电阻率用于混凝土养护状态与效率评价研究.pdf
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1、 材 抖 2 0 1 3 年第1 3 期( 4 4 ) 卷 文章 编 号 : 1 0 0 1 9 7 3 1 ( 2 0 1 3 ) 1 3 - 1 8 8 8 0 4 电阻率用于混凝土养护状态与效率评价研究 钱 觉时 , 陈 伟 , 汪宏涛 , 张 琳 , 李美利。 ( 1 _ 重 庆大学 材 料科学 与工 程学 院 , 重 庆 4 0 0 0 4 5 ; 2 解放军后勤工程学院 营房管理与环境工程系 , 重庆 4 0 0 0 4 1 ; 3 河南省建筑科学研究院, 河南 郑州 4 5 0 0 5 3 ) 摘 要: 通过测量电阻率可望实现对混凝土养护过 程 的监 测 。测量 不 同养护 条
2、件 下混 凝 土 1 5 c m 表层 区域 内电阻率随养护龄期的变化 , 然后测量不 同条件 养护 2 8 d的混凝土浸水后表层 区域 电阻率随浸水时间 的变化, 最后对比分析混凝土表层 区域不同位置 的电 阻率 变化 规 律 。 结 果 显 示 , 采 用 混凝 土 表 层 1 2 c m 与 4 5 c m 区域 电阻率的差值可以反映混凝土养护状 态, 差值越大表明混凝土的养护不良; 根据水分侵入条 件 下 混凝 土表层 不 同 区域 电阻率 降低 程度 , 可 以判 断 混凝土养护效率, 电阻率降低幅度大表 明混凝土养护 不 良。 关键 词 : 混凝 土 ; 电 阻率 ; 养 护 ;
3、含 水率 中 图分类 号 : T U5 2 8 0 1 文献 标识 码 : A DOI : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 1 9 7 3 1 2 0 1 3 1 3 0 1 6 1 引 言 混凝 土 是非 常重 要 的结 构材 料 , 但 要 有 良好 的力 学 性 能和耐 久 性 能 必须 适 当养 护 。现 在 实 际 工程 养护主要是采用在混凝土表面洒水 的手段 , 操作实施 并 不 困难 , 但是 实 际 工 程 中难 以有 效 控制 或 者 并 没 有 统一合理的养护标准 , 从 而出现 了较多因养护不 良造 成混凝土性能下降的现象 。 混凝 土养 护是 否
4、充分 或者 什 么状态 下需 要 进行 养 护 , 目前还没有有效的方法进行监控, 现有养护监控更 多 通过 人工 凭经验 进行 判 断 。较多 研究 结 果表 明_ 4 , 养护对混凝土的影响主要集 中在表层区域 , 越靠 近表 层 , 影 响程度 越 大 。一 些养 护评 价方 法 通 过混 凝 土 的吸水量进行判断 , 即混凝土吸水 量小表 明混凝土养 护充分 , 但是混凝土吸水量受水灰 比、 外部环境 、 矿物 外加剂等很多因素的影响 , 即混凝土不同吸水量也不 同lL 9 , 因此通过绝对 吸水量来评价混凝 土养护效果缺 乏可 比性 。 混凝 土 电阻率 的测 量 简 便快 速 _
5、1 , 因此 已有较 多 电阻率与混凝土性能之间关系的研究结果_ 】 。前期 研究显示 通 过测 量 电阻 率可 以反 映混凝 土 养 护 效 果l l “ 。由于混凝土内部 的水分相对表层不易损失 , 采用一定龄期时表层和 内部混凝土电阻率差异可表示 养护效果 , 差异较大时则表明混凝土养护不充分 ; 另一 方面 , 养护不充分的混凝土表层孔隙率较大 , 水分更容 易从混凝土表层侵入 , 很显然, 水分进入混凝土 内部不 同位 置 的时 间以及数 量 与混凝 土密实 度有 非 常大 的关 系, 考虑到电阻率与混凝土含水率的相关性 , 可以通过 测 量混 凝土 吸水后 不 同位置 的电 阻率
