纤维混凝土氯离子扩散试验研究.pdf

第 5 1 卷第 2期 2 0l 5年 2月 甘 肃 水 利 水 电 技 术 GAN S U WAT E R R ES OU RC E S A ND H YD ROP OW E R T E C HNO L OGY Vo 1 51 No 2 F e b ， 2 01 5 设计 与研究 纤维混凝土氯离子扩散试验研究 倪 恒 阳， 郑建军 ， 陈培 杰 ， 周欣 竹 ( 浙江工业大学 建筑工程 学院， 浙江 杭 li 3 1 0 0 1 4 ) 摘要 ： 以沿海某水闸混凝土耐久性设计 为依托 ， 通过试验研 究了混凝土的氯 离子扩散特性。设计变量 包括水泥品种 、 水灰比和纤维掺量， 采用 N E L法测定养护龄期 2 8 d的混凝土氯离子扩散 系数。 试验研究结果表明： 海工水泥混凝土 的氯离子扩散系数较普通水泥混凝土氯离子扩散 系数小；混凝土氯离子扩散 系数随着水灰比和纤维掺量的增大而 增 大。 关键词： 海工水泥混凝土； 普通水泥混凝土； 纤维； 氯离子扩散 系数 中图分类号 ： T U 5 2 8 0 1 文献标 志码 ： A 文章编号 ： 2 0 9 5 0 1 4 4 ( 2 0 1 5 ) 0 2 0 0 0 9 0 3 1 前言 混凝土结构与材料耐久性研究是当前 土木 、 水 利 和海 洋 工程 领域 的热 点之 一 。造成 混凝 土 结构 破 坏 的原因包括化学腐蚀 、 冻融循环 、 碱集料 反应 、 钢 筋锈蚀 、 海水侵蚀 、 淡水溶蚀 、 碳化等 ， 其中钢筋腐蚀 被认为是首要 因素 ， 而钢筋锈蚀主要是 由于混凝土 结构周围环境 中的氯离子侵蚀 引起 的。因此 ， 如何 通 过 简单 有效 的手 段减 缓 氯离 子对 混凝 土 的侵蚀 尤 为重要 。 国 内外学 者 在混凝 土 氯离 子扩 散方 面做 了 大量 的研究 。 D e l a g r a v e等人采用不同的材料和试验程序 做 了两 个 系列 的试 验 。 发现 骨 料 改 变 了水 泥 石 微 观 结构和传输性能 ， 混凝土氯离子扩散系数 随着骨料 含 量 的增 大而 减 小 。Y a n g和 S u采 用 电化 学 技 术 获得 了混凝土氯离子扩散系数 ， 并通过数学拟合近 似 求得 界 面 氯离 子 扩散 系数 。C a r e通过 非 稳态 扩 散试验研究了骨料对砂浆氯离子扩散系数的影 响， 发现骨料不仅引入界面 ， 而且还改变 了水泥石 的孑 L 结 构 。 周 剑 等人 采用 交 流 电桥 法 、 N E L法 和 自然 扩 散 法对 5种配 合 比水 工混凝 土进 行 氯离 子扩 散对 比 试 验 ， 结 果 表 明 ： 3种 方法 所 获得 的 混凝 土 氯离 子 扩 散 系数与水灰 比、 强度和孑 L 隙率均具有较好 的相关 性 相 对 而 言 N E L法所 得 到 的混 凝 土氯 离 子 扩 散 系数与其他性能参数的相关性更强 4 _ 。欧阳幼玲等 人研究 了腐蚀环境中海工水泥混凝土抗氯离子侵蚀 性 结果表明， 加入掺合料可降低混凝土氯离子扩散 系数 5 l。姚 昌建等人指 出海工水泥混凝土氯离子扩 散 系 数 随深 度 的增 大 而 增 大 ，但 增 大 速 度逐 渐 减 缓 l 6 。金骏等人 的试验结果表明， 水灰 比越大 ， 混凝 土氯离子扩散系数也越大 。 徐文冰等人指出， 较高 的环境 温度 对混 凝土 氯离 子扩 散影 响显 著 ，明显加 快氯离子在混凝土 内部的扩散和钢筋的锈蚀 8 。刘 荣桂等人发现 ，受硫酸盐影响的混凝土氯离子扩散 系数随 时 问的延 长先 减小 后增 大 ，随深 度 的增大 而 增 大 ， 当侵 蚀时 间足 够长后 ， 氯 离子 扩散 系数 随深 度 增 大先 增 大后 减小 l9 。黎鹏 平等 人 测定 了混 凝 土 氯 离 子扩 散 系数 与成熟 度之 间 的关 系 ，指 出它 们之 间 呈幂函数关系n 。罗伯光和覃荷瑛研究了再生混凝 土抗氯离子渗透性能，发现再生混凝土氯离子扩散 系数随着再生粗骨料替代率的增大而增大 1 。 