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混凝土导电量与气体渗透系数的相关性.pdf
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1、第 1 3 卷第 1 期 2 0 1 0年 2月 建筑材料学报 J OURNAL 0F BUI L DI NG MATE RI ALS Vo i 13,No 1 Fe b, 20 1 0 文 章 编 号 : 1 O O 7 9 6 2 9 ( 2 O 1 O ) O 1 0 0 8 0 0 5 混凝 土导 电量 与气体渗 透 系数 的相关性 王 中平 , 王振 ( 同济大学 先进土木工程材料教育部重点试验室, 上海 2 0 0 0 9 2 ) 摘 要 : 探讨 了普 通混凝 土导 电量和 气体渗 透 系数 这 2种 耐久 性 指标 间的相 关性 , 并就 电极溶 液 中 氯 离子 迁移量 和混
2、凝 土导 电量 的关 系以及 干燥过程 引发 的微 裂纹 对混 凝土 导 电量 的影响 进行 了讨 论 研 究结果表 明 : 混凝土 导 电量 与 气体 渗透 系数 、 阴极 溶 液氯 离子 减 少量之 间存在 显 著 的 线性 相 关 ; AS TM C 1 2 O 2试验 中氯 离子 对混凝 土导 电量 的贡 献仅 占总导 电量 的 1 3 , 因此 以混凝 土 导 电量直接 衡量 其 氯 离子渗 透性 可能有 些 牵强 , 可以 考虑将 阴极 溶 液氯 离子减 少量作 为评 价 混 凝 土渗 透性 能的一 个指标 ; 干 燥 引发 的微 裂纹会 导致混 凝 土导 电量 明显提 高 关键
3、词 :导 电量 ;气体渗 透 系数 ;相关性 ;氯 离子 迁移 量 ; 微 裂 纹 中图分类号 : T U5 2 8 0 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 0 1 0 0 1 0 1 7 S t u d y o n Co r r e l a t i o n b e t we e n Cha r g e Pa s s e d a n d Ga s Pe r m e a b i l i t y Co e f f i c i e n t o f Co nc r e t e W ANG Zh o ng pi n g ,
4、 W AN G Zhe n ( Ke y La b o r a t o r y o f Ad v a n c e d C i v i l En g i n e e r i n g Ma t e r i a l s o f Mi n i s t r y o f E d u c a t i o n,To n g j i Un i v e r s i t y, S h a n g h a i 2 0 0 0 9 2,Ch i n a ) Ab s t r a c t :Th e c o r r e l a t i o n b e t we e n t wo d u r a b i l i t y i
5、 n d e x e s , c h a r g e p a s s e d a n d g a s p e r me a b i l i t y c o e f f i c i e n t o f or d i n a r y c o n c r e t e,wa s i n v e s t i g a t e d,t h e r e l a t i on b e t we e n t he a mo unt of c hl o r i d e i on m i gr a t i on a nd c ha r ge p a s s e d,a nd t he i n f l ue nc e
6、s o f mi c r o c r a c k i n du c e d by d r yi ng o n c h a r ge p a s s e d we r e a l s o i n v e s t i g a t e d The r e s u l t s i n di c a t e t ha t :t h e l i ne a r c o r r e l a t i o ns be t we e n c ha r g e p a s s e d a nd ga s pe r me a b i l i t y c oe f f i c i e n t ,a nd t he d e
