聚丙烯纤维混凝土氯离子扩散性研究.pdf
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1、第3 7 卷第 5 期 2 0 1 1 年 1 0月 四川建筑科学研究 S i c h u a n B u i l d i n g S c i e n c e 2 4 7 聚丙烯纤维混凝土氯离子扩散性研究 王晨飞, 牛荻涛 ( 西安建筑科技大学土木工程学院, 陕西 西安7 1 0 0 5 5 ) 摘要: 以不同纤维掺量的聚丙烯纤维混凝土为研究对象 , 采用自然浸泡方法 , 研究氯离子在聚丙烯纤维混凝土中的迁移性 能。结果表明, 试件的氯离子含量随纤维掺量的增加而增多, 扩散规律符合 F i e k 第二定律。氯离子的扩散系数随着时间衰减 且下降逐渐变缓; 随着渗透深度的增加, 结合氯离子逐渐减
2、少 ; 纤维的掺入改变混凝土内部的孔结构和孔隙率, 随着纤维掺量 的增加, 氯离子在试件内部的含量加大。 关键词: 聚丙烯纤维; 混凝土; 耐久性; 氯离子; 扩散 中图分类号: T U 5 2 8 文献标识码: A 文章编号: 1 0 0 81 9 3 3 ( 2 0 1 1 ) 0 5 2 4 7一 o 4 Re s e a r c h o n c h l o r i d e d i ffu s i o n o f p0 l y p r 0 p y l e n e fib e r c o n c r e t e WANG Ch e n f e i NI U Di t a o ( S c h
3、 o o l o f C i v i l E n g i n e e r i n g , X i a n U n i v e r s i t y o f A r c h i t e c t u r e a n d T e c h n o l o g y , X i an 7 1 0 0 5 5 , C h i n a ) Ab s t r a c t : I n o r d e r t o s t u d y t h e C 1 一mi g r a t i o n u n d e r l o n g t e r m i mme r s i o n o f p o l y p r o p y l
4、 e n e fi b e r c o n c r e t e w i th d i ff e r e n t v o l u me, i n d oor a r t i fi c i a l me t h o d wa s u s e d t o s i mu l a t e n a t u r a l i mme rsi o n T h e r e s u l t s i n d i c a t e d t h a t C 1 一c o n t e n t i n t h e s p e c i me n i n c r e a s e d w i t h i n c r e a s i
5、n g fi b e r v o l u me a n d d i ff u s i o n i n c c o rdanc e w i t h F i c k s s e c o n d l a wTh e d i ff u s i o n e o e ffie i e m of C1 一d e c a y o v e r t i me a n d gra d u a l l y s l o w d o w n As t h e p e n e t r a t i o n d e p t h i n c rea s e s ,C 1 一 b i n din g gra d u a l l y
6、 r e d u c e d F i b e r c h an g e the i n t e m a l p o re s t r u c t u r e a n d p o r o s i ty o f c o n c ret e Wi t h the i n c r e a s e o f fi b e r v o l u me ,C1 一wit h i n t h e s pe c i me n i n c r e a s e d Ke y wo r d s : p o l y p mp y l e n e fi b e r ; c o n c r e t e ; d u r a b
7、i l i ty; c h l o ri d e i o n ; d i ff u s i o n 0 引 言 我 国海域辽阔, 漫长的海岸线上集 中了大量 的 基础建设 , 海港、 码头 、 大坝 、 桥梁等沿海建筑长期间 接或直接地接触海水 , 由于氯离子 的长期侵蚀 , 沿海 建筑中的钢筋过早出现锈蚀, 严重影响服役结构的 使用寿命。因此, 掌握氯离子的侵蚀规律, 建立符合 规律的氯离子扩散模型, 对综合评估在役结构 的耐 久性能, 具有十分重要的科学价值和现实意义。 混凝土的早期开裂严重影响了混凝土结构的耐 久性 , 掺人纤维可 以有效地提高混凝土的抗裂性能, 聚丙烯纤维 由于优越的性
