养护条件对混凝土早期氯离子扩散系数的影响.pdf

2 0 1 0年 第 7期 (总 第 2 4 9期 ) N u mb e r 7 i n 2 0 1 0 ( T o t a l No 2 4 9 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 理论研究 THE0RETI CAL RES EARCH d o i ： 1 0 3 9 6 9 8 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 0 0 7 0 0 8 养护条件对混凝土早期氯离子扩散系数的影响 宋东升 1 ， 2 ，张巨松 。邓嫔 ( 1 沈 阳建筑大学 材料科学与工程学院 ，辽宁 沈 阳 1 1 0 1 6 8 ；2 沈 阳泰丰特种混凝土有限公 司 ，辽 宁 沈 阳 l 1 0 0 0 2 ) 摘要： 采用 N E L法测试了不同养护条件下、 不同矿物掺合料及掺入硫酸钠( N a S O ) 的混凝土早期氯离子扩散系数， 结果表明： 掺N a S O 后干空养护基准混凝土的c l _ 扩散系数上升， 容易发生干缩开裂； 在养护过程中改变养护条件即在 3 、 7 、 1 4 d 中止标准养护转入干空养护后， 混凝土 C l 扩 散系数都不同程度 的增大 ； 在干空养护条件下 ， 粉煤灰 的掺人影响了混凝土的水化过程 ， 使混凝 土内部结构发展不密实 ； Na ： S O 的掺人可激发粉煤灰的二次水化反应 ， 使其 c 1 - 扩散系数较未掺的低； 矿粉混凝土具有较好的水化活性， 在干空养护条件下， 其内部结构发展 速度也较快； 试验结果同时也表明矿粉的活性较粉煤灰高。 关键词： 粉煤灰；矿粉；硫酸钠； 氯离子扩散系数；养护条件 中图分类号 ： T U 5 2 8 0 1 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 0 ) 0 7 0 0 2 5 0 3 I m p ac t of c ur i ng c on dit i on on con c r e t e ch l or i d e i on di ffu s i on c oe ffi c i en t o f ea r l y a ge S ON GD o n g- s h e n g1 ,2 ， Z HANG J u - s o n g , DENG P i n ( 1 S c h o o l o f Ma t e ri a l S c i e n c e a n dE n g i n e e ri n g， S h e n y ang J i a n z h uUn i v e r s i t y， S h e n y a n g1 1 0 1 6 8 ， C h i n a 2 S h e n y a n gT a i f e n g S p e c i a l C o n c r e t e L i mi t e dCo mp a n y ， S h e n y ang 1 1 0 0 0 2 ， C h i n a ) Ab s t r ac t ： Th e e a r l y a g e c h l o rid e i o n d i f f u s i o n c o e ffi c i e n t o f t h e c o n c r e t e ， wh i c h i s d u r i n g d i f f e r e n t c u r i n g c o nd i t i o n， a d u l t e r a t e d wi t h d i ffe r e nt mi n e r a l a d mi x t u r e and s o d i u m s u l f a t e ， i s t e s t e d b y t h e me t h o d o f NEL； Th e t e s t r e s u l t i n d i c a t e s t ha t t h e c h l o r i d e i o n d i f f u s i o n C o e ffi c i e n t o f r e f e r e n c e c o n c r e t e a d u l t e r a t e d wi t h s o d i u m s u l f a t e u nd e r t h e c u r i n g c o n d i t i o n o f d r y a i r i s h i g he r ， and t h e c o n c r e t e i s e a s y t o e n g e nd e r ： d r y - s h r i n k a g e c r a c k i n g； t h e c h l o r i d e i o n d