7、 c r e me n t o f c hl o r i d e i on i n c a t ho de c e l l we r e f ou nd The pe r c e n t a g e o f t he c o nt r i b ut i on o f c hl o r i de - i o n t o c ha r g e pa s s e d i n A S TM C1 2 0 2 t e s t i n g i s o nl y a b ou t 1 一3 ,t hus i t i s no t pr o pe r t o d i r e c t l y me a s ur
8、 e t he c h l o r i de i on p e r me a b i l i t y o f c o nc r e t e o nl y b y c ha r g e pa s s e d,a n d t h e de c r e me n t of c hl or i d e i o n i n c a t h o de c e l l c a n b e c o ns i d e r e d a s o n e i n d e x o f pe r m e a b i l i t y o f c o n c r e t e I n a d d i t i o n,t h e
9、 mi c r o - c r a c k i n d u c e d b y d r y - i ng wi l l c a us e t he c ha r ge p a s s e d t o be i m p r o ve d r e ma r ke d l y Ke y wo r d s:c ha r ge p a s s e d;g a s pe r me a bi l i t y c o e f f i c i e n t ;c o r r e l a t i o n;c h l o r i d e i o n mi g r a t i o n a m o u nt ;mi c
10、r o e r a c k 在 混凝 土耐久 性 的 劣化 形 式 中 , 钢筋 锈 蚀 是 造 成 钢筋 混凝 土结构 破 坏 的最 重 要 原 因之 一 , 往 往 决 定 了结构 的使 用寿 命 当混凝 土 碳 化 导致 其 内部 碱 度下降, 或氯离子渗透进入钢筋层时 , 钢筋钝化膜会 被破坏 , 在 O 。 , H。 O存在的条件下, 就会发生钢 筋 的电化学锈 蚀 目前 国际上 主 要 采 用 A S TM C1 2 0 2直 流 电量 法和氯离子扩散系数快速测定法 ( RC M 法) 来检测 混凝 土 的渗透 性 , 并用 以评 价 普 通 和高 性 能混 凝 土 的耐久性和使用
11、寿命 气体渗透法可以较灵敏地反 映混凝土连通孑 L 结构参数等本征特性 1 , 用气体渗 透系 数评 价混凝 土 的抗碳 化性 能也 十分有效 收稿 日期 : 2 0 0 9 0 5 1 3 ; 修订 E l 期 : 2 0 0 9 0 7 2 0 第一作者: 王中平( 1 9 6 0 一) , 男 , 浙江舟山人 , 同济大学副教授 , 博士 E ma i l : wa n g z p k o n l i n e s h c n 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1 期 王 中平 , 等 : 混凝土导 电量 与气体渗透 系数的相关 性 8 1 目前常用的几种
12、测试混凝土渗透性的方法各有 优点 , 也均存在不足 由于各种方法所采用的试验条 件不尽相同, 量纲也不一样 , 即使采用同一介质来测 试 混凝 土的渗 透性 , 其 试 验 结 果 之 间并 不 能 相 互 比 较 , 因此 , 有 必 要 研 究 几 种 渗 透 性 指 标 之 间 的 相 关 性 近年来 , 此类文献逐渐增多, 文献 5 7 将 AS TM C 1 2 0 2 法 与传 统 的水 渗 透法 、 R C M 法 、 NE L氯 离 子 扩 散系数 法作 了对 比研究 ; 文 献 8 - 9 3 对 电加 速 氯 离 子 扩散试 验方 法与 9 0 d盐 溶 液 浸 泡法 的试
