再碱化修复后混凝土微观结构变化及机理研究.pdf
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1、第 1 4卷第 2期 2 0 1 1年 4月 建筑材料学报 J 0URNAL OF B UI L DI NG MATE RI ALS Vo 1 1 4。 NO 2 Ap r , 2 0 1I 文章编号 : 1 0 0 7 9 6 2 9 ( 2 0 1 1 ) 0 2 0 2 6 9 0 6 再碱化修复后混凝土微观 结构变化及机理研究 熊 焱 , 屈 文 俊 , 吴 迪 。 ( 1 华南理工大学 亚热带建筑科学 国家重点实验室 , 广东 广州 5 1 0 6 4 1 ;2 同济大学 土木工程学院 , 上海 2 0 0 0 9 2 ; 3 广州大学 工程抗震中心 , 广东 广州 5 1 0 4
2、5 0 ) 摘 要 :对 电化 学再碱 化后 混 凝土微 观 结构 变化 进行 了试 验研 究 结果表 明 : 电化 学再碱 化 对 混凝 土 的比孔隙率、 平均孔径和平均比表面积有显著影响 电化 学再碱化后混凝土的界面结构 明显改善 , 有害孔隙减少, 密实性和耐久性提高 另外, 对电化 学再碱化后混凝 土微观结构 变化的机理分析研 究表 明 : 电场作 用与 混凝 土的传 输特 性 、 微 观 结 构相 互影 响 、 相 互制 约 关键 词 : 混 凝 土 ; 碳 化 ; 再碱 化 ; 微 观 结构 ; 机 理 中图分 类号 : TU3 7 5 3 文献 标 志码 : A d o i :
3、1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 7 9 6 2 9 2 0 1 1 0 2 0 2 4 S t u dy o n t he M e c ha n i s m o f Co nc r e t e M i c r o s t r u c t u r e Cha n g e a f t e r Re a l k a l i z a t i o n Re p a i r XI ONG Ya n , Qu We n - j u n 。 , W己 , D 。 ( 1 S t a t e Ke y L a b o r a t o r y o f S u b t r o p i c a
4、 l Bu i l d i n g S c i e n c e ,S o u t h Ch i n a Un i v e r s i t y o f Te c h n o l o g y,Gu a n g z h o u 5 1 0 6 4 1, C h i n a ;2 De p a r t me n t o f Ci v i l En g i n e e r i n g,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,C h i n a ;3 Ke y La b o r a t o r y o f Ea r t h q u
5、 a k e E n g i n g e r i n g a n d Ap p l i e d Te c h n i q u e o f Gu a n g d o n g Pr o v i n c e ,Gu a n g z h o u Un i v e r s i t y ,Gu a n g z h o u 5 1 0 4 0 5 ,C h i n a ) I Abs t r a c t :I n t hi s pa p e r ,t h e c o nc r e t e m i c r os t r uc t ur e c ha n ge a f t e r r e a l ka l i
6、z a t i o n r e pa i r ha s be e n s t u di e d b y e xpe r i m e nt The r e s ul t s i n di c a t e t h a t r e a l ka l i z a t i on h a s l a r ge i mpa c t o n p o r e s i z e di s t r i bu t i o n a n d p or o s i t y o f t h e c o n c r e t e Af t e r r e a l k a l i z a t i o n t h e t o t a
7、l p o r e v o l u me i s d e c r e a s e d,g e l p o r e s c o v e r ma j o r i t y o f t h e t o t a l ,a n d t he c o nc r e t e mi c r o s t r uc t ur e b e c ome s ve r y c omp ac t I t i nd i c a t e s t ha t r e a l ka l i z a t i on c a n i mpr o v e mi c r os t r uc t ur e a n d i mpr o v e
8、t he du r a bi l i t y o f c o nc r e t e Ac c o r di n g t o t he a n a l ys i s a nd s t ud y o f t h e m e c h a ni s m of c on c r e t e m i c r os t r uc t u r e c ha ng e a f t e r r e a l ka l i z a t i o n r e p a i r ,i t i ndi c a t e s t h a t t h e r e a r e mut u a l i n f l ue nc e , m
