粉煤灰对混凝土表面氯离子浓度的影响.pdf
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1、第 2 7卷第 4期 2 0 1 0年 l 2月 华中科技大学学报( 城市科学版) J o f HUS T( Ur b a n S c i e n c e E d i t i o n ) Vo 1 2 7 N o 4 De c 201 0 粉煤灰对混 凝土表 面氯离子浓度 的影响 江大虎 , 张云清 , 余红发 , 胡 蝶 ( 1 南京航空航天大学土木工程系, 江苏南京2 1 0 0 1 6 ; 2 南京联勘科技有限公司,江苏南京2 1 0 0 1 9 ) 摘要: 用自然扩散法测定了混凝土中的自由氯离子浓度 , 计算了普通混凝土( O r d i n a r y P o r t l a n d
2、 c o n c r e t e , O P C ) 和粉煤灰混凝土( F l y a s h c o n c r e t e , F A C ) 表面氯离子的浓度值, 研究了暴露于海水前的养护龄期、 暴露时间、 粉 煤灰( F l y a s h , F A) 掺量对混凝土表面氯离子浓度的影响。结果表明: 在海水环境中, 混凝土的表面氯离子浓度 均 随着暴露于海水前 的养 护龄期 的延长而减小 , 随着暴露 时间 的延长 而增加 。F A C的表 面氯离 子浓度 基本上 随着 F A掺量 的增加不 断减小。因此 , 对于实 际海 洋环境下 的混凝 士结构 , 在保证 结构强 度的前提 下应
3、尽量增 加 F A的掺量 , 同时延长潮湿养护 的时间 , 有 利于提高结 构的服役寿命。 关键词 : 混凝 土 ; 粉煤灰 ; 氯离子扩散 ; 表 面氯离子浓度 中图分类号 : T U 5 2 8 0 1 文献标识码 : A 文章编 号 : 1 6 7 2 - 7 0 3 7 ( 2 0 1 0 ) 0 4 - 0 0 1 7 - 0 4 在海洋 、 除冰盐和盐湖等氯盐环境条件下 , 钢 筋锈蚀是导致混凝 土结构失效 的最重要 原 因之 一 ,而混凝土的 C l 一 离子 扩散是造成钢筋锈蚀 的 主要原因 , 决定 了结构 的使用寿命 2 J 。氯离子 扩散 是 由于氯离子 的浓度差引起 的
4、 , 在氯离子 扩散过程 中, 表面氯离子浓度越高 , 内外部氯离子 浓度差就越大 , 扩散至混凝土 内部 的氯离子就越 多 , 那么结构 的服役寿命就越短 。从 F i c k第二定 律 的解析表达式 中可以看 出, 混凝 土结构 的表 面氯离子浓度是 影响结构耐久 性 的一 个重要 因 素 。本文主要研究粉煤灰对混凝土表面氯离子浓 度 的影响规律 , 并建立相应的相关关系。 1 实验 1 1原 材料 江南水泥厂生产 的金宁羊牌 P I I 4 2 5型硅 酸盐水泥 , 基本物理力学性能见表 I , 化学组分见 表 2 。青海桥头电厂生产的粉煤灰 ( F l y a s h , F A) ,
5、 细度为 0 0 4 5 mm方孔筛 的筛 余率 1 4 4 , 化学 成分参见表 2 。河砂 , 表观密度 2 6 0 5 k g m , 含泥 量 1 0 , 细度模数 2 7 4 , 属于 中砂 , 区级 配。 玄武岩碎石 , 最大粒径 1 2 mm, 属于 51 6 mm连 续级配。江苏建筑科学研究 院生产 的 J M B型萘 系高效减水剂 , 减水率达 2 0 以上 , N a S O 含量 小于 2 , C 1 一 含量小于 0 0 1 。 自来水。 表 1 水 泥的物理力学性能 细度 妾 凝结时间 标准 抗折强度抗压强度 m 2 k g 癸 3 1 5 0 3 3 4 1 1 0
