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.pdf
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1、2 0 1 4 年 第 1 O 期 (总 第 3 0 0 期 ) N u mb e r 1 0 i n 2 0 1 4 ( T o t a l N o 3 0 0 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 THE0RETI CAL RES EARCH d o i : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 4 1 0 0 0 8 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 黎鹏平 ,范志宏 1 ,2 ,熊建波 1 ,2 ,王胜年 ( 1 水工构造物耐久性技术交通部重点试验室,广东 广州 5 1 0 2 3 0 ;2 华南
2、理工大学 材料科学与工程学院,广东 广州 5 1 0 6 4 0 ) 摘要: 采用化学结合水法、 氯离子决速测定法( R C M法 ) 和混凝土成熟度测定法研究了 5 6 d 龄期 内混凝土氯离子扩散系数和混 凝土成熟度的关系, 结果表明: 混凝土氯离子扩散系数不仅随养护龄期的延长而降低, 还随养护温度的升高而降低 , 延长养护龄期或 提高养护温度均可提高胶凝材料的水化程度 ; 室内养护混凝土试件的氯离子扩散系数与混凝土成熟度值之间呈幂函数关系, 二者具 有很好的相关性( 2 = 0 9 7 6 ) , 利用室外养护混凝土试件的数据进行验证计算, 其理论计算值与实测值具有较好的吻合性, 可根据
3、混 凝土成熟度实测值预测出混凝土的氯离子扩散系数。 关键词: 混凝土成熟度 ;氯离子扩散系数 ;相关性 中图分类号: T U5 2 8 0 1 文献标志码 : A 文章编号: 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 4 ) 1 0 0 0 3 1 0 3 C or r e l a t i o n o f c h l o r i d e di ffu s i on c o e ffi c i e n t a n d c on c r e t e m a t u r i t y v a l u e o f H on g Ko n g - Z hu h a i - Ma c a o B r
4、i d g e i mme r s c o n c r e t e LI Pe n g pi n g , FAN Z hi h o n g , XI ONG i a nb o1 , 2 WANG Sh e n g n i a n ( 1 Ke yL a b o r a t o r yo f Ha r b o r &Ma r i n e S t r u c t u r e Du r a b i l i t yT e c h n o l o g yo f t h eMi n i s t r yo f Co mmu n i c a t i o n s , G u a n g z h o u 5 1
5、0 2 3 0 , C h i n a 2 S c h o o l o f Ma t e r i a l s S c i e n c e a n dE n g i n e e r i n g, S o u t hCh i n a Un i v e r s i t yo f T e c h n o l o g y , Gu a n g z h o u 5 1 0 6 4 0, C h i n a ) Abs t r a c t : Th e c o r r e l a t i o n of c h l o r i d e di ffus i o n c o e ffi c i e nt a n
6、d c o nc r e t e ma t ur i t y va l u e wi t hi n 5 6 d a y s of c u r i ng wa s i nv e s t i g a t e d by t he c h e mi c a l l y c o mb i n e d wa t e r c o n t e n t me t h o d, r a p i d c h l o r i d e mi g r a t i o n ( RC M ) t e s t a n d c o n c r e t e ma t u r i t y t e s t , r e s p e c
