混凝土中氯离子侵蚀与碳化的相互影响.pdf
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1、第 1 4卷第 3 期 2 0 1 1年 6月 建筑材料学报 J OURNAL OF BUI L DI NG MATERI AL S Vo I _ l 4, NO 3 J u n , 2 0 l 1 文 章 编 号 : 1 0 0 7 9 6 2 9 ( 2 0 1 1 ) 0 3 0 3 7 6 0 5 混凝 土 中氯离子侵蚀 与碳化 的相互影 响 许晨 , 王传坤 , 金伟 良 ( 浙江 大学 结构 工程 研究所 , 浙 江 杭 州 3 1 0 0 5 8 ) 摘 要 : 设计 了两组对 比试验 , 结合 扫描 电镜 分析 方 法 , 分 别研 究 了碳 化 与氯 离子侵 蚀 的 相 互影
2、 响 结果表明: 碳化使氯 离子扩散 系数略有降低 , 在碳化区前沿形成 了氯离子局部浓度峰值, 而氯离子 侵 蚀 细化 了混凝 土 的孔 隙结构 , 使 混凝 土抗碳 化 能 力显 著增 强 进 一 步 分析 发 现 , 碳 化 对 氯 离子 侵 蚀 的影响存在着正负效应 阻碍方面, 碳化产物填充 了混凝土孔 隙, 阻止氯 离子渗透 ; 促进方面, 碳 化会释 放 结合 氯 离子 导致 氯 离子 浓度 的局部 峰值 , 加 速 氯 离子渗 透 因此 , 必 须结 合 两 方 面的作 用 综合分析碳化对于氯离子渗透的影响 氯离子侵蚀会 改变混凝 土的孔 隙结构, 这可能是 由于氯盐 的结晶体填
3、充了孔隙, 也可能是 由氯 离子化学结合生成的 F r i e d e S 在孔 隙中的沉积作用, 以及氯离 子在 C S H 凝 胶表 面形 成的化 学吸 附层 造成 的 关键 词 :碳化 ;氯 离子 侵蚀 ; 扩散 系数 ; 碳 化 深度 ;碳化 区 中 图分类 号 : TU5 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 1 0 3 0 1 7 I n t e r a c t i o n Ef f e c t o f Chl o r i d e At t a c k a nd Ca r b O
4、 ni z a t i 0 n i n Co n c r e t e XU C h e n。 WANG Ch u a n k u n, J I N We i l i a n g ( I n s t i t u t e o f S t r u c t u r a l En g i n e e r i n g,Z h e j i a n g Un i v e r s i t y,Ha n g z h o u 3 1 0 0 5 8 ,C h i n a ) Ab s t r a c t :Two c o mpa r a t i v e t e s t s ha ve b e e n d e s i
5、 g ne d t o a na l y z e c o mbi n e d e f f e c t o f c hl o r i de a t t a c k a n d c a r bo ni z a t i o n i n c o nc r e t e Th e r e s u l t s s ho w t ha t c hl o r i de d i f f us i o n c oe f f i c i e nt i s r e d uc e d a l i t t l e by c a r b on i z a t i o n,a nd l o c a l c o nc e n t
6、 r a t i on p e a k a t t he f r on t of c a r b on i z a t i o n z o ne i s f o r me dFi ne p o r e s t r u c t u r e o f c o n c r e t e i s f o r me d by c hl o r i d e a t t a c k,t hu s t he a bi l i t y o f a nt i c a r bo n a t i o n of t he c o n c r e t e i s s i g ni f i c a n t l y i m pr
