混凝土电通量与抗蚀系数及抗盐结晶侵蚀系数的相关性分析.pdf

2 0 1 1年 第 8期 ( 总 第 2 6 2期 ) Nu mb e r 8 i n 2 0 l 1 ( T o t a l N o 2 6 2) 混 凝 土 Co nc r e t e 理论研究 THEORET1 CAL RES EARCH d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 1 0 8 0 1 1 混凝土电通量与抗蚀系数及抗盐结晶侵蚀系数的 相关性分析 黄星 ，黄维蓉 ，余平 。 ( 1 重庆通洋公路工程有限公司 ，重庆 4 0 0 0 6 7 ；2 重庆交通大学 山区道路结构 与材料 重庆市重点实验室 ，重庆 4 0 0 0 7 4 ； 3 安徽省科兴交通建设 程监理有限公司 ，安徽 合肥 2 3 0 0 5 1 ) 摘要： 通过对多元矿物掺合料 、 引气剂及聚丙烯纤维复掺混凝土的耐久性试验研究， 分析“ 控制p H值流动循环溶液侵蚀” 和“ 控制 p H值静止溶液侵蚀” 两种侵蚀方法下混凝土的抗硫酸盐侵蚀及抗十湿循环性能。 试验结果表明多元矿物掺合料复掺对混凝土抗硫酸盐侵 蚀及抗f湿循环性能有 良 好的改善效果； 在某一范围内， 混凝土抗硫酸盐侵蚀及抗干湿循环性能随引气剂和聚丙烯纤维掺量的增加而增 强： 混凝土 6 h电通量与混凝土抗蚀系数及抗盐结晶侵蚀系数问有较好的相关性， 均可作为评价混凝土耐久性的指标。 关键词 ： 硫酸盐侵蚀 ；干湿循 环 ；多元矿物掺合料 ；引气剂 ；聚丙烯纤维 中图分类号 ： T U5 2 8 0 1 文献标志码 ： A 文章 编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 1 ) 0 8 0 0 3 4 0 3 Cor r el a t i on ana l ys i s a bout c onc r e t e f l ux and r e s i s t c o r r osi o n co e ffi c i e n t an d r es i s t er o s i on o f s alt c r y s t al l i z a t i on c oe ffi c i en t HUAN G Xi n g ， HUANG W e i - r o n g ， YU Pi n g ( 1 C h o n g q i n g T o n g y a n g Hi g h wa y E n g i n e e r i n g Co ， L t d ， C h o n g q i n g 4 0 0 0 6 7， Ch i n a ； 2 Ch o n g q i n gKe yLa b o r a t o r yo f M o u n t a i nRo a d S t r u c tur e a n dM a t e ria l s ， Ch o n g q i n g J i a o t o n gUn i v e r s i t y， Cho n g q i n g4 0 0 0 7 4， Chi n a 3 An hu i Ke x i n Tr a ffic Co n s t r u c t i o n En g i n e e r ing S u p e r v i s i o n Co ， Lt d ， He f e i 2 3 00 5 1 ， Ch i n a) Ab s t r a c t ： Th r o u g h t h e d u r a bi l i t y t e s t r e s e a r c h o n mu l t i p l e mi n e r a l a d mi x tur e s， a i r e n t r a i n i n g a g e n t a n d p o l y p r o py l e n e fi be r r e m i x e d c o n c r e t e， a na l y s i s un d e rt h i st wo e r o s i o nme t h o d s ： “ Co n t r o 1 o f s o l u t i o n p H v a l ue o