i f fus i o n c o e ffi c i e n t of r e f e r e n c e c o n c r e t e i s t o v a r y i n g d e g r e e s hi g h e r ， wh e n t h e c u r i n g c o n d i t i o n i s v a rie t a l d uri n g c u r i n g p e rio d， t h a t i s t o t u m s mn d ard c u rin g t o c u rin g c o n d i t i o n o fd y a i r a t t h e c u r i n g a g e o f3 d a y s ， 7 d a y s a n d 1 4 d a y s； Du rin g t h e c u ri n g c o n d i t i o n o f y a i r ， a d d i n g c o n c r e t e幻 fly a s h a ffe c t s t h e h y d r a t i o n p r o c e s s of c o n c r e t e a n d ma k e s t h a t t h e s t r u c t u r e o fc o n c r e t e i s n o t c o mp a c t ； Ad d i n g c o n c r e t e t o s o d i u m s ul f a t e mo t i v a t e s t h e s e c o n d h y d r a t i o n r e a c t i o n o f fly a s h a n d ma k e s t h e c h l o ride i o n d i f f us i o n c o e ffic i e n t o f t h e c o n c r e t e i s h i g h e r t h an t h a t wi tho u t a d d i n g s o d i um s u l f a t e ； C o n c r e t e a d u l t e r a t e d wi t h mi n e r a l p o wd e r h a s a p r e f e r a b l e h y d r a u l i c i ty an d i t s s t r u c t u r e h a s a q ui c k d e v e l o p me n t ； At t h e s a me t i me， t h e t e s t r e s u l t i n d i c a t e s t h a t t h e m i n e r a l p o wd e r i s m o r e a c t i v e t h a n fly a s h Ke ywor ds ： flya s h； mi n e r a l p o wd e r ； s o d i u m s u l f a t e ； c h l o rid ei o nd i f f us i o n c o e ffic i e n t ； c u rin g c o n d i t i o n 0 引言 矿物掺合料是高强高性能混凝土不可缺少的组分， 然而大 量的研究和实践证明， 工业废渣的应用， 将造成水泥石的组成、 结构及形成发展过程与普通水泥石显著不同， 有时给水泥基材 料性能带来了一些负面影响 ： 如早期强度偏低 、 对养护要求严 格、 自收缩增大等 。 这些问题的出现要求人们对水泥一 工业废 渣体系的水化进程、 结构发展进行系统研究， 充分认识工业废 渣对水泥基材料性能的正负效应 ， 已达到扬长避短 、 合理应用 工业废渣的目的 5 - 7 。 由于混合材的掺人使混凝土早期强度降低 ， 工程中多采用早强剂提高混凝土强度， 因此矿物掺合料与外加 剂已被公认为是高性能混凝土应用技术 中的两个关键性组成 材料 。 在工程中往往会出现混凝土在拆模时即出现大量裂缝， 尤 其是掺入粉煤灰及矿粉的混凝土， 早期强度发展缓慢 ， 更要注 重早期养护， 关于此问题从强度角度已有很多研究 ， 掺人混合 收稿 日期 ：2 0 1 0 - -0 2 2 1 基金项目：建设部科技攻关项 目( 2 0 0 7 一 k 4 1 9 ) ； 沈阳地铁混凝土攻关项目 材料硬化混凝土的渗透性研究也较多 ， 但养护条件对混凝土 早期 c l 一 扩散系数的影响国内外未见报道。针对这类问题， 在前 期一些研究的基础上 1 1 - 1 ， 对掺及未掺硫酸钠的粉煤灰、 矿粉混 凝土不同养护条件的不同龄期 c l 一 扩散系数进行了探讨。 