盐冻环境下混凝土的微结构和氯离子渗透性.pdf
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1、第 1 8卷第 4期 2 0 1 5年 8月 建筑材料学报 J OURNAL OF B UI LDI NG MATERI ALS Vo 1 18。 No 4 Aug , 20 1 5 文章编号 : 1 0 0 7 9 6 2 9 ( 2 O 1 5 ) O 4 0 6 3 3 0 7 盐冻环境 下混凝 土的微结构 和氯离子渗透性 万 小梅 。 , 张 同波。 , 赵铁 军 , 江崇波。 , 任旭晨 ( 1 青岛理工大学 蓝色经济 区工程建设与安全山东省协同创新中心 ,山东 青岛 2 6 6 0 3 3 ; 2 青 岛理工大学 土木工程学院 ,山东 青岛 2 6 6 0 3 3 ;3 青建集团股
2、份公司,山东 青岛 2 6 6 0 7 1 ; 4 新冶高科技集团有限公司, 北京 1 0 0 0 8 1 ) 摘要 : 研究了水灰比、 含 气量等 因素对混凝土在冻融和盐冻环境下劣化的影响, 进行 了混凝土微观 形 貌 分析和 冻 融条件 下氯 离子在 混凝 土 中的传 输 性 试验 , 分析 了盐冻 条件 下混 凝 土孔 结构 变化 及 氯 离子传输规律 结果表明 : 当冻融循环 2 5次时, 盐冻条件 下混凝土的质量损失率约是水冻条件下 混凝土质量损失率的 1 O倍 ; 在冻融早期 , 盐冻条件下的混凝 土动弹性模量损失比水冻条件 下的混 凝土动弹性模量损 失缓慢 ; 引气混凝土 中 5
3、 0 g m 以上孔径的气泡较 多, 未引气混凝 土的平均 气泡 间距为引气混凝土的 2 5 倍 ; 引气能够降低冻融下混凝土的氯离子渗透性, 但盐冻后 引气混凝土表 层有氯 离子富集现 象, 考虑到钢 筋混凝土构件的保护层厚度范围, 这有可能不利于钢筋的保护 关键 词 :冻融 ;盐冻 ;微 结构 ; 孔 溶液 ;氯 离子渗 透性 中 图分 类号 : T U5 2 8 0 1 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 5 0 4 0 1 7 M i c r O s t r u c t u r e s a n
4、d Ch l o r i d e Pe r me a b i l i t y o f Co n c r e t e s u n de r S a l t Fr o s t W_AN Xi a o me i , , ZHANG To n g b o 。 , ZHA0 Ti e j u n , JI ANG C h o n g b o 。 , REN Xu c h e n ( 1 Co o p e r a t i v e I n n o v a t i o n Ce n t e r o f En g i n e e r i n g C o n s t r u c t i o n a n d S a
5、 f e t y i n S h a n d o n g Bl u e E c o n o mi c Z o n e , Qi n g d a o Te c h n o l o g i c a l Un i v e r s i t y,Qi n g d a o 2 6 6 0 3 3,Ch i n a ;2 S c h o o l o f Ci v i l E n g i n e e r i n g ,Qi n g d a o Te c h n o l o g i c a l Un i v e r s i t y,Qi n g d a o 2 6 6 0 3 3 ,Ch i n a ;3 Qi
6、 n g j i a n Gr o u p C o ,Lt d ,Qi n g d a o 2 6 6 0 7 1 ,Ch i n a ; 4 Ne w Ma t a l l u r g y Hi t e c h Gr o u p Co ,Lt d ,Be ii i n g 1 0 0 0 8 1 ,C h i n a ) Abs t r a c t :Pe r f o r m a n c e de gr a d a t i o n o f c o nc r e t e s wi t h v a r i e d wa t e r c e me nt r a t i o a nd a i r c
7、 o nt e nt u nd e r f r e e z e t h a w c y c l e s o r s a l t f r o s t c y c l e s we r e i n v e s t i g a t e d Af t e r s u f f e r i n g f r o m s a l t f r o s t ,mi c r o s t r u c t u r e s o f h a r d e n e d c e me n t p a s t e s we r e a n a l y z e d b y me r c u r y i n t r u s i o n
