盐溶液浓度差对混凝土单面抗冻性的影响.pdf
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1、第 l 7卷第 1 期 2 0 1 4年 2月 建筑材料学报 J OURNAL OF BUI LDI NG MATE RI ALS Vo 1 1 7 NO 1 Fe b, 2 01 4 文章编 号 : 1 0 0 7 9 6 2 9 ( 2 0 1 4 ) 0 1 0 1 3 8 0 5 盐溶液浓度差对混凝 土单面抗 冻性 的影 响 王发 洲 , 张梓鑫 , 李 明 , 黄大凡 , 朱 瑶宏 ( 1 武汉 理工大 学 硅酸 盐建筑 材料 国家 重点 实验 室 ,湖北 武汉 4 3 0 0 7 0 ; 2 宁波市轨道交通工程建设指挥部 , 浙江 宁波 3 1 5 0 0 O ) 摘要 :通过 改
2、变混 凝土 内、 外部 盐 溶液 浓度 , 研 究 了盐溶 液 浓度 差 对 混凝 土 单 面 盐冻 剥 落 的影 响 结果表明: 在预吸水过程 中, 氯 离子扩散规律符合 F i c k第二定律 , 在 中、 低盐溶液浓度或存在 内外 浓度 差的 情况 下 , 冻 融过程 对混 凝土表 面附近 氯 离子 浓 度 分布 影响 显 著 ; 混凝 土 内、 外部 盐溶 液 浓 度 差对混 凝土 盐冻 剥落影 响显 著 ; 当混凝 土 内部 的 盐溶 液 浓度低 于 外部 时 , 盐 冻剥 落 量 最 大 , 且远 大 于 3 ( 质 量分数 ) 盐 溶液 中冻 融的混凝 土 关键 词 :浓度 差
3、;混凝 土 ;单 面盐冻 ;盐溶液 中 图分 类 号 : T U5 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 O 1 4 0 1 0 2 5 I nf l u e nc e o f Chl o r i d e S o l u t i o n CO n c e n t r a t i 0 n Di f f e r e n c e o n S a l t Fr o s t S c a l i ng o f Co nc r e t e WANG F a z h o u , Z HANG Z i x i n
4、, L I Mi n g , HU ANG Da f a n , Z HU Y a o h o n g ( 1 St a t e Ke y La bo r a t o r y o f Si l i c a t e M a t e r i a l s f o r Ar c hi t e c t ur e s,W uha n Uni v e r s i t y o f Te c h nol o gy,W uh a n 4 30 07 0,Ch i n a;2Ni ng bo Ra i l Tr a n s i t He a dq ua r t e r s of Co ns t r uc t i o
5、 n,Ni ng bo 31 5 00 0,Ch i n a) Ab s t r a c t :I n f l u e nc e o f c hl o r i d e s o l ut i o n c o nc e nt r a t i o n d i f f e r e n c e o n s c a l i ng o f c on c r e t e by t h e de i c e r s a l t wa s s t u di e d by c ha n gi n g t he i nt e r na l a n d e x t e r n a l c hl o r i de s o
6、 l ut i on c o nc e n t r a t i o n o f c on c r e t e The t e s t r e s u l t s i nd i c a t e t ha t t he c hl o r i d e i o n d i f f u s i o n pr o c e s s ma t c he s t he Fi c k S s e c o nd l a w du r i ng t he p r e s a t u r a t e d pe r i od o f s a mpl e s i n c h l or i d e s o l ut i on
7、 The c hl or i d e i on c o nc e nt r a t i on di s t r i b ut i on o n t h e c on c r e t e s u r f a c e i s o b v i o u s l y a f f e c t e d b y t h e f r e e z i n g a n d t h a wi n g p r o c e s s wh e n c h l o r i d e i o n c o n c e n t r a t i o n i s l o w ( 3 , b y ma s s ) o r i n t e
8、r n a l a n d e x t e r n a l c o n c e n t r a t i o n d i f f e r e n c e e x i s t s Th e i n t e r n a l a n d e x t e r n a 1 c o n c e n t r a t i o n di f f e r e nc e s i g ni f i c a nt l y a f f e c t s t he s a l t f r o s t s c a l i ng o f c on c r e t e W he n t he i nt e r na l c o nc
9、 e nt r a t i o n i s l o we r t ha n t h e e x t e r n a l c on c e nt r a t i o n,t he c o n c r e t e s c a l i n g r e a c he s a ma x i m u m va l u e,wh i c h i s m u c h gr e a t e r t ha n t ha t o f s p e c i me ns t e s t e d wi t h t he c h l o r i d e s o l u t i o n c on c e nt r a t i
10、o n o f 3 ,wh i c h i s g e ne r a l l y r e g a r de d a s t he hi g he s t c o nc e n t r a t i o n f or c o nc r e t e d e t e r i o r a t i o n Ke y wo r ds :c o nc e nt r a t i o n di f f e r e nc e;c o nc r e t e;s a l t f r os t s c a l i ng;c hl o r i d e s o l ut i on 路用混凝土面临着除冰盐和冻融的综合劣化作 用
