钢纤维掺量对混凝土氯离子渗透性能的影响研究.pdf
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1、2 0 1 5年第 1 1 期 1 1月 ? 昆 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA CONCRETE AND CEMENT PR0DUCTS 201 5 No 1 1 No v e mbe r 钢纤维掺量对混凝土氯离子渗透性能的影响研究 白 敏 一 , 牛荻涛 , 姜桂秀 。 , 武 雄 。 ( 1 长安大学材料科学与工程学院 , 西安 7 1 0 0 6 1 ; 2 西安建筑科技大学土木工程学院, 7 1 0 0 5 5 ; 3 中交第一公路勘察设计研究 院有限公 司, 西安 7 1 0 0 6 5 ) 摘 要 : 采 用 自然 浸 泡 法 模 拟 海 洋环 境 开展 钢 纤 维 混
2、 凝 土 氯 离子 侵 蚀 试 验 , 研 究 了钢 纤 维掺 量 对 混凝 土 自 由氯 离子含量、 氯 离子扩散 系数的影响 , 得到混凝土 中 自由氯 离子含量与氯 离子扩散 系数都随着钢纤维掺量的增加有先 减 J 、 后 增大的变化趋 势: 分析钢纤维混凝土氯 离子扩散 系数 的时间依赖性 , 认为铜纤维混凝土氯 离子扩散 系数是 随 着时间的推 移而逐渐衰减 的; 回归计算得 出氯 离子扩散 系数 的时间衰减 系数 , 并给 出钢纤维混凝 土氯离子扩散 系数 的 时间衰减 系数 的建议值 ; 最终建立 了钢纤维混凝土氯 离子扩散 系数 随钢 纤维掺量 变化的 时间衰减模型。 关键词
3、: 钢 纤维 ; 混凝 土; 氯 离子含量 ; 氯 离子扩散 系数 ; 时间依赖性 Ab s t r a c t :T h e e x p e ri me n t s o f c h l o rid e i o n c o o s i o n f o r s t e e l f i b e r c o n c r e t e i s c a r r i e d O u t b y s i mu l a t i n g ma r i n e e n v i r o n me n t w h i c h i s c o n d u c t e d b y u s i n g n a t u r a
4、 l i mme r s i o n me t h o d T h e i n fl u e n c e o f s t e e l fi b e r c o n t e n t o n c h l o rid e i o n c o n t e n t o f c o n c r e t e c h l o rid e i o n d i f f u s i o n c o e f f i c i e n t i s s t u d i e d t h e c h l o ri d e i o n c o n t e n t o f c o n c r e t e a n d c h l o
5、 ri d e i o n d i f lf u s i o n c o e m c i e n t d e c r e a s e fi r s t l y t h e n i n c r e a s e w i t h t h e i n c r e a s i n g o f s t e e l fi b e r c o n t e n t ; a n d t h e t i me d e p e n d e n t o f c h l o ri d e i o n d i m l s i o n c o e f f i c i e n t for s t e e l fi b e r
6、c o c n r e t e wh i c h d e c a y s g r a u d a l l y t h r o u g h t i me i s a n a l y z e d Th e t i me a t t e n u a t i o n c o e m c i e n t of c h l o ri d e i o n d i flu s i o n c o e f f i c i e n t i s c a l c u l a t e d t h r o u g h r e g r e s s i o n a n a l y s i s T h e t i me a t