8、 me t h o d a n d s c a n n i n g e l e c t r o n mi c r o s c o p e ,a n d c hl or i d e t r a n s p or t p e r f or ma nc e wa s m e a s u r e d e xp e r i me nt a l l yTh e r e s ul t s s ho w t ha t ,m a s s l o s s o f c o nc r e t e a f t e r 2 5 t i me s o f s a l t f r o s t c y c l e s i s
9、1 0 t i me s o f t h a t a f t e r p u r e wa t e r f r o s t At e a r l y s t a g e o f f r e e z e t h a w c yc l e s,t he r e i s a s m a l l d e s c e n t o f dy na m i c e l a s t i c mod ul us o f c on c r e t e a f t e r s a l t f r o s t c o mpa r e d wi t h t he o n e a f t e r wa t e r f r
10、 o s t Th e r e i s a l a r g e a mo u n t o f a i r v o i d s wi t h s i z e o f mo r e t h a n 5 0 gm i n a i r - e n t r a i n e d c o n c r e t e M e a n s p a c e o f a i r v o i d i n n o n a i r e n t r a i n e d c o n c r e t e i S 2 5 t i me s o f t h a t i n a i r - e n t r a i n e d c o n
11、 c r e t e Ch l o r i d e p e n e t r a t i o n o f c o n c r e t e i s we a k e n e d b y i n c r e a s i n g a i r c o n t e n t Ho we v e r ,c h l o r i d e i o n s c o n c e n t r a t e i n s ur f a c e l a y e r of c on c r e t e,whi c h m a y be un f a v o r a bl e f o r r e i nf o r c e m e n
12、t pr o t e c t a ga i ns t c o r r o s i o n c o ns i d e r i ng t h e d e p t h of c o ve r t o r e i nf o r c e m e n t Ke y wo r d s :f r e e z e t h a w ;s a l t f r os t ;mi c r os t r uc t ur e;po r e s o l u t i on;c hl o r i d e pe n e t r a t i on 收稿 13期 : 2 0 1 3 1 1 - 2 0 ;修订 日期 : 2 0 1 4
13、 一 O 1 0 5 基金项 目: 国家重点基 础研究 发展计划 ( 9 7 3计划 ) 项 目( 2 0 1 5 C B6 5 5 1 0 0 ) 国家 自然科 学基金重点 国际合作项 目( 5 1 4 2 0 1 0 5 0 1 5 ) 山东省 高 等学校科 技计划项 目( J 1 4 L G0 5 ) ; 青岛市基 础研究一 联合基金计 J ( 1 3 一 l 一 4 一 l l S - j c h ) 第一作者 : 万小梅 ( 1 9 7 4 一) , 女 , 山东青 岛人 , 青 岛理工 大学副教授 , 硕士生导师 , 博士 E - ma i l : wa n x i a o me
14、i q j 1 2 6 c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 6 3 4 建筑材料学报 第 1 8卷 海洋或除冰盐 环境 下的冻融作用会 造成混凝 土结构的盐冻 劣化 盐 的存 在虽 然可 以降 低混凝 土孑 L 溶液的冰 点, 但 对混凝 土 的耐久性 却会 产 生 更 多负面效应 1 : 一是 提高混凝土饱水 度 , 当混 凝 土饱水度大 于临界饱 水度 时 , 混 凝 土材料会 因静 水压或渗透压 而受 拉破坏 ; 二 是作 为过冷 溶液 的 盐溶液最终 结冰将 增加破 坏作 用 ; 三是混 凝 土表 分析了盐冻条件下混凝土孔结构变化及氯离子传输 规
15、律 本文的研究将为揭示冻融环境下混凝土微结 构演化机理 与混凝 土宏 观抗冻性 能指标 的量化关 系、 建立更合理的氯盐冻融混凝 土损伤模型提供一 定 的试验 基础 。 1 试验方案 面和内部盐浓度差导致 的分 层结冰所产生 的应力 1 1 试块制备 差会造成混 凝土表 面更 严重 的剥蚀 ; 四是除 冰盐 水泥 : 山水东岳集团水 泥厂 生产 的 P O 4 2 5 融化混凝 土表面 的冰雪 时 , 将 引起 额外 的热 冲击 普通硅酸盐水泥, 细度为 3 4 6 m。 k g ; 砂 : 青 岛大沽 而产生破 坏应力 ; 五是 过饱 和盐溶 液在 孔 中析 出 河砂场产中砂 , 细度模数为