本 文在 前人 工作 的基 础上 ，以沿海 某水 闸混 凝 土耐久性设计为依托 ， 研究 了水灰比、 水泥品种和纤 维掺量对混凝土氯离子扩散系数的影响，为该工程 设计提供参考。 2 试 验 材料 与试 验 方法 2 1 试 验材 料 本 试验 采用 两种 水泥 。一 种为 浙江 j狮 集 团特 种 水泥 有 限公 司生产 的海 工水 泥 ，强度 等级 为 4 2 5 MP a ， 表 观 密度 为 3 1 0 0 k g m ； 另 一 种 为浙 江钱 潮 控 股 集 团股份 有 限公 司生产 的普 通硅 酸盐 水泥 ，强 度 等级也为 4 2 5 MP a ， 表观密度为 3 l 5 0 k g m 。 砂子采 用杭州钱塘江江砂 ， 表观密度 2 6 5 0 k g m ， 最小粒径 为 0 1 5 mm 最大粒为 4 7 5 mm， 各尺寸范 同的砂子 含 量 如表 1所示 。粗 骨料 采 用 杭 州钱 塘 江 卵石 ， 表 收稿 日期 ： 2 0 1 5 0 1 3 0 基金项 目： 国家 自然科学基金( 5 1 3 7 9 1 8 8 ) 作者简介： 倪恒阳( 1 9 8 9 一 ) ， 男， 安徽安庆人， 硕士研究生， 主要从事混凝土材料耐久性研究。E ma i l ： n i h e n g y a n g 1 6 3 t o m 9 2 0 1 5年第 2 期 甘肃水利水电技术 第 5 1 卷 观 密度 2 6 8 0 k g m ， 最小 粒 径 4 7 5 mm， 最 大粒 径 为 4 0 mm， 各尺 寸范 围 的粗 骨料 含量 如表 2所列 。 试 验 时采 用聚羧 酸减 水剂 。 减水 率 2 0 。 纤 维为 甘肃新 开 元特种工程纤维有限公司生产的三元共聚纤维。试 验用 水采 用 自来 水 。 表 1 各粒径 范围的砂子含量 粒径 m m 0 1 5 0 3 0 0 3 0 0 6 0 0 6 0 1 1 8 1 1 8 2 3 6 2 3 6 4 7 5 粒径 mm 4 7 5 9 5 0 9 5 0 2 0 0 0 2 0 0 0 3 0 0 0 3 0 0 0 4 0 0 0 百分比 2 3 7 1 3 1 6 0 混凝土水灰比分别为 0 4 5 、 0 4 7和 0 5 O ， 各试件 的配合 比如表 3所 示 ， 养 护 龄 期均 为 2 8 d 。为 了评 价纤维掺量对混凝土氯离子扩散系数的影 响， 制作 相应 的空 白组 作为 比较 。为 了尽 可 能消 除试验 结果 的离散性， 每种试件同时制作 3个 ， 取其平均值作为 该 组混凝 土氯 离子 扩散 系数 表 3 各种 混凝土试件 的配合 比 2 2试 验方 法 混凝土试件尺寸均为 1 0 0 m mx 1 0 0 mm。试件成 型2 4 h 后拆模，再将它们放在标准养护室中养护 2 8 d 。 为了消除边界效应对氯离子扩散系数的影响 ， 用混 凝土切割机切除圆柱体试件两端各 2 5 m m，制成尺 寸为 1 0 0 mm x 5 0 m m的标准测试件。试件 的上下面 作为暴露面， 侧面用石蜡进行密封 ， 把密封好 的试件 放人真空饱水机 中， 为了确保试样充分饱盐 ， 将饱水 机真空室进行干抽 ，使真空室压 强稳 定在一 0 O 8 0 0 6 MP a之间 ， 并持续 6 h 。充分干抽后 ， 将配置好 的 4 mo l L的 N a C 1 溶 液 吸入 到真 空 室 中 ， 保 证 试 件 全部 被溶 液 浸没 ，真空 室 压 强控 制 在一 0 0 5 MP a以 1 0 下 ，并 持续 2 h 。关 闭抽 气 阀和真 空度 自动控 制 器 ， 并密闭真空室 ， 静停 1 6 h后取出试件进行测试 。取 出试件后 用 毛 巾擦 掉周 边 的盐 水 ，再放 在试 验夹 具 内用 N E L法进行测试 ， 试验装置如图 1 所示 。 里 有机圾埚 一 一 r一 0 I I 、 饱盐试块 电 源 流表 I 图 1 NE L电导率法试 验装置示意图 3试验 结果 与分 析 水灰 比对混凝土氯离子扩散系数的影响如图 2 所示 。