新老混凝土中氯离子渗透性能研究.pdf
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1、2 0 1 1年 第 1 1期 (总 第 2 6 5期 ) Nu mb e r 1 1 i n 2 0 1 1 ( T o t a l No 2 6 5 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 理论研究 THEORETI CAL RES EARCH 新老混凝土中氯离子渗透性能研究 赵东和 ( 河南省第五建筑安装工程 ( 集团)有限公司,河南 郑州 4 5 0 0 0 7 ) 摘要: 钢筋混凝土腐蚀已成为全世界土木工程界所关注的重大技术问题, 在当今被确认是影响混凝土结构耐久性的首要原因, 氯离 子渗透腐蚀是引起钢筋混凝土腐蚀的首要原因, 针对既有混凝土结构修补体系涉及的耐久性问题 , 通过
2、试验研究了水灰比、 掺合料以及 界面处理方式对新老混凝土中氯离子渗透机能的影响, 为混凝土耐久性研究提供了重要依据。 关键词: 新老混凝土;氯离子;渗透机能;耐久性 中图分类号 : T U5 2 8 0 l 文献标 志码 : A 文章编号 : 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 1 ) 1 I - 0 0 4 4 0 3 S t u dy 01 1 c hl or i de i on pe ne t r a t i on i n ne w an d ol d c on c r e t e Z HAO Do n g - he ( T h e F i f t hC o n s t r
3、u c t i o n a n d I n s t a l l a t i o nE n g i n e e r i n g( G r o u p ) C o mp u n yL i mi t e d , Z h e n g z h o u4 5 0 0 0 7 , C h i n a ) Ab s t r a c t : R e i n f o r c e d c o n c r e t e c o r r o s i o n h a s b e c o me a w o r l d wi d e c o n c e m o f c i v i l e n g i n e e r i n g
4、 t h e ma j o r t e c h n i c a l i s s u e s I t i s i d e n t i f i e d t o d a y t h e p r i ma r y r e a s o n s f o r t h e d u r a b i l i t y o f c o n c r e t e s t r u c t u r e s , t h e n t h e r e i n f o r c e d c o n c r e t e c o r r o s i o n i s ma i n l y c a u s e d b y c h l o r
5、i d e i o n p e n e t r a t i o n F o r e x i e d c o n c r e s t r u c t u r a l d u r a b i l i t y o f r e p a i r s y s t e m i n v o l v e d, WC h a v e s t ud i e d the wa t e r - c e me n t r a t i o, a d mi x t u r e a n d i n t e r f a c e t r e a t me n t s i m p a c t t o the f u n c t i
6、o n o f c h l o r i d e i o n p e n e tri o n i n n e w and o l d c o n c r e t e a nd p r o v i d e d a n i mp o r t a n t ba s i s f o r c o n c r e t e d u r a b i l i t y r e s e a r c h K e ywo r d s : n e w a n do l d c o n c r e t e ; c h l o r i d ei o n ; p e n e t mt i o nf u n c t i o n;