6、变化 值 来反 映 混 凝土的养护程度。 试验测量两种配合 比混凝土的表层和内部电阻率 在不同养护条件下 的变化 , 并比较浸入水分后混凝土 不同区域在不同时间的电阻率变化 , 通过分析 电阻率 变化特征 , 以期基于表层 电阻率测量可 以用于混凝土 养护监控与评价。 2 实 验 2 1 原材 料 水 泥 采 用重 庆 拉 法 基 P0 4 2 5普 通 硅 酸 盐 水 泥 , 化 学 组 成 为 S i O 2 2 0 2 , A1 O。6 1 9 , F e 2 O。 2 6 5 , C a O 5 8 9 9 , Mg O 2 5 3 , 烧 失 量 3 O 8 V oo ; 细集 料采
7、 用天然 中砂 , 粗集 料 为破 碎 石灰 石 ; 减水 剂 为 聚羧 酸减 水剂 。 2 2 实验方 法 2 2 1 混凝 土配合 比 采用 C3 O和 C 6 0混凝土, 配合 比见表 1 。 表 1 混凝土 配合 比 ( k g m。 ) T a b l e 1 Mi x p r o p o r t i o n s o f c o n c r e t e( k g m。 ) 混 凝 土 水 泥 砂 石 子 水 减 水 剂 2 8 d强度 ( M P a ) C3 0 3 5O 6 48 1 17 7 1 7 O 7 35 8 C6 O 5 00 7 3O 1 O1 O l 55 1 O
8、 67 4 2 2 2 混 凝 土成型 与 电极 埋 置 测 量混凝 土含 水 状 态 与 电 阻 率 关 系采 用 4 c m 4 c m1 6 c m 尺寸试 件 , 粗 集料 为 5 l O mm 碎石 , 电极 为 3 c m3 c m 黄铜 片 电极 , 电极对 距离 5 c m, 随试件 成 型一同埋入试件 。试件成型 2 4 h后拆模 , 然后分别浸 水养护和干燥室养护至 2 8 d龄期 , 浸水养护温度 为( 2 0 2 ) |C, 干燥室养护控制相对湿度为( 6 0 5 ) , 温度 * 基金项 目: 国家 自然科学重点基金资助项 目( 5 1 1 3 2 0 1 0 ) ;
9、 西部交通基金资助项 目( 2 0 0 9 3 1 8 0 0 0 0 3 3 ) 收到初稿 日期 : 2 0 1 2 1 0 2 5 收到修改稿 日期 : 2 0 1 3 0 3 2 2 通讯作者 : 钱觉 时 作者简介 : 钱 觉时( 1 9 6 2 一) , 男 , 安徽桐城 人, 博 士, 教授 , 主要从事水泥基材料研究 。 钱觉 时 等 : 电阻率用 于混凝土养护状态 与效 率评 价研 究 为 ( 2 O 2 ) 。分 别 通 过失 水 和 吸 水 来 调 整浸 水 养 护 和室内空气养护试件 的含水率 , 浸水养护试件失水环 境 为相 对湿 度 ( 6 0 士5 ) , 温度 (
10、 2 0 2 ) , 干燥 室养 护 试 件 的吸水 环 境 为相 对 湿度 9 8 1 0 0 , 温度 ( 2 0 2 ) 。 C。 测量混凝土表层电阻率采用 4 0 c m3 0 c m1 5 c m 试件 , 电极为 Oo 6 c m3 5 c m 铜 棒 以消 除 混凝 土不 均 匀性 的 影 响 , 电极 置 于 距 离 混 凝 土 上 表 面 1 、 2 、 3 、 4 、 5 c m 位 置 , 电极 对 中心 间距 为 5 c m, 电极 在 成 型 时 埋 入 , 电极 布置示 意 图见 图 1 。 混凝土 混凝土表面 电极 1 l15 图 1 混凝 土 电极埋 置 示意
11、图 Fi g 1 Sc he m a t i c d i a g r a m o f s pe c i me n f or c o nc r e t e e l e c t r o de pl a c e m e n t( c m ) 2 2 3 混凝 土 养护 与浸水 实验选 择 干燥 养 护 ( d r y ) 、 空气 养 护 ( a i r ) 、 饱 水 养 护 ( wa t e r ) 3 种 方 式 。干燥 养 护 采 用 1 0 0 0 W 碘钨 灯 照 射和电风扇吹风来模拟, 调整碘钨灯照射高度 , 控制混 凝 土上 表面 空气 相对 湿度 约 4 0 5 O , 温度 约