7、 o ve dFu r t he r a na l y s i s s ho ws t ha t t he r e a r e p o s i t i v e a n d n e g a t i v e e f f e c t s o f c a r b on a t i on on c h l o r i de p e n e t r a t i o n c a us e d As n e ga t i v e e f f e c t ,c a r b on i z e d pr o du c t f i l l s t he p o r e i n c o n c r e t e,whi
8、c h p r e v e n t s c hl o r i de pe n e t r a t i o n H o we v e r,t he c o mbi n e d c hl o r i d e i o n c a n b e r e l e a s e d b y c a r b on a t i on t o f or m a l o c a l c o nc e nt r a t i on p e a k,wh i c h a c c e l e r a t e s c h l or i d e pe ne t r a t i o nSEM a n a l y s i s s h
9、 ows t ha t t h e po r e s t r u c t ur e o f c o nc r e t e i s c ha ng e d b y c hl o r i de a t t a c k Thi s ma y b e c a us e d by c h l o r i d e s a l t c r y s t a l s f i l l i ng t he p or e s of c on c r e t e at dr y i ng t i me a nd Fr i e d e S d e p os i t i on i n p o r e s a nd f o
10、r m a t i o n o f c he mi c a l a ds o r pt i o n l a y e r by c hl o r i de i o n on t he s u r f a c e o f C H S g e 1 Ke y wo r d s:c a r bo ni z a t i o n;c hl o r i d e a t t a c k;di f f us i on c o e f f i c i e nt ;c a r bo na t i o n de pt h;c a r b o ni z e d z on e 在一般大气环境 中, 混凝土 中钢筋腐蚀 主要
11、是 由于混凝土碳化至钢筋表面致使钢筋表面钝化膜赖 以存在的碱性环境中性化所致 在海洋环境 的浪溅 区和大气区、 西部盐湖地区和盐渍土地区, 混凝土 中 的钢筋腐蚀基本 由氯离子侵蚀造成, 但混凝 土在遭 受氯离子侵蚀的同时还遭受碳化作用 引 目前, 针 对混凝土在单一氯离子侵蚀或碳化作用下的耐久性 研究 已取得丰硕成果 , 但对 于混凝土在氯离子侵蚀 收稿 日期 : 2 0 1 0 0 2 0 7 ;修订 日期 : 2 0 1 0 0 4 1 4 基金项 目: 国家 自然科 学基金重大 国际合作与交流项 目( 5 0 9 2 0 1 0 5 8 0 6 ) ; 国家 自然科学基金资助项 目(
12、5 0 8 1 1 1 4 0 0 8 8 ) 第一作者 : 许晨( 1 9 8 4 一 ) , 男 , 浙江杭州人 , 浙江大 学博士生 E ma i l : a l a n 2 0 6 1 2 1 1 4 z j u e d u c n 通信作者 : 金伟 良( 1 9 6 1 一 ) , 男 , 浙江杭州人 , 浙江大学教授 , 博士 E ma i l : j i n wl z j u e d u c n 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 期 许晨 , 等 : 混凝土 中氯 离子侵蚀与碳化 的相互影 响 3 7 7 和碳化复合侵蚀机理作用下 的耐久性