从该 图可以看出 ，两种混凝土氯离子扩散系 数均随着水灰 比的增大而增大 ，但海工水泥混凝土 氯 离 子 扩散 系数 增 大 相 对 比较 缓 慢 ， 当水 灰 比从 0 4 5增大到 0 5 0时 ， 海工水泥混凝土和普通水泥混 凝土 的氯 离子 扩散 系数分 别增 大 l 5 8 和 5 8 5 。 这 是因为氯离子主要在混凝土中的凝胶孑 L 和毛细孔中 传输 ， 对于给定的养护龄期 ， 这两种孑 L 的孔隙率均随 着水灰 比的增大而增大 ， 这与文献 7 的结论一致。 从图 2还可以看出， 对于给定的水灰 比， 海工水泥混 凝土氯离子扩散系数小于普通水泥混凝土氯离子扩 散系数 。 当水灰 比为 0 4 5 、 0 4 7和 0 5 0时， 海工水 泥 混凝 土氯 离子 扩散 系数 比普通 水泥 混凝 土氯离 子扩 散系数分别小 1 2 2 、 2 4 6 和 3 5 9 。 这是因为海工 水泥中已经加入了一定的掺合料 ，有助于降低混凝 土 氯离 子扩 散 系数 j 。纤维 掺量 对 混凝 土 氯离 子 扩 散系数的影响如图 3所示 。 从该 图可以看 出， 两种混 凝 土 氯 离 子 扩 散 系 数 均 随着 纤 维 掺 量 的增 大 而 增 大 当纤 维掺 量 从 零增 加 到 4 k g m 时 ， 海 工 水 泥 混 凝 土 和普通水 泥混 凝土 的氯 离子 扩散 系数分 别增 大 1 1 3 和 1 4 6 导致这一意外结果 的原因可能有两 个方面：一是加入纤维引人纤维与水泥石基体之间 的界面 ， 二是部分软纤维在混凝土 中结团， 使得水泥 浆 不容 易进 入到结 团纤 维 中间而形 成大 孑 L 。众所 周 知 混凝土的抗拉强度远低于抗压强度 ， 而且实际工 程中的混凝土结构承受各种复杂荷载作用 ，易导致 受拉 区混凝土开裂， 混凝土一旦开裂 ， 混凝土氯离子 扩散 系数急剧增大 ，周围环境的氯离子更容易侵人 第 2期 倪恒 阳。 等 ： 纤维混凝 土氯 离子扩散试验研究 第 5 1 卷 到 混 凝 土 中 ， 加 速 受拉 区钢 筋 锈蚀 。如 果 在 混凝 土 中加人一定量的纤维 不仅可以提高混凝土抗拉强 度 ， 延 缓 混凝 土 开 裂 而且 会 大 大 减小 裂 缝 宽 度 提 高混 凝 土 氯 离子 扩 散 系数 。 减缓 外 界 氯 离 子 的侵 入 速度 。因此 ， 对于承受轴向拉力或弯矩的混凝土构 件 。 纤 维 掺量 对 混凝 土 氯 离 子扩 散 的影 响是 个 非 常 感兴趣的课题 ， 也是我们下一步的工作重点 。 暑 2 箍 褪 044 图 2 25 g 2 0 0 箍 1 0 趣0 5 0 0 046 0 4 8 0 5 0 0 5 2 水灰 比 水灰 比对氯 离子 扩散 系数 的影响 U l 2 3 4 5 纤维掺量 ( k g V m) 图 3纤维掺量对氯离子扩散 系数影 响 4结 论 通过 研究 ， 得 到 以下 主要结 论 ： ( 1 ) 混 凝 土氯 离 子扩 散 系数 随着 水 灰 比的增 大 诊驴 ， 驴 而增 大 。 ( 2 ) 混凝土氯离子扩散系数也随着纤维掺量的 增 大 而增 大 。 ( 3 ) 无 论在 混 凝 土 中掺 加纤 维 或 不 掺 加 纤 维 ， 海工水泥混凝土抗氯离子侵入能力均优于普通水泥 混 凝 土 参 考 文献 ： l 1 J D E L A G R A V E A， B I G A S J P ， O L L I V I E R J P ， e t a 1 I n fl u e n c e o f t he i nt e r f a e i a l z o ne o ff t he c hl o r i de di f f u s i v i t y o f mo r t a r s l J j A d v a n c e d C e me n t B a s e d M a t e r i a l