12、4 5 5 5 范围, 调整电风扇风速约为 4 5级 , 每天模拟 8 h 后再 空 气 养 护环 境 。空气 养 护 时 室 内相 对湿 度 约 8 O 9 O , 温度 约 2 O 3 0 C。饱 水 养 护 为试 件 上 表 面全 部 泡水 , 水 温 约 1 8 2 5 。所 有 试件 成 型后 随 即 覆膜 , 干燥 养 护 和 空气 养 护 在成 型 后 2 h后 开 始 , 饱 水 养护 1 d后开始 , 养护龄期均为 7 d , 然后置于室内进行 空气养护至 2 8 d 。浸水时采用凡士林密封混凝土与模 具 间缝 隙 。 2 2 4 电阻 率 的测量 采用美国 F l u k
13、e 公司 8 8 o 8 A 高精度数字多用表。 4 c m4 c m1 6 c m 试 件 按 导 电 面 积 3 c m3 c m、 导 电 距离 5 c m计算 ; 4 0 c m3 0 c m1 5 c m试件的导电面积 为铜 棒 电 极 与 混 凝 土 接 触 面 的 等 效 横 截 面 积 , 按 0 6 c m3 0 c m 计算 , 导 电距离 为 5 c m。 3 结果与讨论 3 1 混 凝土 含水 状态 与 电阻率 的关 系 混凝土含水率变化导致孔隙溶液中导 电离子迁移 情况 发生 很 大 变 化 , 因此 影 响混 凝 土 导 电 性 能 。 图 2 给出的是 C 3 0
14、与 C 6 0混凝土浸水养护和干燥养护 2 8 d 后, 通过失水和吸水调整混凝土的含水率所测得的电 阻率变化情况 , 以反映混凝土含水状态与混凝土电阻 率之 间 的关 系 。 图 2 混凝 土 含水 变化 对 电阻率 的影响 Fi g 2 Ef f e c t s on e l e c t r i c a l r e s i s t i v i t y o f c o nc r e t e wi t h c h a ng e o f wa t e r c ont e n t 图 2结果 表 明 C 3 0与 C 6 0混 凝 土 试 件 失 水 过 程 中电阻率 都有 非常 明显 的增 加
15、, 由于 C 6 0混 凝 土 更 加 密实 , 失水 较 为 困难 , 进 一 步 失水 可 能 只 局 限 于表 层 , 因此电阻率增加幅度较小 。同样 , C 3 0与 C 6 0混凝土 试 件 后吸水 电阻率 降低 也 非 常 明显 , 由 于 C 3 o混 凝 土 孔隙率较多, 因此吸水更容易 , 电阻率降低幅度更 大。 图 2实验结果表明混凝土电阻率与含水率有一定的对 应 关 系 , 即混凝 土含水 状态 发生 较小 范 围 的变 化 时 , 电 阻率 就有非 常显 著 的改变 。 3 2 不 同养护 条件 下混凝 土表 层 电阻率 的变化 混 凝土 硬 化 过 程 中 环 境 影
16、 响通 常局 限 于 表 层 区 域 , 因此不 同养 护 方式 对 混 凝 土性 能 的影 响 也集 中在 表 层 区域 。图 3给 出 的 是不 同养 护 条 件下 , 混凝 土距 表 层 1 5 c m 区域 的 电阻 率 测 试 结 果 , 考 虑 养 护 对 t 昆 凝 土 的影 响主要集 中在较早 龄期 , 试验 选择 7 d养 护历 程 。 图 3 ( a ) 结 果显 示 , 干 燥养 护时 混凝 土表层 1 2 c m 区域 的电阻 率 增 加 幅度 远 大 于 4 5 c m 区域 , 空 气 养 护 时混 凝土 不 同 区域 的 电 阻率 变 化 也 有相 似 规 律 ,
17、 但 是 变化 幅度 低 于干 燥 养 护 , 而饱 水 养 护 时 不 同 区域 混 凝 土 电阻率 变化基 本一 致 。对 比 图 3 ( b ) 与 ( a ) 可 以看 出 , 不 同养护 条件 下 C 6 0混 凝 土 表层 电 阻率 变化 规 律 与 C 3 0混凝 土 类似 , 但变 化 幅度 要小 一些 。 图 3结果表明, 表层不 同区域电阻率差值能较好 反 映混凝 土 中水分 的变化情 况 。干燥养 护 条件 下 电 阻 率 增加 幅度 较大 , 表 明混凝 土 中水 分损 失较 多 , 饱 水养 护条件下的电阻率变化幅度很小 , 也反映了混凝土 中 水分得到较好 的保持。