9、 u t ua l r e s t r i c t i o n a nd i n t e r a c t i o n a m o n g e l e c t r i c f i e l d, t r a ns m i s s i on c h a r a c t e r i s t i c s a nd c o n c r e t e mi c r o s t r u c t u r e ,wh i c h s h o ws t h a t e l e c t r o c h e mi c a l r e a l k a l i z a t i o n i s a v e r y c o mp
10、 l e x p r o c e s s o f p h y s i c s a n d c h e mi s t r y Ke y wo r ds :c o nc r e t e;c a r b on a t i o n;r e a l ka l i z a t i on;mi c r o s t r u c t u r e;me c ha n i s m 混凝土是一种典型的多孔介质材料 , 孔 隙分布 错综复杂 , 孔径分布较广 1 , 其宏观力学性能由孔隙 率和孔径分布等微观结构决定 。 文献E 4 研究表 明 , 混凝土的渗透性 由孔隙率、 孔径分布以及 骨料一 基体界面区的矿物组成等
11、决定 文献E 5 研究表 明, 混凝土损伤与细观孔洞结构之间存在明显的对应关 系, 有害孔洞尺寸与分布因冻胀 而产生的改变将直 接导致结构松散恶化 在对遭受碳化侵蚀破 坏的钢 筋混凝土进行电化学再碱化( 以下简称再碱化) 修复 时 , 由于 它 是一 种 非 均 质 、 复杂 的多 相材 料 , 其 保 护 层中 自由离子会发生迁移, 导致硬化水泥浆体 的孔 结构发生变化 , C S - H凝胶 、 钙矾石 晶体 ( AF t ) 等组 收稿 日期 : 2 0 0 9 1 2 0 7 ;修订 日期 : 2 0 1 0 0 1 1 8 基金项 目: 国家 自然科 学基 金资助项 目( 5 0 9
12、 0 8 0 8 8 ) ; 国家重点基础研究发展计划 ( 9 7 3计划) 项 目( 2 0 0 9 C B 6 2 3 2 0 4 ) ; “ 十一五 国家科技 支撑 计 划项 目( 2 0 0 6 B A J 0 3 A0 7 0 4 ) 第一作者 : 熊焱( 1 9 7 8 一 ) , 女 , 江西南 昌人 , 华南理工大学讲师 , 博士 E - ma i l : x y a n s c u t e d u c n 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 7 0 建筑材料学报 第 1 4 卷 分发 生分 解 , 同时 钢 筋 发生 阴极 反应 产 生 OH,
13、 电 解质溶液在电位差和浓度差的作用下发生电渗和扩 散运动 , 这些都会影响该材料 的微观结构 因此 , 研 究再 碱化 后 钢 筋 混 凝 土 的 微 观 结 构 特 征 具 有 现 实 意义 本文 通过 改变 再碱 化过 程 中的控制 参数 对 完全 碳化后的钢筋混凝土试件进行 了再碱化修复 , 比较 了不 同控制参数对钢筋周围混凝土孔隙液中碱度的 修复 效 果 , 并 用 压 汞 测 孔 法( MI P) 和 扫 描 电镜 ( S E M) 对 比分析了再碱化前后 钢筋混凝土 的微 观 结构变化, 对再碱化后钢筋混凝土微观结构变化的 机理进 行 了探讨 1 试 验概 况 1 1试件 制
14、备 4 2 5 普通硅酸盐水泥 ; 河砂; 粒径小于 1 5 mm 碎石 ; 直径为 8 IT I 1T I 的光 圆钢筋 采用强度 等级为 C 2 O的普通混凝土, 其配合 比为: m( 水泥) : 7 7 ( 水) : m( 砂 ) : m( 石 ) 一1 O 0 : 0 6 5 : 2 2 5 : 3 6 8 为 了易 于碳 化 , 缩短碳化时间 , 并且保证试件完全碳化, 试 件采 用如图 1所示 的圆柱 体 , 其 直 径为 5 8 mm, 高 为 2 5 0 mm, 沿 轴心 布 置 了直 径 为 8 mm 的 光 圆钢 筋 试件共 1 O组 , 每组 3 个 辅助试件几何尺寸相同
15、, 不 配置钢筋 ; 立方体抗压强度测试试件尺寸为 1 0 0 mm 1 0 0 ml n 1 0 0 mm 试 件 拆 模 后 在 ( 2 0 3 ) , 相 对湿度大于 9 0 的标准养护室 中养 护 2 8 d , 其立方 体 抗 压强 度 为 2 5 8 MP a 试 件 养 护好 后 放 在 6 O 烘箱 中烘 4 8 h, 然后置于碳化箱 中加速碳化 碳化箱 中二氧化碳浓度保持在( 2 0 3 ) ( 质量分数) , 相对 湿度 控制 在 ( 7 0 士5 ) , 碳 化 温 度 为 ( 2 O 5 ) , 至 试件 完全 碳化 ( 喷洒 酚酞 试剂 后 , 辅 助试 件剖 切 面
16、完 全 保持无 色 ) 为止 将 碳 化 后 的 1 0组 试 件 按表 1中 的再碱化参数进行再碱化试验 再碱化试验装置示意 图如图 2所示 将试件 和 钢丝 网浸泡于 Na C O。电解液中, 以试 件中的钢筋 为阴极 , 钢丝网为辅助阳极 , 用导线将 3 个试件以串 联形 式 与直流 电源 连接 在试 验过 程 中 , 每两 天 更换 一 次电解质溶液 , 以保持其碱性 0 n 0 V 、 图 1 试 件 示 意 图 Fi g 1 De t a i l e d dr a wi ng o f c y l i n dr i c a l mo r t a r s p e c i me ns
17、( s i z e : mm) 表 1 再碱化试验参数 Ta b l e 1 P a r a me t e r s o f r e a l k a l i z a t i o n t e s t Co n c e n t r a t i o n Cu r r e n El e c t r S p e c i me n S t a t u s o f s p e c i me n o f e l e c t r o l y t e d e n s i t y ,i , : ( too 1L一 )( A m。 ) t 。 d 图 2 再碱化试验装置示意图 Fi g 2 S k e t c h ma
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