ft h e c u r r e n t e r o s i o n c y c l e ”a n d “ Do n o t c on t r o 1t h e pH v a l u e o f t h e s t a t i o n a ry s o l u t i o n a t t a c k”S u l p h a t e r e s i s t a n c e a n d a n t i d ry c yc l e p e r f o r ma n c e o f c o n c r e t e Th e t e s t r e s ul t s s h o w t h a t mu l t i p l e c o mpl e x mi x e d mi n e r a l a d mi x t u r e s h a s a g o o d i mp r o v e me n t e f f e c t o n s ul f a t e r e s i s t a n c e a nd we t a n d d r y c y c l e p e r f o r ma n c e o f c o n c r e t e ； i n a r ang e r e s i s t a n c e t o s u l f a t e a t - t a c k an d a n t i we t c y c l i n g p e r f o rm an c e o f c o n c r e t e i n c r e a s e d wi t h a i r e n t r a i n i n g a g e n t a n d p o l y p r o p y l e n e fib e r c o n t e n t i n c r e a s e； A g o o d c o rre l a t i o n b e t we e n c o n c r e t e 6 h o u r s o f e l e c t ric flu x， s a l t c o r r o s i o n c o e ffi c i e n t a n d c o n c r e t e e r o s i o n c o e ffi c i e n t o f c rys t a l l i n e， ma y b e a n i n d i c a t o r f o r e v a l u a t i n g t h e d u r a b i l i t y o f c o n c r e t e Ke y w or d s： s u l f a t e a t t a c k； d ry - we t c y c l e s ； m u l t i p l e mi ne r a l a d mi x t u r e s ； a i r e n t r a i n i n g a g e n t ； p o l y p r o p y l e n e fi be r 0 引言 混凝土耐久性是指在使用过程中， 在内部的或外部的， 人为 的或 自然的因素作用下， 混凝土保持自身工作能力的一种性能_ 】 。 混凝 土是 一种复 杂的多孔 材料 ， 是一种渗 透体 ， 其渗 透性和耐 久性 密切相关 。 混凝土 的渗透性决定 了气体 、 液体 以及可溶性有 害物质侵入混凝土的难易程度， 直接决定着混凝土的抗碳化、 抗 化学侵蚀及抗冻融破坏等性能， 是影响 昆 凝土结构物耐久性的 最重要因素之一 ， 而 昆 凝土硫酸盐侵蚀和干湿循环破坏是? 昆 凝 土耐久性的重要方面 1 。 混凝土的渗透性对其抵抗硫酸盐侵蚀 及干湿循环破坏的能力具有极大的影响， 混凝土的渗透性越低， 孑 L 隙率越小， 孑 L 隙结构越趋于细化， 硫酸盐侵入到混凝土内部 就越困难， 相应产生有害物质的速度和数量就会减少 ， 以及因 干湿循环作用形成的结晶性破坏物质也相应减少。 本文采用 AS T M C 1 2 0 2的电通量法进行混凝土渗透性试 收稿 日期 ：2 0 l 1 _ 0 2 _ 2 6 基金项目：西藏交通厅科技攻关项目( 2 0 0 8 0 0 5 ) 3 4 验， 综合渗透性试验、 硫酸盐侵蚀及干湿循环试验结果， 探讨混 凝土电通量与抗蚀系数及抗盐结晶侵蚀系数之间的相关性 ， 以 反映混凝土渗透性与硫酸盐侵蚀及干湿循环破坏的关系。 