13、研究 还有许 多 亟待 解 决 的问 题 , 因此 , 开 展 关 于 混 凝 土 氯 离 子 侵蚀 与碳化耦合效应 的研究非常必要 目前 , 研究较多的是碳化对氯离子侵蚀的影响 刘志勇等 3 通过对掺入一定量氯盐 的砂浆或混凝 土进 行快 速碳 化试 验后 发现 , 碳 化促 进 了 F r i e d e l 盐 分解 赵铁军等r 5 研究表明, 碳化反应破坏混凝土基 体 原有 的过滤 机 制 , 并 促 进 F r i e d e l 盐 分 解 , 使 氯 离 子 含量 增 多 孙 伟 等 将 混 凝 土 碳 化 后 浸 泡 到 腐 蚀 溶 液 中 , 发 现与未 经碳 化 的混 凝土
14、试 件 相 比 , 该 混 凝 土 中 的氯离 子含 量 与混凝 土表 观氯 离 子扩散 系 数 有 所增加 , 且 降低 了混 凝 土 对 氯离 子 的结 合 能力 Ru k z o n等 7 研究发现 , 经碳化后 的普通混凝土对氯 离子 的抵 抗 能力 稍有 提 高 P u a t a t s a n a n o n等_ 8 通 过 数值分析研究认为, 碳化生成了碳酸钙 , 使混凝土孔 隙减少 , 会 阻碍氯离子在混凝土中的扩散 因此 , 可 以明确 的是碳 化 确 实 能 促 进 F r i e d e l 盐 分 解 释放 出 一 部分的结合氯离子 , 但是否能加速氯离子 在混凝 土
15、 中的扩 散还 有待 进一 步研 究 此外 , 关 于氯 离 子侵 蚀对 混凝 土碳 化 的 影 响 , 国 内外 几 乎 没有 相 关 的研 究报道 然而 , 实际存在氯盐侵蚀与混凝土碳化共 同 作 用 的环 境 中 , 氯 盐 的侵 蚀 速 度 远 远 大 于混 凝 土 碳 化 速率 , 因此 , 有 必要 开展 相 关 的氯离 子侵 蚀 对混 凝 土 碳化 影 响 的试 验研 究 本 文设 计 了两 组 对 比试 验 , 研 究 了碳 化 与 氯 离 子侵蚀 的相互影 响, 从而综合 分析混凝土 中氯离子 侵蚀与碳化之间的耦合作用 1 试验设计 1 1试 验 方案 本文 设计 了两组对
16、比试验 , 其 中 : 试 验一 用 来研 究碳化对混凝土 中氯离子侵蚀的影 响, 即先对试块 进行碳化 , 然后将试块置于氯盐溶液 中浸泡 , 并与未 碳化试件进行 比较 ; 试验二用来研究氯离子侵蚀对 混 凝 土碳化 的影 响 , 即先 对试 块进 行 氯盐 浸 泡 , 然 后 将 试块 置 于碳 化 箱 进行 碳 化 试 验 , 并 与未 进 行 氯 盐 浸 泡 的试件 进 行 对 比 试 验 所 用水 泥为 浙 江 杭 州 钱 潮 水 泥厂生 产 的 P O4 2 5 水 泥 ; 砂 子 为天 然 河 砂 , 属 于 中砂 ; 石 子为 产 自獐 山的 5 1 6 mm连续 级 配 的
17、碎 石 ; 水为 自来水 混凝土试验配合比见表 1 表 1 混凝土试验配合比 T a b l e 1 Mi x p r o p o r t i o n o f c o n c r e t e k g m。 1 2 试 验步 骤 1 2 1 碳 化对 氯 离子侵 蚀 的影 响 试 验 一 的 步 骤 为 : ( 1 ) 浇 注 尺 寸 为 1 0 0 mm 1 0 0 mm1 0 0 mm 的混 凝 土 试 块 , 标 准 养 护 2 8 d ( 2 ) 为实现一维方向的氯离子侵蚀 , 将试块的一个侧 面作为暴露面 , 其余各面均用海工混凝土专用漆密 封 ( 3 ) 试块分为 C C 1 , A
18、C I 两组 , C C 1 表示试块先碳 化 后氯 盐浸 泡 , AC 1 表 示试 块直 接进 行氯 盐 浸 泡 将 C C 1 组试块置于 C O 体 积分数为 2 O 的碳化箱 中 碳 化 2 8 d , 温 、 湿 度 分 别 为 2 O , 5 O , AC l 组 试 块 则 置于 相 同温湿 度环 境 中 自然 放置 2 8 d ( 4 ) 碳 化结 束后, 取 出 C C 1 组 试块进行碳 化深度检测 在室温 下 , 将两 组试 块一 同 自然 浸 泡 于质 量 分 数为 1 5 的 Na C 1 溶液中, 溶液每周更新一次 ( 5 ) 浸泡开始后于 第 6 0 d取 出试
