ： 7 - 1 1 2 C C E S O 1 2 O o 4 ， 混凝土结构耐久性设计与施工指南 s 北京： 中国 建筑工业出版社， 2 0 0 4 3 】 赵铁军 ， 李淑进 混凝土的强度与渗透性【 J j 建筑技术， 2 o o 2 ( 1 ) ： 2 O 【 4 李淑进， 赵铁军， 吴科如 混凝土渗透性与微观结构关系的研究 J 1 混 凝土与水泥制品， 2 0 0 4 ( 2 ) ： 6 - 8 5 】吴中伟， 廉惠珍 高性能混凝土 M _ C 京： 中国铁道出版社， 1 9 9 9 作者简介： 陆晗( 1 9 7 o 一 ) ， 男， 工程师。 单位地址l 广东深圳市深圳大学土木工程学院( 5 1 8 0 6 0 ) 联 系电话 1 0 7 5 5 2 6 5 3 5 1 2 3