1 原材料 与试验 方案 1 1 原材料 P 0 4 2 5 R级水泥 ， 中砂 ， 5 1 01T l l n石灰岩碎石 ， 硅 灰 、 矿渣 粉 、 I I 级粉煤灰 ， 十二烷基硫酸钠引气剂， 聚丙烯纤维， 自来水。 1 2 试 验 方案 1 2 1 混凝土配合 比 试验采用的配合比见表 1 。 1 2 2 试验方法及评价指标 ( 1 ) 混凝土渗透性试验。 采用 AS T M C 1 2 0 2试验方法测定 2 8 d 龄期混凝土的电通量， 以6 h内流过混凝土试件的总电量来 评价混凝土 的渗透性 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 1 混凝 土配合 比 ( 2 ) 不控制 p H值静止溶液侵蚀试验方法。 以 G B T 7 4 9 1 9 6 5为依据， 参照高礼雄等人的研究结果旧， 试验采取细石混凝 土试件， 侵蚀溶液为质量浓度 1 0 的硫酸钠溶液 ， 试件尺寸采 用 4 0 mmx 4 0 mm 1 6 0 m i i 1 ， 试件成型 1 d后脱模 ， 移入养护室 标准养护至 2 8 d 。 然后开始侵蚀试验 ， 其 中尺寸为 4 0 mm x 4 0 I T I n l x 1 6 0 mm 的试件 以立式全浸 的方式分别浸泡在硫酸钠溶 液和水 中， 试件间距不小于 5 mm， 液面高出试件顶面 2 - 3 c m。 盛装溶 液的容器全部采取加盖措施 ，以防止溶液蒸发。 试验过程中不 控制溶液的 p H值， 每隔一个月更换一次溶液和水。 该试验方法 简称为“ 静止溶液侵蚀方法” 。 ( 3 ) 控制 p H值流动循环溶液侵蚀试验方法。 所采用的试件 尺寸、 溶液浓度和试件入浸方式都与不控制 p H值静止溶液侵蚀 方法相同， 试件在受侵过程中采用如图 1 所示的方法和装置， 以实 现硫酸盐溶液 的流动循环 ， 同时在整个试验过程中通过 p H值控 制器和加酸计量泵 自动控制侵蚀溶液的p H值， 使溶液 p H值始 终在 7 7 2之间。 每隔一个月更换一次侵蚀溶液。 其中 p H值控 制器和计量泵为美国米顿罗公司生产的 L i q u i t r o n TM D P 5 0 0 0 P H 控制器和 L MI 电磁式计量泵。 图 1 控 制 D H值流动循环溶液侵蚀试 验方法简 圈 ( 4 ) 混凝土抗硫酸盐侵蚀试验。 混凝土抗硫酸盐侵蚀试验 采 取不 控制 p H静 止盐 溶液 侵蚀 和控 制 p H值 流动循 环 溶液 侵蚀两种方法平行进行。 硫酸盐侵蚀试验采用尺寸为 4 0 m m 4 0 m mx l 6 0 n l l n的细石棱柱体混凝土试件 ， 每隔一定龄期检测 其抗折 、 抗压强度 ， 计算抗蚀系数。 抗折抗蚀系数 =试件在侵 蚀液中浸泡一定龄期时的抗折强度 与侵蚀溶液浸泡相同龄 期时水养试件的抗折强度； 抗压抗蚀系数 =试件在侵蚀液中浸 泡 一定龄期 时 的抗 压强度 与侵蚀 溶液浸 泡相 同龄期 时水养 试件 的抗压强度 。 ( 5 ) 混凝土在硫酸盐溶液中的干湿循环试验。 采用尺寸为 1 0 0 mmx l 0 0 mm 4 0 0 m i n的细石混凝土试件， 按照如下浸一 烘 循环制度进行干湿循环试验 7 - s ： 试件在质量浓度为 1 0 的硫 酸钠溶液中浸泡 1 4 h 一取出准备 1 h 一6 0温度下烘干 8 h 一取 出冷却 1 h 一放入硫酸钠溶液中浸泡 ， 如此为一次循环， 总共 2 4 h 。 最大循环次数定为 1 8 0次。 在试件的浸泡过程中， 采取不 控制 p H静止盐溶液侵蚀和控制 p H值流动循环溶液侵蚀两 种方法平行进行。 测试混凝土试件的质量和动弹模量， 以质量 损失率 、 相对动弹模量和抗盐结晶侵蚀系数作为评价指标。 相 对动弹模量 = ( 试件经硫酸盐侵蚀 天后的固有频率) 2 ( 试件 标养 2 8 d时的初始固有频率 ) ， 抗盐结晶侵蚀系数 =试件干 湿循 环 n次的相对 动弹模 量 同一配合 比试 件经硫 酸盐溶 液 侵蚀 n天的相对动弹模量。 