13、 验 结 果 进行 了对比分析 ; 文献 1 0 研究探讨 了混凝土的水 渗透性能与气体渗透性能间的关系; 文献 1 I - 1 3 报 道了混凝土气体或空气渗透系数与电加速氯离子扩 散 系数 之 间 的关 系 , 结 果 表 明它 们 之 间 有很 好 的相 关性 ; 文献 1 4 将压汞法获得 的孔结构参数与导 电 量作 了对 比分 析 , 结 果显 示 混 凝 土 导 电量 与 粗 毛 细 孔隙率 之 间有很好 的相 关性 C 0 , O 气体 的渗透与氯离子的渗透都对混凝 土钢筋锈 蚀产 生影 响 , 对 比研 究 混凝 土 气 体 渗 透性 能与氯离子渗透性能这 2种耐久性指标间的关
14、系有 一 定 的实 际意义 由于 目前 国 内外 广 泛应 用 AS T M C 1 2 0 2 直 流 电量 法 来 评 价 混 凝 土 的氯 离 子 渗 透 性 能 , 而其 与气体 渗透 法 的对 比研 究并 未见 文献 报道 , 因此本 文就 此进 行 了探 讨 1 试 验 1 1 试 验 内容 ( 1 ) 同条件 下 混凝 土 导 电量 和气 体 渗 透 系 数 相 关 性研究 对 2组 同 配 比试 块 分别 进 行 导 电量 和气 体渗透试验。 另外 , 气体渗透试验后的试块又立 即进 行导 电量测 试 ( 2 ) 电极 溶 液 中氯 离 子 迁移 量 与 混 凝 土导 电量 关
15、系 的研究 由于混 凝 土组 分及 其 孔 隙 溶 液化 学 成 分等会 对混凝 土 电导或 电阻产 生 重 大影 响口 , 因而 通 过测试 混凝 土导 电量 来直接 评 价其抗 氯离 子渗 透 性受 到 了质疑 为 此 , 笔 者 在 混凝 土 导 电量试 验 后 , 检测阳极和阴极溶液 中的氯离子数量以及氯离子渗 透深 度 , 考 察导 电量 与这些 数据 间 的相关 性 ( 3 ) 干燥 过程 引发 的 微 裂纹 对 混 凝 土 导 电 量 的 影响 由于气体渗透试验的干燥条件 ( 6 0, 7 d ) 可 能增 加混凝 土试样 的微 裂 纹 , 从 而 影 响 混凝 土 的抗 渗性能
16、 , 影响混凝土的导电量 , 但以往此类研究并不 多 , 为 此本文 探讨 之 1 2原 材料 和配 合 比 水泥: 安徽海螺牌 4 2 5 R普通硅酸盐水泥, 2 8 d 抗压强度为 4 5 0 MP a ; 细骨料 : 中砂偏细 , 细度模数 为 2 1 ; 粗 骨料 : 石 灰岩 碎石 , 粒径 5 2 0 mm; 水 : 自 来 水 混 凝 土配合 比和抗压 强度 见表 1 表 1 混凝土配合 比和抗压强度 Ta bl e 1 M i x p r o p o r t i o n s a n d c o mp r e s s i v e s t r e n g t h o f c o n
17、 c r e t e 1 3试 验方 法与 过程 AS T M C 1 2 0 2直 流 电 量法 为美 国 试 验 与 材 料 协会提 供 的标 准试 验方 法 1 , 其测 试过 程为 : 将 1 0 O mm5 0 mm 的混凝 土 ( 圆柱体 ) 试块 进行 真空 饱 水 , 然后 置于标 准 夹具 中 试 验时 在试件 轴 向施 加 6 0 V直流电压 , 试件 正、 负极两侧 的试验槽 内分别 放 置浓 度为 0 3 mo l L的 Na OH 溶 液 和 3 ( 质量 分 数) 的 Na C 1 溶液 记 录 6 h内通 过试 件 的总 导 电 量 Q值 , 并据此评价其渗透性
18、气体渗透试验参照 RI L E M 推荐的 C e mb u r e a u 标准法 进行, 试验气体为 高纯 N z , 试块为 声 1 5 O mm5 0 mr lr l 圆柱体 试块标准养护至规定龄期 , 在 6 0下 干燥 7 d后 放入 密 封容 器 中待测 该 法 测试 原理为 : 试块一端通大气 , 另一端施加恒定压力的气 体, 3 0 rai n ( 保证试件 内气体流速达恒定状态) 后测 气体流速 , 再按式( 1 ) 计算气体渗透系数 k i ( m。 ) : k 。 一 2 p q L ( A ( 户 P : ) ) ( 1 ) 式 中 : P 为 大气 压 , P a
19、; q 为气 体流 量 , m3 s ; L为试 块 厚度 , m; 1 为气 体 黏 度 , N s m ; A 为 试 块 截 面 积 , m。 ; P 为测试 气体 压力 , P a 为 了满足 同一 试块 直接对 比气体渗透 系数 与导 电量 的相关 性 , 笔者按 比例扩大改造 了 AS T M C 1 2 0 2 直流 电量 法 的测 试 设 备 , 以满 足 1 5 O mm 5 0 mm 试 块 导 电量 的测试需 要 为便于说 明, 表 2给出了下文中各个符号代表 的含义 导电量测试结束后 , 保存 阴极和阳极溶液箱 中 的溶液 , 采用莫尔法( 以铬酸钾 K C r O 为