7、t i v e l y T h e e x p e r i me n t a l r e s u l t s s h o we d t h e c h l o r i d e d i ffu s i on c o e ffic i e n t o f c o nc r e t e s d e c r e a s e d no t on l y wi t h i n c r e a s i n g c u r i ng a g e s , b u t a l s o wi t h i nc r e a s i n g C ur i ng t e mpe r a t ure, whi c h C
8、an pr o mo t e t h e h y d r a t i o n d e g r e e of c e me n t i t o us Th e r e wa s a s i g n i fic a n t c o rre l a t i o n b e t we e n the c hl o r i d e d i ffu s i o n c o e ffic i e n t o f i n d o o r c u r i n g s p e c i me n s a n d the c o n c r e t e ma t uri t y v a l u e wh e n e
9、x p r e s s e d a s a p o we r f u n c t i o n( R2 = 0 9 7 6) , a n d the c a l c u l a t e d v a l ue s o f c o n c r e t e ma t uri t y f o r o ut d o o r s p e c i me n s wh i c h o b t a i ne d by us i n g the p o we r f u n c t i o n a gre e s we l l wi th the me a s u r e d va l ue s , the n i
10、 t c a n u s e t h e me a s ure d c o n c r e t e ma t u r i ty v a l u e t o p r e d i c t the c h l o r i d e d i ffu s i o n c o e ffic i e n t o f c o n c r e t e Ke y wo r ds : c o n c r e t e ma t u r i ty v a l u e ; c h l o r i d e d i ffu s i o n c o e ffic i e n t ; c o rr e l a t i o n 0
11、引 言 海洋环境下氯盐引起的混凝土 内钢筋锈蚀膨胀是混 凝土结构耐久性失效 的主要原因。 合理有效地控制混凝土 的氯离子扩散系数满足耐久性设计要求 , 是混凝土结构能 否满足耐 久性设计 使用年 限的关键 因素。 控制 混凝 土的 氯离子扩散系数涵盖了三个方面: 混凝土配合 比的设计 和优化 ; 混凝土施工质量控制; 混凝土附加防腐蚀措施。 在 配合比设计和优化环节, 国内外大量的研究表明合理地使 用矿物掺合料可以有效地降低混凝土的氯离子扩散系数 , 而在混凝土结构的施工环节, 采用合理的施工工艺可使混凝 土质量满足结构耐久性设计指标 。 以往混凝土构件的耐久 性检测主要采用破损的抽 芯方法
12、, 而对 于某些特殊的工程 结构 , 无法采用取芯法对构件的耐久性开展评定 , 因此需要 研 究无 损或微 损 的检测 方法 对混 凝 土构件 开展 耐久 性 评估 。 2 0 世纪 5 0 年代英国学者 S a u l 提 出了成熟度 的概念 , 其计算公式见式 ( 1 ) 所示 。 f l 、 J ( ( ) 一 O o ) d r ( 1 ) J 0 利用成熟度强度曲线推算混凝土早期强度已广泛 应用 , 而有关成熟度和混凝土抗氯离子渗透性能的相关 性研究鲜见报道 , 本研究开展短龄期混凝土成熟度和混凝土 氯离子扩散系数的试验, 并利用混凝土成熟度与氯离子扩散 系数间的相关性结果 , 以确
13、定港珠澳大桥沉管混凝土合理 接触海水 的时间, 为某沉管隧道工程的施工提供科学指导 。 收稿 日期 :2 叭4 _ 0 4 _ J 0 1 基金项 目:交通部交通运输建设科技项 目( 2 0 1 1 3 2 8 4 9 A1 1 4 0 ) ; 国家科技支撑计划项目( 2 0 1 1 B A G 0 7 B 0 1 ) 31 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 试验原材料和方法 1 1 试验原材料 水泥为华润水泥厂生产的华润牌 P I 1 4 2 5 级水泥 ; 粉煤 灰为江苏镇江谏壁电厂的原状粉煤灰 , 密度为 2 2 3 0 k g m ; 矿渣 为广东韶钢