8、能和低廉 的造价逐步应用 于工程中。辽宁闹德海水库除险加固坝采用掺量为 l k g m。 的聚丙烯纤维混凝土作 为坝下消能工程面 层 , 经 过 1年使 用 , 混 凝 土表 面没 有 出现任 何 裂 缝 _ 】 J 。白溪水库 期面板采用掺量为 0 9 k g m 的 聚丙烯纤维混凝土 , 发现聚丙烯纤维能减少混凝土 收缩7 , 减少开裂指数 6 0 , 提高极限拉伸 8 , 收稿 日期 : 2 0 1 1 7 1 2 作者简介: 王晨飞( 1 9 8 1 一) , 男 , 陕西西安人, 博士研究生, 研究方 向: 混凝土结构耐久性。 E ma i l : wc t t ) O1 h o t
9、 mm1 t o m 提高弯曲韧性 系数 3 5 L 2 。在海 漫加固工程 中采 用聚丙烯纤维混凝土 , 发现混凝土的劈裂强度提高 了9 8 6 , 聚丙烯纤维可有效防止混凝土早期非结 构性裂缝 - 3 J 。随着聚丙烯纤维混凝土 的大量使用 , 其耐久性能的研究也逐渐引起关注。本文采用 自然 扩散的方法 , 研究氯离子表面浓度 、 氯离子结合能力 的变化规律, 分析氯离子在聚丙烯纤维混凝土中的 迁移性能, 为研究聚丙烯纤维混凝土的耐久性能提 供理论基础。 1 试验 1 1 原材料 水泥为陕西秦岭 P0 4 2 5级普通硅 酸盐水 泥 ; 粗骨料为 51 6 mm的碎石; 细骨料为细度模数
10、为 2 6的砂子 ; 粉煤灰采用渭河电厂生产的二级粉 煤灰 ; 减水剂为高效减水剂 ; 纤维为聚丙烯纤维。试 验共采用了4种纤维掺量, 配合比见表 1 。 表 1 试 件配合比 Ta b l e 1 Mi x p r o p o r t i o n o f c o n c r e t e 呈 鉴些 查堡 互 史 堡 丝 型 C1 O 4 2 O 8 5 8 2 4 O 4 7 O C 2 0 4 2 0 8 5 8 2 4 0 4 7 0 I 适 C 3 0 4 2 0 8 5 8 2 4 0 4 7 0 3 量 C A 0 4 2 0 8 5 8 2 4 0 4 7 O 5 2 4 8 四川
11、建筑科学研究 第 3 7卷 1 2试 验方 法 混凝土采用机械强制搅拌 , 试件尺寸为 1 0 0 m m 1 0 0 m m1 0 0 m m, 试件脱模后 , 在标 准养 护条件 下养护 9 0 d 。 配制质量浓度为 3 5 的 N a C 1 腐蚀溶液 , 试件 养护 9 0 d后放入腐蚀 溶液 中进行 自然扩散 试验。 每 3 0 d取出相应的试件 , 用切割机将试件非浇筑面 四周各切除 1 0 mm, 然后 , 在混凝土打磨机上逐层磨 粉 , 深度在 01 0 mm范围内每 1 m m取一个试样 , 深度大于 1 0 rn m, 每 2 m m取一个试样 , 每个试样均 要通过 0
12、 6 3 m r n的筛 , 然后置于 1 0 5 C 5 C烘箱 中 烘2 h , 取出后放入干燥器中冷却至室温备用, 最后, 按照J T J 2 7 0 9 8 水运工程混凝土试验规程 中 的方法 , 滴定每个试样 中 自由氯离子含量和总氯离 子含量 。 2试验结果与分 析 2 1氯离子浓度 试件在长期浸泡过程中, 氯离子通过各种途径 向混凝土内部迁移 , 其迁移过程主要分为两个阶段。 首先 , 干燥试件接触盐溶液时, 混凝土表面处于非饱 和状态 , 在液体表面张力的作用下 , 氯离子随水溶液 向试件 内部迁移 , 这是海工混凝土 中常见的“ 灯芯” 深度 mm ( d ) 效应 , 其实
13、质为毛细作用。随着盐溶液的不断迁 入 , 混凝土表层逐渐 由非饱和状态转变为饱和状态 , 氯离子在浓 度梯度 的作 用下 , 逐 步 向混 凝 土 内部 扩散。 图 1 ( a )( f ) 给出了在 自然扩散条件下 , 自由 氯离子和总氯离子在聚丙烯纤维混凝土中的扩散规 律 。可以看 出, 所有 曲线具有相似的趋势 , 曲线前期 下降较快 , 后期下降趋缓。氯离子浓度随着渗透深 度而逐渐减小 , 且到一定 的渗透深度后下 降的速率 变缓 , 这个渗透深度一般为 81 0 n l lT l , 即为毛细作 用的影响深度。毛细作用使表层混凝土在影响深度 范围内吸人大量的盐溶液 , 所 以, 氯离
14、子在该范围具 有相对较高的浓度。当表层混凝土达到饱和后 , 氯 离子在浓度差作用下扩散 , 由于孔隙的摩擦阻力和 质点的扩散阻力, 氯离子迁移的速率下降。 随着纤维掺量 的增加 , 试件中的氯离子浓度逐 渐提高, 纤维的掺入改变 了混凝土内部 的孔结构和 孔隙率 , 随着纤维掺量的增加 , 试件 内部的孔隙率加 大, 但掺量为 0 O 1 时结构较普通混凝土密实。大 掺量纤维的掺人降低 了试件的密实度 , 增加 了混凝 土内部的界面, 在自然浸泡的环境下, 提高了进入试 件的氯离子的总量 , 同时也加速 了氯离子的扩散。 一 0 2 4 6 8 1 0 l 2 1 4 l 6 l 8 2 O
15、深度 m m ( f ) 图 1 纤维混凝土 中氯离子含量分布 Fi g 1 Di s t r i b u t i o n o f c h l o rid e i o n c o n t e n t i n PP F c o n c r e t e 2 2表面氯离子含量 的浓度 引。在浸 泡条件下 , 试 件 内部不 同位置 的 氯离 子在浓度梯度 的驱使下 向混凝土 内部扩 总氯离子含量与离子表面的距离之间存在一元二次 散 , 混凝土表 面氯离子浓度越高 , 扩散到混凝土 内部 函数的衰减关系 , 在得到的回归关 系式 中, 令深度 的氯离子越多 J , 扩散 时间、 环境条件 、 胶凝材料
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