1 原材料 、 配合比和试验方法 1 1 原材料及配合比 水泥： 冀东水泥厂生产的盾石牌 P 0 4 2 5 级水泥 ； 粉煤灰： 铁岭粉煤灰， 其化学成分见表 1 ； 矿粉： 鞍钢磨细矿粉 $ 7 5 ， 其化 学成分见表 1 ； 粗集料 ： 沈阳地区康家山碎石， 粒径 5 - 2 0 ml n连 续级配； 细集料 ： 中砂 ， 连续级配， 各项指标符合标准的规定； 外 加剂 ： 沈阳依力达公司生产的萘系高效减水剂。 表 1 粉煤灰 、 矿粉化学成分 材料 S O 3 K2 0 Na 2 0 Ca O Mg O F e 2 03 A1 2 O 3 S i O 2 L o s s 粉煤灰0 1 0 3 1 1 1 9 1 4 5 0 8 8 6 1 3 2 4 1 9 6 2 4 1 0 2 3 矿粉 O 0 5 一 一 4 1 6 2 8 7 7 0 2 1 1 O 0 5 3 6 ， 4 2 O 0 7 2 5 试验水胶比采用 0 3 8 ， 胶凝材料、 砂 、 石比为 1 ： 1 5 ： 2 ， 高效 减水剂掺量为 0 7 5 ， 粉煤灰 、 矿粉等量取代水泥量为 3 0 ， 在 相同粉煤灰、 矿粉掺量的情况下 ， 又分别掺人 2 的Na 2 S O 作 为对比试验。 1 2试验 方 法 本试验根据 N E L法测试原理【 l 3 J ， 采用 自制的试验设备 ， 试 件尺寸为 4 0 mmx 4 0 mmx 1 6 0 mm， 养护到规定龄期后， 将试件 密封在罐体中， 抽真空4 h ， 饱盐 2 4 h后进行测试。 试验中， 每组试件为 1 4个 ， 对每组试件进行标准养护、 恒 温恒湿箱干空养护( ( 2 0 + 3 )， 相对湿度 4 0 6 0 ) ， 及分别标 准养护 3 、 7 、 1 4 d转恒温恒湿箱养护， 在规定龄期对其测试。 为方便起见， 文中分别以C、 F 、 S 、 N表示水泥 、 粉煤灰、 矿 粉、 Na 2 S O ； O 、 1 、 2 , 3 、 4 分别代表养护条件为干空养护、 标准养护 、 标准养护 3 d转干空养护、 标准养护 7 d转干空养护、 标准养护 1 4d转干空养护 。 2 试验 结果与讨论 2 1 基 准 混凝 土 图 1 、 2分别为未掺及掺 Na S O 的混凝土不同养护条件下 的c 1 _ j 广 散系数。 龄期 ， d 图 1 基准混凝土不 同龄期 C I 扩散 系数 龄期 ， d 图 2 掺 Na SO 基准混凝土 CI 扩散 系数 图 1 、 2可见， 干空养护混凝土的 C l 一 扩散系数 3 7 d下降， 7 2 1 d 上升， 而掺入Na 2 S O 的混凝土始终呈上升趋势， 3 - 2 1 d 变 化幅度较大； 对于其他养护条件未掺 N a 2 S O 4 的混凝土各龄期 c l 一 扩散系数均高于掺 Na ： S O 的混凝土。 由图 1 、 2可明显看出， 由标准养护转入干空养护混凝土试件的 c l _ 扩散系数均上升。 C O干空养护的混凝土， 3 7 d的过程中， 由于试件内部还含 有大量水分 ， 胶凝材料的水化仍然进行， 生成的水化产物晶体 、 凝胶密实了混凝土的孔结构 ， 使其 c l 一 扩散系数降低； 而 7 2 1 d 的过程 中 ， 混凝土 内部水分大量流失 ， 阻止 了水化反应 ， 同时干 缩导致了混凝土产生裂缝， 因此 c I 一 扩散系数上升。 而干空养护的掺 N a 2 S O 混凝土NC 0 ， 由于 Na ： S O 具有早 强作用， 激发了混凝土的早期水化速度， 使混凝土结构迅速发 展 ， 即使是干空养护 3 d ， 其 C l 一 扩散系数较未掺 Na 2 S O , 的大大 26 减小， 但由于 Na ： S O 引入生成的A F t 大量消耗了水分， 同时阻 止了生成的 A F t 向 A F m转化 ， 7 2 1 d生成的A F t 体积膨胀， 可 引起硬化水泥浆体结构的破坏 ， 此外 ， 水分的蒸发也阻止了水 化作用的进行， 使混凝土结构发展缓慢 ， 干缩导致了开裂， 甚至 到 2 1 d时其 c l 一 扩散系数高于未掺 Na 2 S O 的， 这一现象充分的 表明了在养护不当的条件下 Na 2 S O 4 对混凝土的孔结构密实是 不利 的。 C 4 、 N C 4标准养护的混凝土试件， 随着龄期的增加， 内部孔 结构不断致密， 因此 C l 一 扩散系数随着龄期的增加而降低。 对于标准养护到规定龄期后转入干空养护的试件， 在转人 干空后， 其 C 1 一 扩散系数均随着龄期的增加而增加， 表明在干空 条件下， 水化过程减慢， 孔结构发展不密实， 干缩引起了混凝土 的开裂。 2 2粉煤 灰 混凝土 未掺及掺 Na S O 的粉煤灰 3 0 混凝土的 c l 一 扩散系数如 图 3 、 4所示 。 