s ， 1 9 9 7 ， 5 ( 3 ) ： 8 6 9 2 1 2 J Y A N G C C， S U J KA p p r o x i m a t e m i g r a t i o n c o e f fi c i e n t o f i n t e r f a c i a l t r a n s i t i o n z o n e a nd t he e f f e c t o f t h e a g g r e g a t e c o n t e n t o n t h e mi g r a t i o n c o e f fi c i e n t o f m o r t a r l J J 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 ， 2 0 0 2 ， 3 2 ( 1 0 ) ： 1 5 5 9 1 5 6 5 1 3 J C A R E S I n fl u e n c e o f a g g r e g a t e o n c h l o r i d e d i f f u s i o n c o e f f i - c i e n t i n t o m o r t a r l J j 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 ， 2 0 0 3 ， 3 3 ( 7 ) ： 1 0 2 1 1 0 2 8 4 周剑， 张俊芝， 周建民 混凝土氯离子扩散系数测试方法 的 对 比试 验 研 究 J J 工 业 建 筑 ， 2 0 1 0 ， 4 7 ( 2 ) ： 1 0 9 11 1， 11 9 5 欧阳幼玲， 陈迅捷， 张燕驰 腐蚀环境中海工混凝土抗氯 离子侵蚀性 J 水利水运工程学报， 2 0 0 3 ， 2 5 ( 1 ) ： 3 9 4 3 6 姚昌建， 金伟良， 王海龙， 等 海工混凝土氯离子扩散系数 随深度的变化规律 J _ 水利水运工程学报 ， 2 0 0 8 ， 3 0 ( 4 ) ： 1 4-1 8 7 金骏， 吴国坚， 翁杰， 等 水灰比对混凝土氯离子扩散系数 和碳化速率影响的试验研究 J1 硅酸盐通报， 2 0 1 1 ， 3 0 ( 4) ： 9 4 3 9 4 9 8 徐文冰， 孙策， 李进辉， 等 温度对海工混凝土抗氯离子侵 蚀性能的影响及寿命预测 J 公路， 2 0 1 4 ， 5 9 ( 1 0 ) ： 5 0 5 4 9 刘荣桂， 李欢， 陈妤 ， 等 海工混凝土受硫酸盐影响的氯离 子扩散规律研究 J 混凝土， 2 0 1 2 ， 3 4 ( 2 ) ： 1 8 2 0 ， 2 4 1 0 黎鹏平， 范志宏， 熊建波， 等 港珠澳大桥沉管混凝土成 熟度 与氯离子扩散系数相关性研究 J j 混凝土 ， 2 0 1 4 ， 3 6 ( 1 O ) ： 3 1 3 3 ， 3 7 1 1 罗伯 光 ， 覃荷瑛 利用 N E L法研究再生混凝土抗氯 离子 渗透性能 J _ 混凝 土 ， 2 0 1 4 ， 3 6 ( 9 ) ： 4 1 4 4 驴、 驴 2 0 1 5年全省水利局长会 议在 兰召开 2月 1 2 1 3 13， 2 0 1 5年全省水利局长会议在兰卅l 召开。会议认真贯彻落实全省经济工作会议、 农村工作会议和全国水利厅 局长会议精神， 魏宝君厅长作了题为 认清新形势把握新机遇努力推动全省水利工作再上新台阶 的讲话 ， 总结 2 0 1 4年水 利工作， 分析水利改革发展面临的新形势、 新机遇， 安排部署 2 0 1 5年工作。 杨成有副厅长主持会议并作总结讲话， 厅领导栾维功 、 何春三、 王金城分别就仓 0 新投融资机制鼓励和引导社会资本参与重 大水利工程建设运营， 水利财政专项资金使用管理 ， 中小型水利工程建设管理防范廉政风险和水利审计免疫系统向市县延伸 等内容作解读和说明， 厅领导李均、 陈德兴出席会议。 ( 来源： 甘 肃省水利 网站2 0 1 5 0 2 1 3 )