6、 3 1 5 9 2 6 0 0 6 4 9 2 3 5 4 6 5 2 表 2 主 要胶 凝材料的化学成分 ( 叭 ) 原材料 S i O 2 A 1 2 0 3 C a O M g O S O 3 F e 2 0 3 N a 2 0 0 I L 水泥2 1 5 3 4 6 O 6 4 。 0 9 0 9 6 2 0 9 3 3 7 0 1 2 0 6 2 1 8 4 粉煤灰 5 2 3 7 3 2 1 3 2 1 6 0 4 7 0 3 3 4 1 3 0 2 5 0 6 1 1 3 0 1 2 混凝 土 配合 比 表 3是混凝 土的配合 比和坍落度。其 中 , 普 通混凝土 ( O r
7、d i n a r y P o r t l a n d c o n c r e t e , O P C ) 内 的 配合 比为 : 水泥用量 5 0 0 k g n l 。 , 水灰 比0 3 4 。依 此 为基础 , 设 计 了 F A 掺量 分别 为 1 0 , 2 0 , 3 0 和 4 0 的系列粉煤 灰混凝 土 ( F l y a s h c o n c r e t e , F A C) F 1F 4 。 表 3混凝 土的配合 比和坍落度 娘 县 水 胶比望 焦 签 盟 塑 旦 量 : : : 坍 落 度 ( W B )水泥 F A 砂石 水减水剂引气剂 m m F D O 3 4
8、5 0 0 0 6 5 7 1 1 6 8 1 6 8 5 6 O 0 4 1 9 5 Fl O 3 4 4 5 0 5 0 6 5 7 1 1 6 8 1 6 8 5 6 O 04 1 9 0 F 2 O 3 4 4 0 0 1 0 0 6 5 7 1 1 6 8 1 6 8 5 6 0 04 1 9 5 乃 0 3 1 3 5 0 1 5 0 6 5 7 11 6 8 1 5 3 5 4 5 O 04 1 5 5 F 4 0 2 R 3 0 0 2 0 0 6 5 7】1 6 8 1 3 8 5 4 5 0 0 4 2 0 8 收稿 日期 : 2 0 1 0 - O 9 1 0 修 回日期
9、 : 2 0 1 0 1 0 - 2 0 作者简介 :江大虎( 1 9 8 6 - ) , 男 , 江苏宝应人 , 硕 士研究生 , 研究 方向为混凝 土结构 耐久性 ( j i a n g w e i y u 1 9 8 6 1 6 3 t o m) 基金项 目:国家重点基 础研究 发展计划 ( 9 7 3计划 ) ( 2 0 0 9 C B 6 2 3 2 0 3 ) ; 江苏省 自然科学基金前期预研项 目( B K 2 0 0 5 2 ) ; 南京航空航 天 大学 博士生创 新基金 资助项 目( B C X J 0 7 - 0 4 ) 1 8 华中科技大学学报( 城市科学版) 2 0 1
10、 0矩 1 3实验方 法 1 3 1 试件 制备 与暴露 将水泥、 砂 、 石、 外加剂 、 掺合料等原材料在搅 拌机中干拌 1 mi n , 再加水湿拌 3 mi n 。出料后测 定混凝土拌合 物的坍落度 , 之后 浇注、 振 动成 型 4 0 r n l n x 4 0 mm1 6 0 m l n混凝土试件。试件成型 后带模养 2 4 h , 之后拆模 , 然后移人在 ( 2 0 3 ) o C 饱和石灰水中进行标准养护。混凝土试件 的标准 养护龄期分别为 7 d 、 2 8 d 、 5 6 d 、 1 8 0 d和 3 6 5 d , 之后取出试件暴露于已准备好 的人工海水 中, 暴 露
11、时间分别是 7 d 、 1 4 d 、 2 8 d 、 5 6 d 、 9 0 d 、 1 8 0 d和 3 6 5 d。 人工海水按照美 国 A S T M D 1 1 4 1 - 2 0 0 3的规 定 , 其化学组成见表 4 。 表 4 人工海水的化学组成 ( k g m ) Na CI Mg el 26H2 O Na 2 SO4 Ca C1 2 KC1 2 4 5 l 1 1 4 1 1 2 0 7 1 3 2 取 样 与分析 在暴露 4 0 I n i n4 0 m m X 1 6 0 m m试 件的中 间段取样 , 用钻孔法从试件 中间 1 2段 的两个侧 面采集粉末样品, 钻孔设