2 混凝 土 电通 量与抗蚀 系数及抗 盐结 晶侵 蚀 系数 的相 关性 2 1 静止溶液侵蚀 方法下电通量与抗蚀 系数及抗硫 酸 盐结 晶侵蚀 系数 的 关 系 C 0 - C 7系列混凝土的 2 8 d电通量及其在静止溶液侵蚀方法 下 1 8 O d 龄期的抗折、抗压抗蚀系数及抗盐结晶侵蚀系数见表2 ， 电通量与抗蚀系数及抗盐结晶侵蚀系数之间的线性回归方程 见表 3 。 表 2 静止溶液侵蚀 方法下试验结果 表 3 静止溶液侵蚀方法下线性回归方 程 由表 2可知， 随着混凝土 2 8 d电通量值增大 ， 在静止溶液 侵蚀方法下对应的抗蚀系数与抗盐结晶侵蚀系数均降低。 随着 多元矿物掺 合料 的加入 ， 混 凝土 的电通 量降低 ， 抗蚀 系数和抗 盐结晶侵蚀系数增大。 引气剂或纤维的掺人进一步降低 了混凝 土的电通量 ， 增大了抗蚀系数， 使混凝土的抗硫酸盐侵蚀及抗 干湿循环性能得到改善。 当混凝土的渗透性等级为极低时， 其抗蚀系数及抗盐结晶 侵蚀系数均保持较高的值 ， 混凝土抵抗硫酸盐侵蚀及干湿循环 破坏的能力较强， 说明混凝土的渗透性是决定其抗硫酸盐侵蚀 35 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 及干湿循环性能的首要因素 ， 采用多元矿物掺合料复掺 、 多元 矿物掺合料分别与引气剂 、 聚丙烯纤维复掺等措施极大地降低 了混凝土的渗透性 ， 从而使混凝土的抗硫酸盐侵蚀及抗干湿循 环性能得到改善。 由表 3可知， 混凝土 2 8 d龄期的电通量与抗蚀系数和混凝 土 2 8 d 龄期 的电通量与其在干湿循环 9 0次时 以相对动弹模量 表征的抗盐结晶侵蚀系数之问的相关系数 尺大于 0 9 6 ， 有较好 的线性相关性。 同时从渗透性的角度进一步证明了所采取的措 施对混凝土抗硫酸盐侵蚀及抗干湿循环性能具有较好 的改善 效果。 2 2 流 动 溶 液侵 蚀 方 法 下 电通 量 与 抗 蚀 系数 及 抗 硫 酸盐 结 晶侵 蚀 系数 的 关 系 C O 、 C 3 、 C 5 、 C 7系列混凝土的 2 8 d电通量及其在 流动溶 液 侵蚀方法下 1 8 0 d 龄期时的抗折 、 抗压抗蚀系数以及抗盐结晶侵 蚀系数见表 4 ， 电通量与抗蚀系数及抗盐结晶侵蚀系数之间的线 性回归方程见表 5 。 表 4 流动溶液侵蚀方法下试验结果 表 5 流动 溶液侵蚀方法下线性 回归方程 由表 4 、 5 可知， 在流动溶液侵蚀方法下混凝土的抗蚀系数 与抗盐结晶侵蚀系数变化规律与静止溶液侵蚀方法下相同。 混 凝土 2 8 d龄期的电通量与抗蚀系数和抗盐结晶侵蚀系数之间 的相关系数 R大于 0 9 9 ， 相关性好。 由表 2 、 4可知， 相同龄期的同配合 比混凝土在流动溶液侵 蚀 方法下抵抗 硫酸盐 侵蚀及 干湿循环破 坏的能力 比静止溶 液 侵蚀方法下相对偏低， 但各相应措施呈现出的改善效果却较为 客 观 、 真实。 3结论 晶侵蚀系数均保持较高的值， 混凝土抵抗硫酸盐侵蚀及f湿循 环破坏的能力较强。 ( 2 ) 随着电通量值增大 ， 对应的抗蚀系数、 抗盐结晶侵蚀系 数降低， 且各系列混凝土的 6 h电通量与其抗蚀系数及抗盐结晶 侵蚀系数之间具有 良好的相关性 ， 均可作为评价混凝土耐久性 的指标。 ( 3 ) 多元矿物掺合料 、 引气剂及聚丙烯纤维复掺措施对混 凝土抗硫酸盐侵蚀及抗干湿循环性能具有较 好的改善效果 。 参考文献： 【 1 】龚洛书， 柳春圃 混凝土的耐久性及其防护修补I M 】 C 京： 中国建筑 工业出版 社 ， 1 9 9 0 【 2 】2 吴中伟 ， 廉慧珍 高性能混凝土【 M1 北京中 国铁道出版社 ， 1 9 9 9 【 3 HA R T S H O R N S A， S H AR P J H， S WA MY R N T h e t h a u ma s i t e f o r m o f s u l f a t e a t t a c k i n p o r d a n d - l i me s t o n e c e me n t mo r t a r s s t o r e d i n ma g n e s l u m s u l f a t e s o l u t i o n J C e m C o n c r C o m p o s ， 2 0 0 2 ( 2 4 ) ： 3 5 1 3 5 9 1 4 