7、d u r a b i l i ty 0 引言 老混凝土的修补早在 2 0世纪 5 0年代就已经受到世界各国 的重视 , 现阶段已经迅速发展成为一门新兴的工程行业, 并且已有 各种各样的修补方法得到采用, 由于氯离子的渗透腐蚀作用, 大部 分结构在修复过后的几年内又重新发生严重的劣化, 需要再次修 补, 维修费用也逐年增加, 如何在 昆 凝土结构维修加固后能保证钢 筋混凝土结构的耐久性和安全性, 直接决定着国家的经济效益和 安全效益, 因此, 对新老混凝土的耐久陛进行深入的研究具有重大 的工程意义和现实意义。 本研究基于修复后的钢筋混凝土结构复 合系统内部的复杂陛, 从组成复合系统的不同材料的
8、各自特点及 其之间的 介质的传输特性与相互作用出发, 揭示新老混凝土修复 系统中氯离子迁移的特征, 为新老混凝土耐久陛研究提供依据。 1 试 验 概 况 i 1 原材料 ( 1 ) 水泥 : 本试验采用的是河南孟电集团水泥有限公司生 产的P C 3 2 5级水泥。 ( 2 ) 细骨料: 河砂, 堆积密度 l 5 0 0 k g m , 表观密度 2 5 5 0 k g m3 。 计算得细骨料细度模数为 2 4 7 。 ( 3 ) 粉煤灰( F A ) : 风选 I 级粉煤灰 , 密度 2 3 6 9 g c m 3 , 勃氏 比比表面积 5 2 0 m g 。 ( 4 ) 矿渣粉( S L G
9、) : $ 9 5 矿渣, 勃氏比表面积 5 0 0 m2 k g 6 ( 5 ) 丁苯橡胶聚合物( S B R ) : 采用河南某有限公司生产的 S B R聚合物。 收稿日期:2 0 1 1 _ 0 5 2 3 4 4 1 2 新 老 混凝 土试件 的制作 及 配合 比 新老混凝土试件以老混凝土为基底, 将不同配合 比的新混 凝土浇筑于基底上, 成型相应的试件。 在基底层浇筑不同新混凝 土时, 还考虑了不同的界面的处理方式, 主要包括用水泥混凝 土、 涂抹 S B R聚合物水泥混凝土以及饱水处理等 3种方式进行 新老混凝土结合面进行处理。 新老混凝土试件的制作如下 : ( 1 ) 采用内尺寸
10、为 4 0mmx 4 0mmx l 6 0n 3 i nP V C塑料模具, 作为浇筑混凝土成型的模子。 ( 2 ) 在模具上浇筑老混凝土试件 , 振捣成型后放人干燥通 风地方。 1 d后拆模, 将试件放人标准养护室内养护 2 8 d 后取出, 待其表面水分晾干后 , 将试件在试验机劈裂成两半 , 得到尺寸 为 4 0 mmx 4 0 mmx 8 0 r r l m的混凝土试件, 将切割好老混凝土试 件放入烘箱中烘 2 4 h 。 用钢丝刷将其表面的浮灰刷除, 消除表面 松动和开裂部分。 待清理完毕之后用其 4 0 m mx 4 0 mm的一面 作为老混凝土的黏结面。 ( 3 ) 将上述处理过
11、的老混凝土试块结合面用干净的自来水湿 润, 使水 自 然浸透, 结合面不留水迹, 置于 自 然通风位置, 使之 达到干燥状态, 之后用毛刷涂抹一层界面剂, 厚约 0 5 1 0 mm。 待界面剂无流淌时 , 在其上浇筑新的混凝土试件置于4 0 mm 4 0 mmx l 6 0 mm试模中,随即浇筑新混凝土成型。 需要注意的 是对于湿饱和界面, 在浇筑新混凝土前, 用湿布擦干其表面水 分。 新老混凝土试件浇筑成型如图 l 所示。 ( 4 ) 将新老混凝土试件成型 1 d后拆模 , 将其放入标准养护 室养护 2 8 d后取出。 丑 1 6 0mm 图 1 新老混凝土试件示意图 试验设计的新混凝土主
12、要考虑了不同水灰比、 矿物掺合料 ( 粉煤灰、 矿渣) 以及掺 S B R聚合物等对氯离子渗透的影响, 此 外对于新老混凝土结合界面的处理, 分别采用涂抹水泥混凝土、 涂抹 S B R聚合物水泥混凝土和对老混凝土界面进行饱水处理 三种界面处理方式。 试验采用新老混凝土的水灰比组合见表 1 所示。 表 1 新老混凝土的水灰比组合 在新混凝土中掺人矿物掺合料( 粉煤灰 、 矿渣 ) 以及 S B R 聚合物, 关于掺合料的掺量见表 2 所示。 表2 新混凝土掺入掺合料的掺量 新老混凝土的配合 比见表 3 所示。 2 混凝土氯离子渗透性测定方法 本试验主要采用 AS T M C1 2 0 2混凝土渗
13、透性电评价方法 来研究新老混凝土的抗氯离子渗透性能, 通过在混凝土试件两 端加入电压, 测试了不同因素下的混凝土试件在 6 h 通过的库仑 电量 c和电阻率P , 通过试验分析新老混凝土的抗氯离子渗透性 的主要影响因素。 按照 A S T M C 1 2 0 2方法的规定, 采用北京北交富沃机电工 表 3 新老混凝 土试件 中新混凝土的配合比 注 : 表 中 L X1 、 L X2 、 L X3 、 L X4、 L XF 、 L XS 、 L X B、 L X C1 、 L X C 2和 L X C 3表示不同组成 的新老混凝土试件 , 如 L X1 表示 由老混凝土与新混 凝土 x 1 得到