11、 , 其破 坏形 式 为表面 逐层剥 落 研究 口 表 明 , 混凝 土 盐冻 破坏存 在 一 个 最 大 的破 坏 浓 度 , 一 般认 为在 3 9 5 ( 质量分数) 左右 有些学者_ 4 认 为, 这是 由于氯 化钠既降低了盐溶液 的结冰点, 同时又提高 了盐溶 液 的饱水 度 所 致 杨 全 兵 l 5 通 过 试 验 证 明 了这 一 点 在过去 , 对混凝土路面冻融破坏的研究多采用在 3 氯化钠溶液 中吸水 、 冻融的方法 , 这与混凝土路 面的实际使用状况存在一定差异 对 于单面盐冻破 坏 机理 , 国 内 外 学 者 仍 难 以达 成 共 识_ 7 Ma r c h a n
12、d 等l_ 3 研究 了不 同溶液浓度对混凝 土盐冻剥落 的影 响, 发现混凝土外部溶液浓度对其 盐冻剥落影响更 大 L i t v a n _ l8 研 究发 现 , 混 凝 土 外部 的盐 溶 液可 导 致 其 内部 水分 向表 面迁 移 , 这 些水 结冰 时起 冰塞 作 用 , 收稿 日期 : 2 0 1 2 0 8 3 0 ;修订 日期 : 2 0 1 2 1 1 - 0 6 基金项 目: 国家 自然科学基金资助项 目( 5 1 1 7 2 1 7 3 ) ; 宁波市科技攻关项 目( 2 0 1 0 C 5 0 0 1 8 ) 第 一作者 : 王发洲( 1 9 7 5 一) , 男
13、, 湖北 襄阳人 , 武汉理工大学教授 , 博士生导师, 博士 E ma i l : f z h wa n g wh u t e d u c n 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 1期 王发洲 , 等 : 盐溶液浓度差对混凝 土单 面抗 冻性的影响 1 4 1 响 1 。 。 因此 , 在混凝土冻融前的预吸水过程 中, 可将 氯离子在混凝土 中的扩散 行为分为两部分 , 首先氯 离子受到毛细吸水作用 与水分一起进入混凝 土, 随 后
14、氯 离 子 在 混 凝 土 中 向 更 深 层 自 由扩 散 试 件 在 3 , 6 9 6 Na C 1 溶液中预吸水 7 d后的氯离子分布如 图 8所示 通过对图 8中的曲线进行拟合发现 , 混凝 土 中氯离子的扩散规律符合 F i c k第二定律 , 扩散系 数 D为 2 2 4 1 0 m。 s , 相关系数 R为 0 9 8 2 4 冻 融对 氯离 子分 布 的影响 经过 8 , 1 6次冻融后, 混凝土 中的水溶性氯离子 分 布 如 图 9所 示 由 图 9 ( a ) , ( b ) 可 见 , 在 3 Na C 1 溶 液 中预 吸水 的试件 , 冻 融 1 6次 后表 面氯
15、离子 含量 提高了 1 1 5 倍 ; 在 6 Na C 1 溶液 中预吸水的试件 , 冻融 1 6次后表面氯离子含量 只提高了 0 1 5倍 , 且 其浓度趋于线性分布 由此可见 , 在 3 Na C 1 溶液 中冻融的混凝土 , 0-3 O 1 0 5 1 0 l 5 2 0 2 5 3 0 De p t l g mm ( a ) A b s o r p t i o n i n 3 Na C I s o lu t i o n a n d f r e e z e - t h a w 0 _ 3 0 2 O 1 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 De p t h mm ( c )
16、 A b s o rpt i o n i n 0 Na C1 s o l u t i o n b e f o r e f r e e z e t ha w i n 6 Na C1 s o l u t i o n 0_ 3 02 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 O De p t h ram 图 8 混凝土 预吸水 7 d后 的氯离子分布 F i g 8 Ch l o r i d e i o n d i s t r i b u t i o n i n c o n c r e t e a f t e r 7 d pr e - a bs o r pt i o n pe r i od 其表面
17、 附近 的氯 离子 浓 度差 不 断提 高 , 而 在 6 Na C 1 溶液中冻融的混凝土 , 其表面附近的氯离子浓 度差不断减小 De p t h ra m r b ) Ab s o rpt i o n i n 6 Na C 1 s o l u t i o n a n d fr e e z e - t h a w De p t h n u n ( d ) Ab s o rpt i o n i n 6 Na CI s o l u t i o n b e f o r e 疗e e z e t b a w j n 0 Na Cl s o l u t i o n 图 9 冻融循环对氯离子分布 的影
18、 响 F i g 9 Ef f e c t o f f r e e z i n g a n d t h a wi n g p r o c e s s o n c h l o r i n e i o n d i s t r i b u t i o n i n c o n c r e t e 由图 9 ( c ) 可见 , 在外部 Na C 1 溶液浓度大于 内 部 的情况 下 , 混 凝 土 表 面 附 近 区域 Na C 1 溶 液 浓 度 差随冻融次数的增加呈现迅速上升趋势 在混凝土 内部 Na C 1 溶液浓度大于外部时( 见图 9 ( d ) ) , N a C 1 溶液浓度差随着冻融次
19、数的增加呈现下降趋势 余红发I n 对 比盐冻和常温盐溶液浸泡下 的氯 离子扩散 系数发现 , 低温能够抑制氯 离子的扩散 , Ho n g等 认为 , 在一1 8下氯离子在混凝 土中的 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 4 2 建筑材料学报 第 1 7卷 扩散 行为停 止 结 合本 文 的试 验 数据 , 可推测 冻 融对 混凝 土 中氯离 子分布 的影 响主 要取决 于 冰融化 过 程 中水 的运 动 当混凝 土 内部 的 Na C 1 溶 液 浓 度 低 于 外 部 时 , 由于混凝土预吸水 7 d后的吸水率最大 , 其 内部可 冻水含量最 高( 见 图
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