18、另外 , 干燥养护和空气养护时 , 混凝 土表 面 电阻 率 变化 幅度 较 大 , 也 反 映 了距 离 混 凝 土 表面越 近 区域 的水分 更 易 蒸 发 的 特征 , 而饱 水 养 护 时 混凝 土表层 各 区域 电 阻率 相 差 较 小 , 也反 映 了混 凝 暑o G l l 苗l s a J io So o l | Eo 。 G) I l 苗l s a J l P o 葛0 m l | 材 料 2 0 1 3 年第1 3 期( 4 4 ) 卷 的变化 。 从 图 4 ( a ) 可以看出, 不同养护条件下 , C 3 O混凝土 浸水后表层 1 2 c m 区域的电阻率都会 明显
19、降低 , 其 中干燥养护降低幅度最大 , 空气养护次之 , 饱水养护最 小 。从 图 4 ( b ) 可 以看 出 , C 6 0混凝 土 与 C 3 O混凝 土 的 变化规律相似 , 只是变化幅度减小。由此可知 , 混凝土 在浸水条件下表层电阻率的降低幅度与其养护条件明 显相关 , 干燥养护混凝土表面浸水条件下水分渗入程 度较 大 , 因 此 混 凝 土 电阻 率 变 化 幅 度也 较 大 。另 外 , C 6 O混凝 土水灰 比低 于 C 3 O混 凝 土 , 同 等养 护 条 件 下 结构 更为致 密 , 养护不 良所影 响 的区域较 浅 。 3 4 电 阻率用 于混凝 土养护 监 控与
20、 评 价 的可 行 性分 析 上述实验结果显示, 比较表层不 同区域的电阻率 可以了解混凝土的养护历程或评估养护效果 。由于电 阻率非常易于测量, 通过预先埋设或者后置 电极 , 可实 现结 构混 凝土 养护 状 态 的在 线 监 测 和 自动 控 制 , 与 其 它技 术组 合使用 , 甚 至也 能 监 测混 凝 土 结 构表 面 微 裂 缝 的产生 。 3 4 1 用 于混 凝 土养护 的监测 与控 制 目前实 际工程 养 护 还是 完 全 依 靠 工 人 的经 验 , 对 于混凝土是否养护充分或者是否需要补充水分以及补 充多少水分 , 则难以进行有效判断。借助混凝土表层 电阻率的测量结果
21、则可以实现混凝土养护状态的监测 和 自动控 制补充 水分 。 根据 图 3结 果 , 计 算 混 凝 土 表 层 1 2 e ra 和 4 5 e m 区域 的平均 电阻率差值 变化情 况 见表 2所示 。表 2结果 显示 , 对 于 C 3 o与 C 6 0混凝 土所有 养护 龄 期 时 , 干燥养护与空气养护条件下表层 1 2 c m 电阻率高于 内部 4 5 e m 电阻率 , 而饱水养护条件下表层 1 2 c m 电阻率低 于 内部 4 5 c m 电 阻率 。很 显 然 , 当表 层 外 部与内部电阻率差值 达到一定程度 时就需 要补充水 分 , 当差值小于一定值时则表明混凝土养护状
22、态 良好 , 实际工程可以通过记录该差值随时间变化就能反映混 凝土 养护状 态 。 表 2 混 凝 土 养 护 历 程 中 的 表 层 与 内部 电 阻 率 差 值 ( Q1 2 一 Q4 ) Ta b l e 2 Di f f e r e n c e( Ql _ 2 一Q4 5 )o f s u r f a c e a n d i n 一 土内部水分保持情况基本一致的特征 。 3 2 0 4 k Q c m 1 9k Q c m 。 3 1 1 4k Q cm Ai r Dr y 户 Ti mel d 图 3 混凝土表层电阻率在不 同养护历程 中的变化 Fi g 3 El e c t r i
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- 电阻率 用于 混凝土 养护 状态 效率 评价 研究
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