7、 t e n u a t i o n c o e 伍c i e n t o f c h l o ri d e i o n d i ff u s i o n c o e f f i c i e n t o f s t e e l fi b e r c o n c r e t e i s p r o p o s e d A t l a s t , t h e t i me a t t e n u a t i o n mo d e l o f c h l o rid e i o n d i ffu s i o n c o e f fic i e n t for s t e e l fi b e r
8、c o n c r e t e w i t h s t e e l fib e r c o n t e n t v a r y i n g i s b u i l t Ke Y wo r d s : S t e e l fi b e r ; Co n c r e t e ; C h l o rid e i o n c o n t e n t ; C h l o rid e i o n d i f f u s i o n c o e f f i c i e n t ; T i me d e p e n d e n t 中图分 类号 : T U5 2 8 5 7 2 文献标识 码 : A 文章编号
9、 : 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 5 ) 1 1 4 9 0 4 0前 言 近 2 O年 来 ,钢 纤 维 混 凝 土 在 实 际工 程 中 的应 用越来越广泛 ,而细微的钢纤维掺人到混凝土 中, 是否会 因锈蚀而失效 、降低混凝土基体 的承载力 , 是否会影响到混凝土 的正常使用和寿命 , 都是人们 极其关注 的问题 。 目前 , 钢纤维混凝土在 国内外 的 道路工程 、 建筑工程 和水 工工程 中已大量应用 1 - 3 , 且 有 关 钢 纤 维混 凝 土 力 学 性 能 方 面 的研 究 成 果 也 已比较成熟 , 但关 于钢纤维混凝土耐久性基础理 论方面的研究并不多
10、见 。 尤其对于沿海地 区的钢纤 维混凝土结构工程 。我国海域辽阔 , 海岸线长 , 很多 大规模 的基础建设工程都集 中于沿海地区 , 而沿海 地区的混凝土结构 由于长期受到氯离子侵蚀 , 造成 混凝 土 中钢 筋 的钝 化 膜 破 坏 , 钢 筋锈 蚀 现 象 非 常严 重 , 使 得混凝土结构承载力 下降 , 对整个结 构的安 全性造成威胁。因此 , 从工程安全 的角度讲 , 开展混 基金项 目: 中央 高校 基本科 研 资助项 目( 3 1 0 8 3 1 1 5 1 0 8 7 ) ; 国 家 自然科学基 金项 目( 5 1 2 7 8 4 0 3 ) ; 陕西省 自然科学基 金项
11、目 ( 2 0 1 4 J M 7 2 7 2 ) ; 中 央 高 校 基 本 科 研 资 助 项 目 ( 3 1 0 8 3 1 1 5 1 0 8 4) 。 凝 土抗氯离子渗 透性 能的研究具有非常重要 的意 义。本文拟对 目前实际工程中应用广泛的钢纤维混 凝土抗氯离子渗透性能进行研究 , 通过测试混凝土 中自由氯离子含量 、 分析混凝土氯离子扩散系数随 钢纤 维 掺量 的变化 规 律 , 建 立钢 纤 维 混凝 土 氯 离子 扩散系数随钢纤维掺量变化的衰减模型 。 1 试 验 1 1 原 材料 水泥 : P 0 3 2 5 R水泥 , 安定性合格 , 其物理力 学 性 能见表 1 ; 细
12、 骨料 : 中砂 , 细度 模数 2 6 9 , 表 观 密 度 2 6 3 g c m , 堆积密度 1 4 8 g c m ; 粗骨料 : 石灰岩质 锤 破碎 石 , 表 观密 度 2 8 2 g c m。 , 堆 积 密度 1 4 3 g c m , 压碎指标 6 , 颗粒级配 5 1 6 m m; 钢纤维 : 建筑用波 浪 形钢纤 维 , 长 3 0 mm, 长 径 比 6 0 , 截 面形 状 为矩 形 , 其物理性能见表 2 : 减水剂 : 萘系高效减水剂 , 黄褐 色 、 粉末状 , 减水率 2 0 以上 。 1 2 配合 比和试 验 方法 1 2 1 配合比 试验设计 了水胶