19、块进行检测 首先用砂纸将试块暴露 面表面的结晶盐除去 , 然后用剖面磨削机在暴露面 磨 粉 取 样 , 取 样 深 度 定 为 0 2 , 2 4 , 4 6 , 6 8 , 8 1 O,1 01 5,1 5 2 0,2 02 5,2 5 3 5,3 5 4 5 mm ( 6 ) 将 混凝 土 粉 样 置 于 ( 1 0 5 5 ) 烘 箱 中 烘 2 h后取出冷却至室温, 然后进行氯离子浓度测 试 , 绘 制 氯离子 浓度 随碳 化 深度 的变化 曲线 1 2 2 氯离子侵蚀对碳化的影响 试验二步骤为 : ( 1 ) 浇注尺寸为 1 0 0 m mX 1 0 0 m mX 3 0 0 mm
20、的混凝 土试 块 , 标 准 养 护 2 8 d ( 2 ) 为 实 现 一 维方 向的氯离子侵蚀 , 将试块 的一个侧面作为暴 露面, 其余各面均用海工混凝土专用漆密封 ( 3 ) 试 块 分为 C 1 C, WC两 组 , C 1 C表 示试 块 先 氯 盐 浸 泡后 碳化, WC表示试块先水 中浸泡后碳化 在室温下 , 将 C 1 C组试块浸泡于质量分数为 1 5 的 Na C 1 溶液 中 6 0 d , 将 WC组试 块浸 泡 于水 中 6 0 d , 溶液 每周 更 新一次 ( 4 ) 浸泡结束后 , 取 出 C 1 C组试块进行氯离 子浓度检测 , 磨粉取样深度 间隔为 5 mm
21、 将两组试 块一同置于 C O 体积分数为 2 0 的碳化箱中碳化, 温 、 湿 度分 别 为 3 O , 7 0 ( 5 ) 碳 化 至 3 , 7 , 1 4 , 2 8 d 时 , 取 出试 件 , 破 型 以测 定 其 碳 化深 度 碳 化 深 度 测 定 方 法参 照 GB J 8 2 8 5 普 通 混凝 土 长期 性 能 和 耐 久性能试验方法 碳化结束后 , 对破型剩余的试块 进行混凝土 p H值分布测试 1 3测试 方法 1 3 1 氯离子测试方法 本文使用 R C T( 快速氯离子浓度测试仪 , 丹麦 Ge r ma n n I n s t r u me n t s A S
22、公 司产品) 对 已取 得 的 混凝土粉样进行氯离子浓度测试 R C T检测方便快 捷 , 可用于硬 化混凝土及新 拌混凝 土的检测 RC T 与标准实验室氯化物浓度测试有很好的相关性 , 其 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 建筑材料学报 第 1 4卷 精度可与离子色谱法相提并论 R C T所测氯离子浓 度均以氯离子 占混凝土质量的百分 比来表示 , 故本 文氯 离子浓 度 均为质 量分数 ( 以混凝 土质量 计) 1 3 2 混 凝土 p H 值 分布 的测试 方法 将各种试件碳化 2 8 d所得 的剩余切块 , 由表及 里沿 碳化 深度 方 向用 剖 面 磨
23、 削机 磨 粉 取 样 , 取粉 范 围为混凝 土表 面至试 件 中心 , 完 全碳 化 区每隔 2 mm 取一 粉样 , 部分 碳 化 区 和 未碳 化 区每 隔 1 mm 取 一 粉样 将 混凝土 粉样 置 于 ( 1 0 5 5 ) 烘 箱 中烘 2 h 后取 出 , 冷 却至 室温 , 然后 称取 1 5 g溶 入 1 5 g蒸馏 水中, 用橡皮塞塞紧以防碳化 , 振荡摇匀 , 2 4 h后使 用 p H 计 测定 溶液 p H 值 2 试验 结果与分析 2 1 碳 化对 氯 离子侵蚀 的影 响 由试验 一测得 氯盐 浸泡 前 C C l 组 混凝 土 C C 1 1 , C C 1
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- 混凝土 氯离子 侵蚀 碳化 相互 影响
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