14、的新老混凝土试件, 以此类推; L X C 1 、 L X C 2 和 L X C 3 表示 在由老混凝土与新混凝土 x 1 得到的新老混凝土的界面采用不同的界面 处理的试件, c l 、 C 2 分别表示采用水泥净浆、 聚丙烯酸酯乳液对老混凝土 结合面进行界面处理, C 3 表示在浇筑新混凝土之前对老混凝土饱水处理。 行混凝土氯离子渗透性测试, 测试装置如图 2 所示。 图 2 混凝 土氯离子电迁移试 验设备 取同组 3个试件通过的电量的平均值, 作为改组试件的电 通量。 以6 h内通过混凝土电量的高低来判断混凝土的渗透性, 利用上述方法计算得到的混凝土试块 6 h库仑电量可由表 4评 程科
15、技有限公司生产的F W- I I I 八通道混凝士电通量测定仪进 价混凝土抗氯离子渗透性能等级。 表 4 混凝土氯 离子渗透性能与库仑电量的关系 3 试验结果及分析 表 5 为不同类型混凝土试件在施加 6 h电压后库仑电量试 验结果 , 试件的龄期均为 2 8 d 。 表 5 不 同混凝土 的 6 h库仑 电量试验 结果 3 1 水灰比对混凝土抗氯离子渗透性的影响 在不同水灰 比条件下 , 新混凝土试件、 新老混凝土试件 6 h 电通量的试验结果如图 3 所示。 由图 3可知: 对于新混凝土而 言 , 随水灰比减小, 其 6 h库仑电通量逐渐减少; 当混凝土的水 灰比为 0 6时, 其库仑电量
16、达到 5 0 0 0 C以上 , 说明混凝土的渗 透性比较高。 相比而言, 新老混凝土试件的 6 h电通量要比新混 凝土的 6 h电通量要小, 其中由老混凝土和水灰比为 0 6新混凝 土构成的新老混凝土试件的 6 h电通量同比下降了4 2 0 6 , 而 其他两种新老混凝土试件的6 h 电通量均小于新混凝土试件和 老混凝土试件 6 h电通量。 这种情况的原因可能是因为当新混 凝土浇筑于基底老混凝土表面时, 由于离子介质的迁移、 界面处 水分以及离子介质的迁移由此产生的物理、 化学作用 , 对新老 结合面处的微观结构存在改善作用 , 因而, 导致新老混凝土的 6 h电通量降低。 4 5 水 灰
17、比 ( a ) 新混凝土电通量与水灰比的关系 水灰 比 ( b ) 新老混凝土电通量与水灰比的关系 编 号 ( c ) 图 3 水灰比对混凝 土电通量 的关 系 3 2 不同矿物掺合料对混凝土抗氯离子渗透性的影响 图4给出了不同矿物掺合料条件下新、 老混凝土试件和新老 混凝土试件的 6 h库仑电量测试结果 , 新混凝土的水灰比为0 6 。 从图4可知, 对于新、 老混凝土试件而言, 粉煤灰等量替代部分水 泥2 O 后, 与基准新? 昆 凝土( x1 ) 试件相比, 掺粉煤灰混凝土6 h电 通量降f 氐7 2 6 , 矿渣等量替代部分水泥 2 0 , o , 混凝土试件电通 量降低 9 1 5
18、; 对于新老混凝土试件而言, 分别由掺粉煤灰、 矿渣 混凝土和老混凝土形成的新老混凝土试件的电通量均低于原来的 新、 老混凝土试件的库仑电量, 且也低于未掺掺合料的基准新老混 凝土试件( x1 ) 的库仑电量。 值得注意的是, 各新老混凝土试件 的 6 h 库仑电量均低于原有的老、 新混凝土试件的6 h库仑电量。 这可能是由于在新老混凝土中结合面微结构发生得到改善的缘 故, 因为新老混凝土龄期不同, 内部相对湿度也不同, 但新混凝土 浇筑于老混凝土基底层上, 结合面处的新混凝土内的水分将向 老混凝土中迁移, 使得结合面处新混凝土有效水灰比降低, 而老混 凝土得到水分将进一步发生水化 , 这将使
19、得新老混凝土结合面 4 6 编 号 图4 矿物掺合料对混凝土 6 h 库仑电量的影响 处的界面微结构得到改善, 使得 6 h 库仑电量降低。 3 3 S B R 聚合 物的 影响 图 5给出了掺入 1 5 S B R聚合物的新混凝土及由其与老 混凝土形成的新老混凝土试件的6 h电通量的测试结果。 相比 基准新混凝土试件( x1 ) 而言, 掺 S B R聚合物后的新 昆 凝土试 件 6 h电通量降低了6 6 6 ; 对于新老混凝土试件而言 , 由掺人 S B R聚合物的新混凝土和老混凝土组成的新老混凝土试件的 6 h电通量也比较低, 而且要小于基准新老混凝土试件( L x1 ) 的 6 h电通
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