图 3 粉煤灰混凝土 C I 甘 散 系数 3 ， l 4 2l 龄 期 ， d 图 4 掺N a 2 S O 粉煤灰 混凝土 CI甘 散系数 图3 、 4可见 ， 掺入 3 0 粉煤灰后 ， 干空养护的混凝土试件 F O 及标准养护 3 d转干空养护的F 2混凝土 c l 一 扩散系数 3 7 d 上升， 7 1 4 d下降， 1 4 2 1 d又上升 ， 而掺人 Na 2 S O 粉煤灰混凝 土在这两种养护条件下均为上升 ； 对于其他养护条件的两种混 凝土呈相同趋势。未掺 Na S O 的粉煤灰混凝土各龄期均高于 掺 N a 2 S O 的。 于空养护 F O及标准养护 3 d转干空养护 F 2混凝土 c l 一 扩 散系数 3 7 d上升， 表明粉煤灰的掺人减少了混凝土中水泥的含 量， 水化速度大幅度降低 ， 使混凝土孔结构疏松； 7 1 4 d下降， 表明水分蒸发的同时， 粉煤灰开始明显二次水化及微骨料效应 改善了混凝土的孑 L 结构， 结构继续发展， 导致 c 1 扩散系数下降； 1 4 d后水分进一步流失， 因此干缩引起开裂 ， 导致了c l _ 扩散系 数的增加。 掺入 Na 2 S O 粉煤灰混凝土变化趋势及原因同掺 Na 2 s 0 4 的 基准混凝土 。 在绝对值上， 掺粉煤灰混凝土试件 C I - 散系数高于未掺的， 8 6 4 2 O 8 6 4 2 O 一 g。 0 一 一 、 籁 衽 一 0 表明粉煤灰的掺入降低了活性胶凝材料总量， 使其水化反应慢 ， 孔结构发展慢于未掺粉煤灰的。对于掺 Na 2 S O 的粉煤灰混凝土 在绝对值上除标准养护及标准养护 1 4 d转干空养护试件的 c l 一 扩散系数低于掺 N a 2 S O 的基准混凝土外， 均高于掺Na 2 S O 的基 准混凝土， 表明标准养护条件下， N a 2 S O 激发了粉煤灰的水化反 应 ， 使孔结构相对于未掺粉煤灰的混凝土密实， 而干空养护条 件下及分别标准养护 3 、 7 d的粉煤灰混凝土 c l _ j 广 散系数均高 于未掺粉煤灰的基准混凝土， 表明粉煤灰的掺人降低了混凝土 的水化速度， 使孔结构发展缓慢。 图 3 、 4比较可知 ， 除干空养护外， 其他养护条件下掺 N a 2 S O 的粉煤灰混凝土均高于未掺的， 再次证明 N a ： S O 对粉煤灰的激 发作用。 2 _ 3矿 粉 混 凝 土 未掺及掺Na 2 S O 4 的矿粉3 混凝土的 C l _ 扩散系数如图5 6 所示 ，、 1 6 1 4 j 1 2 加 8 1j 5 6 萋 l一 2 0 1 6 1 4 g 1 2 8 6 薹 l_ 2 O 3 7 1 4 2l 龄期 ， d 图 5 矿粉 混凝土 Cr 扩散 系数 图 6 掺Na 2 S O 矿粉 混凝土 CIh 扩散系数 图 5 6可见， 干空养护矿粉混凝 S 0的 C 1 扩散系数随着龄期 的增加而降低， 而掺入Na ： S O 的矿粉混凝土 NS O同养护条件下 呈上升趋势。其他养护条件混凝土的 c l 一 扩散系数变化趋势相 同。除干空养护外， 其他养护条件下未掺 Na S O 的矿粉混凝土 各龄期均高于掺 N a 2 S O4 的。 随着龄期的增加， 干空养护的矿粉混凝土s O的C l - 0 散系数 降低 ， 表明矿粉水化反应生成的凝胶使混凝土的孔结构密实， 虽 然水分流失后导致了水化减慢 ， 但是强度增长仍然快于干缩的 破坏； 掺入 Na S O 矿粉混凝土 NS 0变化趋势及原因同掺Na 2 S O 的基准混凝土。 将图5与图 3 、 6与图 4相比较可见， 掺及未掺 Na 2 S O 的矿 上接第 2 4页 2 】王宗敏， 朱明霞， 赵晓西 混凝土断裂问题研究的层次方法【 J 郑州工 业大学学报 ， 2 0 0 0 ， 2 1 ( 4 ) ： 1 6 2 2 3 】 徐钟济 蒙特卡罗方法【 M 】 上海 ： 上海科学技术出版社， 1 9 8 5 ： 1 - 3 2 4 【 4 】WA N G Z M， K WAN G A K H， C HA N G H C Me s o s c o p i c s t u d y o f c o n c r e t e I ： g e n e r a t i o n o f r a n d o m a g g r e g a t e s t r u c t u r e a n d f i n i t e e l e me n t m e s h J C o mp u t e mS t r u c t u r e s ， 1 9 9 9， 7 0： 5 3 3 5 4 4 5 王宗敏 不均质材料( 混凝士) 裂隙扩展及宏观计算强度与变形【 D 】 粉混凝土 C 1 - 扩散系数均低于相应的粉煤灰混凝土， 表明矿粉的 活性较粉煤灰高。 3结 论 ( 1 ) 掺 N a S O 后干空养护基准混凝土的 c l 一 扩散系数上升， 容易发生干缩开裂。 ( 2 ) 在养护过程中改变养护条件即在 3 、 7 、 1 4 d中止标准养 护转入干空养护后 ， 混凝土 c l 扩散系数都不同程度的增大。 ( 3 ) 在干空养护条件下， 粉煤灰的掺人影响了混凝土的水 化过程，使混凝土结构发展不密实； Na 2 S O 的掺入可激发粉煤 灰的二次水化反应， 使其 c l 一 扩散系数较未掺的低。 ( 4 ) 矿粉混凝土具有较好的水化活性 ， 在干空养护条件下 ， 其结构发展速度也较快； 试验结果同时也表明矿粉的活性较粉 煤灰高。 参考文献 ： 1 】I 马保国， 李永鑫 绿色高性能混凝土与矿物掺合料的研究进展叨 武 汉工业大学学报， 1 9 9 9 ( 5 ) ： 2 9 3 1 2 】2 B AE R T G， V A N D R I E S S c H E L l n t e r a c t i o n b e t w e e n t h e p o z z o l a n i c r e a c - t i o n o f fl y a s h a n d t h e h y d r a t i o n o f c e me n t Z 1 2 t h I n t e rna t i o n a l C o n g r e s s o n t h e Ch e mi s t r y o f C e me n t ， Mo n t r e a l Ca n a d a， 2 0 07 3 】S MI T H M A， O S B O R NE G J S l a g fl y a s h c e me n t s J Wo r l d C e m T e c h n o l ， 1 9 9 7 ( 8 ) ： 2 2 3 2 3 3 4 】P O P P E A M， D E S CH U T r E R G C e m e n t h y d r a t i o n i n t h e p r e s e n c e o f h i g h f i l l e r c o n t e n t J C e me n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 0 5 ( 3 5 ) ： 2 2 9 0 2 2 9 9 5 张景富， 等 矿渣一 粉煤灰混合材料水化产物、 微观结构和性 J 1 硅 酸盐学报， 2 0 0 7 ， 3 5 ( 5 ) ： 6 3 3 6 3 7 【 6 】WA N G A， Z HA NG C， S U N W “ F l y a s h e f f e c t s I I T h e a c t i v e e f f e c t o f fl y a s h J C e me n t a n d c o n c r e t e r e s e a r c h ， 2 0 0 4， 3 4 ( 1 1 ) ： 2 0 5 7 - 2 0 6 0 【 7 沈旦申 粉煤灰混凝土 M 】 北京： 中国铁道出版社 ， 1 9 8 9 ： 1 2 3 【 8 】李海川 ， 等粉煤灰活性复合激发剂的配制及应用研究 J 】 粉煤灰 ， 2 o 0 6 ( 5 ) ： 1 5 1 7 9 】王海亮， 等大掺量粉煤灰混凝土抗渗性能的研究 J 】 散装水泥， 2 0 0 5 ( 5 ) 1 O 胡红梅， 马保国矿物功能材料对混凝土氯离子渗透性的影响【 J J 武 汉理工大学报 ， 2 0 0 4 ， 2 6 ( 3 ) ： 1 9 2 2 1 l 1 张巨松， 张微， 邓嫔， 等 掺合料、 早强剂对冻融混凝土 c l 一 扩散系数 的影响 J 沈阳建筑大学学报 ： 自然科学版， 2 0 0 9 ， 2 5 ( 1 ) ： 1 4 3 1 4 7 【 1 2 】 张巨松， 邓嫔 ， 鞠里红， 等矿物掺合料混凝土早期氯离子扩散系数 的试验硼 沈阳建筑大学学报 ： 自然科学版， 2 0 0 9 ， 2 5( 2 ) ： 3 1 2 3 1 5 【 1 3 L U Xi n - y i n g A p p l i c a t i o n of t h e N e r n s t - E i n s t e i n e q u a t i o n t o c o n c r e t e 叫 C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h 。 1 9 9 7 。 2 7 ( 2 ) ： 2 9 3 3 0 2 作者简介 ： 单位地址 ： 联系电话 ： 宋东升( 1 9 7 2 一 ) ， 男， 高级工程师 ， 硕士， 主要从事预拌混凝 土的研究及应用。 沈阳币 三好街 8 7 号五里河城 S O H O 楼2 2 层( 1 l O O O 2 ) 0 2 4 2 3 7 8 5 6 8 2 北京： 清华大学， 1 9 9 6 作者简介 单位地址 ： 联 系电话 ： 邱志章( 1 9 7 9 一 ) ， 男 ， 工程师， 主要从事水利工程质量检测 与试验研究。 杭州市凤起东路 5 0 号 浙江省水利河口研究院( 3 1 0 0 2 0 ) 0 5 7 1 8 6 43 9 7 0 9 27