20、指示剂的 银量法) 测定溶液中的氯离子含量 , 并且将试块在压 力试验机上劈开, 然后测试其氯离子渗透深度 2试验结果分 析 2 1 混凝土导电量与气体渗透 系数的相关性 同配 比 2 组 试样 分别 按标 准测试 方法 进行混 凝 土导电量与气体渗透系数 的测试 , 结果见 图 1 图 1 表明 : 按标准测试方法测试 的混凝土导电量与气体 渗透系数相关性显著 , 其线性相关 系数为 0 9 5 2 2 , 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 8 2 建筑材料学报 第 1 3 卷 因此有可能建立基准混凝土导电量与气体渗透系数 间的换算关系 若建立了不 同渗透性能指
21、标间的换 算关系 , 则可选用最快捷的试验方法测试一种渗透 性 能指标 , 再 由该 指标 来估算 另一 种渗透 性能 指标 , 以满足不 同的实 际要求 。 表 2 符号含义 Ta b l e 2 M e a n i n g o f t h e s y mb o l s A , B C o n c r e t e t y p e Q ( $ 1 o o ) C h a r g e p a s s e d o f s a mp l e i 0 o mm X 5 0 mm Q( $ 1 s o )Ch a r g e p a s s e d o f s a mp l e 1 5 O mmX 5
22、0 mm( wi t h o u t d r y in g ) k ( $ 1 5 o ) Ga s p e r me a b i l it y c o e f f i c i e nt o f s a mp l e 1 5 0 mm 5 0 mm 。 ( e d o f s a mp l e 1 5 0 m m X 5 0 一 m m t he s a m e s p e c i me n a t t e r a s pe r me a b i l i t y t e s t ) L g ) 1 ) t : a g e , d 同一 试块先 进行 气体 渗透试 验再 进行 导 电量 试 验
23、, 其结果见图 2 , 线性拟合相关系数为 0 5 5 8 3 , 这大 大低于图 1的相关度 究其原因可能是气体渗透试 验 的干燥 过程对 混 凝 土 的导 电量产 生 了较 大影 响 表 3给 出了干 燥 和 未 干燥 的 1 5 O mm5 0 mm 试 块 导 电量 测试对 比数 据 由表 3 可 知 , 干燥后 测得 的 导 电量 明显提 高 , 且 随着混 凝土种类 和 龄期 的变化 , 提 高 程 度 并 不 一 样 , 干 燥 对 混 凝 土 B 导 电 量 的 影 响要小 于 混 凝 土A 混凝 土 导 电量增 加 可 能是 由 图 1 分组对 比下气体渗透系数与导电量的相关
24、 性 Fi g 1 Co r r e l at i o n b e t we e n ga s pe r me a bi l i t y c o e f f i c i e nt a n d c ha r ge p a s s e d by gr o upi n g c o mpa r i s o n 40 0 0 5 0 0 0 60 0 0 7 0 0 0 80 0 0 90 0 0 1 00 0 0 1 1 0 0 0 口 5 C 图 2 同一试块 的气 体渗 透系数与导 电量相关性 Fi g 2 Co r r e l a t i o n b e t we e n g as pe r m
25、e a bi l i t y c o e f f i c i e nt a nd c ha r ge p a s s e d f o r s a me s pe c i me n 表 3 干燥前后 机5 0 minX5 0 mm试块的导 电量对比 Ta b l e 3 Co n t r a s t o f t h e c h a r g e p a s s e d o f s a mp l e仍 5 0 mmX 5 O n u l l b e f o r e a n d a f t e r d r y i n g 于干燥 过程 中混 凝 土产 生 的 微裂 纹 所 致 , 下文 将 进 一 步
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