12、备为小型钻床 , 合金钻头 直径为 6 m m, 孔与孔之间的距离为 l O1 5 mm。 每个试件依据坐标定位至少要钻 1 21 6个孑 L , 采 样深度依次为 05 m m、 51 0 m m、 1 01 5 m m、 l 52 0 mm等 , 保证从每层混凝土试件 中收集约 5 g 样品, 并用孔径 0 1 6 mm 的筛子过筛 。按 照 国家交通部标准 J T J 2 7 0 - 9 8 ( 水运工程混凝土试验 规程的规定 J , 采用水溶性氯离子含量分析方 法, 测定粉末样品中的 自由 C l 一 离子浓度 。 1 4 数 据处 理 根据实验得到的平均深度 2 5 m m、 7 5
13、 m m、 1 2 5 m m及 1 7 5 m m处 的自由氯离子浓度 C 数 据 , 利用 E x c e l 数学分析软件 , 通过 回归分析拟合 两者之间的一元二次关系。得到混凝土内部氯离 子浓度与扩散深度之间的关 系, 在得到的回归关 系式中, 令深度 = 0时便可以计算得到混凝土表 面自由氯离子浓度 C 值 7 。 2结果与讨 论 2 1 oP C 的表面氯 离子浓 度 2 1 1 暴露于海水前的养护龄期的影响 图 1 是暴露于海水前的养护龄期对海水暴露 时问为 71 8 0 d的 O P C的表面氯离子浓度的影 响。结果表明, O P C的表面氯离子浓度 随着暴露 于海水前的养护
14、龄期的延长而减小 。 谴 暄 梢 图 1 暴露于海水前的养护龄期对海水环境中 O P C表面氯离子浓度的影响 表 5是 O P C的表面氯离子浓度 和暴 露于海 水前的养护龄期 的 回归关系。由表可知 , 在海水 环境 中, 对 于不 同暴露时 间下 的 O P C, 其表面氯 离子浓度与暴露于海水前的养护龄期均符合对数 关系式 : C = A l n ( ) +B ( 1 ) 其中, c 是混凝土表面氯离子浓度 ( ) , T是混 凝土暴露于海水前的养护龄期 ( d ) , A和 是 拟 合参数。 表 5 O P C的表面氯离子浓度和暴露于海水前的 养护 龄期 的回归关系 暴露时间 表面氯离
15、子浓度( C ) 和暴露于 相关 d 海水前的养护龄期( T ) 的回归关系系数 7 C =一 0 1 3 9 2 1 n ( 2 )+ 0 8 0 9 1 0 9 7 7 2 8 =一 0 1 2 3 1 n ( )+ 0 8 6 3 9 0 9 2 7 1 8 0 C =一 0 1 5 1 l l n ( ) +1 1 7 4 6 0 9 1 1 2 1 2与暴 露 时问的 关 系 图2是海水暴露 时间对养护龄期 71 8 0 d 的 O P C的表面氯离子浓度的影响。结果表明, 随 着暴露时间的延长, 混凝 土在海水环境 中的表 面 氯离子浓度逐渐增大 。 褪 鞣 谊 暴露 时 l 司,
16、 d 图 2 暴露时 间对海水环境中 O P C表面 氯离子浓度 的影响 表 6是 O P C的表面氯离子浓度和暴露时间 的回归关系。结果表明, 对 于不 同养护龄期下的 O P C , 其表面氯离子浓度与暴露时间均符 合乘幂 函数关系式: 第4期 江大虎等: 粉煤灰对混凝土表面氯离子浓度的影响 1 9 C =C ( T ) D ( 2 ) 其 中, 是混凝土 的暴露时间 ( d ) , C和 D是拟合 参数。O P C的拟合参 数 C随着养护龄期 的延长 而减小 , 而 D则随着养护龄期的延长而增 大。 表 6 OP C的表 面氯离子 浓度 和暴 露时间的 回归关 系 2 2 F AC 的表
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