13、比相同, 钢纤维掺量不 同的五 种混凝土, 配合 比见表 3 。 49 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 5年第 1 1 期 混 凝土 与水 泥制 品 总第 2 3 5期 表 1 水 泥的物理力学性能 水泥 细骨料 粗骨料 水 钢纤维 减水剂 骊 :g m3 ) ( k g m 3 ) ) ( k g m 3 ) m 3 ( k g m ( k g m ( k g m ( k g m ( k g m) ) ) ) ) ) 注 : 编号 P C表示 普通混凝土 , S F C表示 钢纤维混凝土 “ 一 ” 后面 的数字 表 不 钢 纤 维 掺 量 。 1
14、 2 2试 验 方法 采 用 自然 浸 泡 法 模 拟 海 洋 环 境 进 行 钢 纤 维 混 凝 土 氯离 子侵 蚀 试 验 试 验 用测 试 自由氯离 子 含 量 试件为 1 0 0 m mx 1 0 0 mm x 1 0 0 m m的立方体 。 具体试验 步骤为 : 混凝土试件养护 2 8 d后 , 从试件 的 四个 侧 酬 忸 褪 搋 ( a ) P C 蓬 钿 褪 撅 冰 蜘 抽 褪 面选取一个光整面作为浸透面 其余面 用石蜡密封 : 将混凝土试件放人 3 5 氯 化 钠 溶 液 中浸 泡 3 0 d 、 6 0 d 、 9 0 d 、 1 2 0 d和 1 8 0 d ; 达 到浸
15、 泡 龄 期 后 , 取 出试 件 , 按 照 J T J 2 7 0 9 8 水 运 工 程 混 凝 土试 验 规 程 测试其 自由氯离子含量。 2试验 结果 2 1 自由氯 离子 含量 氯离子侵蚀后五种钢纤维不 同掺量 混凝 土 中 自由氯离 子含 量 随试件 深 度 变 化 的测试 结果 如 图 1 所示 由图 1 可 知 ,混 凝 土 中 自由氯 离 子 含 量 随浸 泡时 间 的增 加 而增 大 随试件 深度 的增加 而 减小 ,在 混凝 土试 件 的 深 度达到 1 4 mm后 自由氯离子含量逐渐趋 于稳定 。 对 比图 1中 ( b ) 、 ( e ) 、 ( d ) 、 ( e
16、 ) 与 ( a ) 中 自由氯 离 子含量 的差别 可 以看 出 , 由于钢纤维的存在 , 氯离子在混凝土中的渗透速率 有所降低 。例如, S F C 一 1 5试件在 l O mm深度处 的自 由氯离 子 含量 平 均 为 2 m m 深度 处 的 4 5 , 而 P C试 件 在 l O m m 深 度 处 的 自由氯 离 子 含 量 平 均 为 2 m m 深度处 的 5 O 。可见 , 掺入适量 的钢纤维对氯离子 在混凝土中的渗透性有抑制作用 。 扣 褪 撅 皿 删 扣 褪 ( d) S F C 一 1 5 图 1 氯离子含量测试结果 2 2 氯离子扩散系数 作为计算氯离子在混凝 土
17、中扩散过程 的经典 理论 , 菲克第二定律的扩散方程表示为6 1 : 一 5 0一 等 当初 始 条件 为 t = O, 0时 , C = C 。 ;边 界 条 件 为 :g:f ; 牾们 勰 =2阳 :3 :; ; 为 如侣 ; 2阳皓 弱 : 8 竹 加 弱 !宇 侣 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 白 敏 , 牛荻涛 , 姜桂秀 , 等钢纤维掺量对混凝土氯离子渗透性能的影响研究 x = 0 , t 0时 , C = C s , 菲克第二定律的解析解为 : r I 1 , = C o ( c s C 。 ) l 1 - e J J ( 2 ) 基于菲克第二定
18、律 , 根据试验测得的钢纤维混 凝土 中自由氯离子含量 , 使用 Ma t l a b软件求解得 出 氯离子扩散系数。图 2为钢纤维混凝土氯离子扩散 系数 变化 趋 势 图 , 其 中 图 2 ( a ) 为 氯 离子 扩 散 系数 随 钢纤维掺量变化的趋势 图, 图 2 ( b ) 为氯离子扩散系 数随时间变化 的趋势图。 由图 2 ( a ) 可见 , 钢纤维掺量从 0增加到 1 5 , 氯离子扩散系数呈逐渐减小 的趋势 ,浸 泡 3 0 d时 , 氯离子扩散 系数减幅最大 : 与其它几个 钢纤维掺量 下 混凝 土 氯离 子 扩散 系 数相 比 钢 纤维 掺 量为 1 5 时 的氯 离 子
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- 纤维 混凝土 氯离子 渗透 性能 影响 研究
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