16、 2 7 , 级配合格 ; 粗骨料 : 盐结晶而形成结 晶压 , 对混 凝土 内部结 构造 成胀 青岛磊鑫集团的 5 2 O mm连续级配碎石 ; 外加剂 : 裂趋势 盐冻 环境作 用下 的混凝 土损 伤机理 十分 江苏博特新材料公司的J M- P C A( I) 聚羧酸高效减 复杂 近 6 O年来 国外关于混凝 土( 氯) 盐冻 问题 的 水剂和浙江常山的 S J 一 3型三萜系粉末状引气剂 物理损伤机理研究在多方面得 到了较为一致 的规 制备 了未引气 、 弓 气 2种类型共 4种水灰 比的 律 , 但关于盐冻环境下 的混凝 土微结构 以及 传 试块 ; 在混凝土拌制过程 中测定拌 和料
17、的含气量和 输性质 的研究仍缺乏系统结论 坍落度; 试块成型 1 d后拆模, 放入水 中养护至 2 8 d 本文研究了水灰 比、 含气量等因素对混凝土在 龄期 此外, 各组试块以 1 0 0 mm1 0 0 mm1 0 0 mm 冻融和盐冻环境下劣化 的影响 , 进行 了微观形貌分 的立方体规格测得其 2 8 d抗压强度 试块配合 比、 析和冻融条件下氯离子在混凝土 中的传输性试验 , 含气量 、 坍落度和抗压强度见表 1 表 1 试块配合比、 含气量、 坍落度和抗压 强度 Ta b l e 1 M i x pr o p o r t i o na i r c o n t e nt -s l u
18、 mp a n d c o mp r e s s i v e s t r e n g t h o f s p e c i me n Mi x p r o p o r t i o n ( k g m一 。 ) Wa t e r d u c i n g Ai r _ 。 n r i n e d S lu mp C o mp r e s , s i v e A i r c 。 nt e n t Ce me n t S a n d Gr a v e l W a t e r( b v 昭ma ( b y mm 2 n 8 d M P a ( b y v 0 】 u me ( b y s s ) ( b
19、y ma s s ) “ “ “ 用于混凝土质量损失和相对动弹性模量测定的 试块规格为 1 0 0 mmx1 0 0 mm4 0 0 iT l m 的棱柱体 对试块 的砂浆部分取样 , 进行侵入氯离子含量分析 、 扫描 电镜 观测 和孔 结构 的压 汞分析 1 2 冻 融过 程和 试验 方法 将养护后的试块预饱水处理后浸泡在质量分数 为 3 的 Na C 1 溶液中, 根据 G B T 5 0 0 8 2 -2 0 0 9 普 通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准 规定 的快冻法对试块进行一定次数的冻融循 环( 0 ,2 5 , 5 0 , 1 0 0 , 2 0 0次) , 同步对另一部分
20、试块参照快冻法 进行水冻冻融 对经过水冻及盐冻后 的水泥砂浆试 块取样 , 用 P o r e Ma s t e r 一 3 3全 自动压汞仪进行 压汞 孔结构分析 , 用 日立 S 一 3 5 0 0 N扫描 电子显微镜进行 微观结构分析 评 价 盐冻 后 试 块 中 的 氯 离 子 含 量 ( 质 量 分 数 , 下 同) 时 , 先对试块成 型面 由表及 里间隔 1 2 mm 逐层磨粉 , 磨 粉 时注意剔 除或 避开粗 骨料 集 中 的 区域 , 随后按 照 行业 标准 J T J 2 7 O 一9 8 水 运 工程 混凝 土试 验 规 程 中 的 化 学 滴 定 分 析 法 来 测
21、定 混 凝土中水溶性氯离子含量 氯离子在混凝土中的扩散属于非稳态扩散, 可 以近似用 F i c k第二定律来描述: r C ( x ) 一 C o + ( c s C o ) 1 一 e r f ( j 式中: z为距混凝土表面的深度, mm; t 为暴露于盐 溶液中的时 间, S ; C 。为混凝 土表 面理论 氯离 子含 4 4 2 2 O O O O M M O O O 0 O O O O 蛆驵鹃娼 弛 N A 从 B酣 c 队 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 4期 万小梅 , 等 : 盐冻环境下混凝 土的微 结构和氯离子渗透性 量 , ; C 。为
22、混凝土初 始氯离子含量 , ; D 为混凝 土氯离子扩散系数 , mm。 s 根 据式 ( 1 ) , 通 过测 定 侵 入 混凝 土 的 自由氯 离 子含量 , 并 利用 MATL AB软 件 以最 小二 乘 法 拟 合 出氯 离子 扩散 系数 D 和表 面理 论氯 离子 含 量 C 。 , 即 可 对 混 凝 土 的 抗 氯 离 子 渗 透 性 能 进 行 分 析 2 混凝土 的冻融劣化和微结构分析 2 I 混凝 土 冻融后 的 宏观物 理 劣化 表 2给 出了混凝 土 经过盐 冻 和水冻 后部 分 宏 观 物理力学指标测定结果 水灰 比对经过 5 O次盐冻循 环混凝土的影响如图 1 所示
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- 环境 混凝土 微结构 氯离子 渗透性
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