14、嘉羊矿渣 粉 $ 9 5 , 密度为 2 9 3 0 k g m 3 , 胶 凝材料 的化学成分见表 1 所示 。 广州产河砂 , 表观密度为 2 6 5 0 k g m 细度模数为 2 9 , I I 区级配 。 粗骨料为最 大粒径 2 0 m m 的复合级配碎石 , 5 1 0 mm 和 1 0 2 0 m i n的比例为 3 : 7 , 表观密度 2 6 9 0 k g m3 。 拌和用水为 自来水 。 外加剂为江 苏博特生产的 P C A I 缓凝 型聚羧酸高效减水剂。 表 1 原材料的化学成分 1 2试 验 方 法 1 2 1 试验方法 ( 1 ) X R D测试所用仪器为 日本理学
15、公 司的D ma x I I I A 型 x射线衍射仪 , 测试 电压为 4 0 k V, 电流 3 0 m A, 扫描范 围为 5 7 0 。 , Cu靶。 ( 2 ) 混凝土氯离子扩散系数按照 普通混凝土长期性 和耐久性试验方法标准 中的规定进行 , 试验龄期分别为 3、 7、 1 4、 21 、 2 8、 5 6 d 。 ( 3 ) 成熟度测试采用美 国 N o ma d i c s 结构试验室研发 的 I n t e l l i R o c k成熟度测定仪直接测定 , 测试龄期分别为 3 、 7、 1 4、 21 、 2 8 、 5 6 d ( 4 ) 胶凝材料 的水化程度采用测定浆体
16、 的化学结合水 方法和选择性溶解法进行表征, 具体的测试方法和测试过 程可参考文献 8 9 。 1 2 2 混凝土配制及养护 沉管混凝土配合比见表 2 所示。 试件成型 2 4 h 后拆模 , 再将试件置于相应的环境 中进行养护 , 至相应 的龄期时开 展测试。 不同的季节施工可能会对沉管混凝土的抗氯离子 渗透性能产生影响 , 所 以本部分试验也分别在夏季( 第 1 次 试验 ) 和冬季( 第 2次试 验 ) 两个时间段 内开展 。 两次试验 时间段 的室外温度有一定的差异 , 第 1 次试验时室外平均 温度约为 2 5, 第 2次试验时室外平均温度约为 1 8 。 表 2混凝土配合比 2 试
17、验结果及分析 2 的 2 1 室内标准养护时混凝土氯离子扩散 系 数的变化 标准养护条件下混凝土氯离子扩散系数 随龄期 的变 化见图 1 所示 。 龄 期 , d 图 1 养护龄期对混凝土氯离子扩散系数的影响 由图 1 可见 , 混凝土氯离子扩散系数 随养护龄期 的增 加而降低 , 当养护龄期由 3 d 增加至 1 4 d龄期时氯离子扩 散系数迅速降低 , 如第 2 次试验时, 3 d 龄期的扩散系数为 2 7 5 x l O m2 s , 而 1 4 d 龄期的氯离子扩散系数降低为 6 6 1 0 m 2 s , 进一步延长混凝土龄期氯离子扩散系数降低 的幅 值并不显著。 同时由该图可见,
18、2次成型的混凝土试件的氯 离子扩散系数非常接近 , 表明原材料 的品质较为稳定 , 试验 方法测试数据的重现性较好。 3 2 变化见图 2所示。 龄 期 d 图 2 室外养护龄期对混凝土氯离子扩散系数的影响 由图 2 可见 , 混凝土氯离子扩散 系数随养护龄期的延 长而降低 ; 第 1 次试验 时 , 2 8 d 龄期 的混凝土试 件的氯离 子扩散系数为 3 3 x l O m2 s , 第 2 次试验时 , 2 8 d龄期 的混 凝土试件的氯离子扩散系数为 3 1 x l O 一 12 m 2 s ,均满足港珠 澳大桥沉管隧道混凝土氯离子扩散系数 的控制指标 。 2 3 养护温度对混凝土抗氯
19、离子渗透性能的影响 将不 同养护条件下混凝 土试件 的氯离子扩 散系数 进 行 比较 , 见表 3 所示 。 由表 3可 见 , 第 1 个试 验 时 , 同龄期 下 室外 养护 混 凝 土试 件 的氯 离子 扩散 系数 略低 于标 准养 护 的混凝 土 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 3 不同养护条件下混凝土试件的氯离子扩散 系数 试 件 , 而 2次试 验 , 同龄 期下 室外 养护 混凝 土试 件 的氯 离 子扩散系数 略高于室 内养护试件 的混凝 土试件 , 原 因 可 能是第 1 次试验 时 , 沉管 预制现场 的 日平均气 温约 为 2 5 ,
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