】S AN T HA N AM M， C O H E N M D， OL E K J Mo d e l i n g t h e e f f e c t s o f s o l u t i o n t e mpe r a t u r e a n d c o n c e n t r a t i o n d u rin g s u l f a t e a t t a c k o n c e me n t mo r t a r s J C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 0 2 ， 3 2 ( 4 ) ： 5 8 5 5 9 2 I 5 申春妮 ， 杨德斌 ， 方祥位， 等 混凝土硫酸盐侵蚀影响因素的探讨 J 1 水利与建筑工程学报， 2 0 0 4 ( 6 ) ： 1 6 1 9 【 6 】高礼雄， 姚燕， 王玲， 等水泥混凝土抗硫酸盐侵蚀试验方法的探讨fJ 1 _ 混凝土 ， 2 0 0 4 ( 1 0 ) ： 1 2 1 3 ， 1 7 【 7 张亚梅， 陈胜霞 ， 高岳毅 浸一烘循环作用下橡胶水泥混凝土的性能 研究I J 1 建筑材料学报， 2 o o 5 ( 1 2 ) ： 6 6 5 6 7 1 8 MO HR B J ， B I E R N AC K 1 J J ， KU R T I S K E Mi c r o s t r n c t n r a l a n d c h e m i c a l e f f e c t s o f w e ff d c y c l i n g o n p u l p fi b e r c e me n t c o mp o s i t e s J C e n e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 0 6 ( 3 6 ) ： 1 2 4 0 1 2 5 1 【 9 】鞠丽艳， 张雄 掺多元复合矿物外加剂高性能混凝土研究l J l _ 同济大 学学报： 自然科学版， 2 0 0 4 ( 8 ) ： 1 0 2 7 1 0 3 2 作者简介 ： 联 系地址 黄星( 1 9 7 4 一 ) ， 女， 工程师， 本科， 主要从事道路工程材料试 验与质量管理工作。 重庆市南岸区学府大道 5 号 重庆通洋公路工程有限公司 ( 4 0 0 0 6 7 ) ( 1 ) 混凝土的渗透性等级为极低时 ， 其抗蚀系数及抗盐结 联系电话： 1 3 4 5 2 5 3 1 7 8 0 上接第 3 3页 4 Y E H I C E x p l o ri n g c o n c r e t e s l u mp mo d e l u s i n g a r t i fi c i a l n e u r al n e t - w o r k s J J o u r n a l o f C o m p u t i n g i n C i v i l E n g i n e e ri n g ， A S C E， 2 0 0 6 ， 2 0 ( 3 ) ： 2l 7 - 22 1 【 5 】季韬， 林挺伟， 林旭健基于人工神经网 方 法 J 1 建筑材料学报， 2 0 0 5 ， 6 ( 8 ) ： 6 7 8 6 8 1 【 6 】吕培印， 宋玉普 基于人工神经网络的混凝土疲劳寿命估算l J J 海洋 工程， 2 0 0 1 ， 3 ( 1 9 ) ： 7 3 7 6 7 R A GH U P R A S AD B K， Ha mi d E s k a n d a ri ， V E N J K A T A RA MA RE DD Y B V P r e d i c t i o n o f c o mp r e s s i v e s t r e n g t h o f S CC a n d HP C wi t h h J g h v o l u me fl y a s h u s i n g A N NJ C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g Ma t e ri a l s ， 2 0 0 9 ， 2 3 ( 1 ) ： l 1 7 -1 2 & 3 6 【 8 】周绍青， 石建军， 杨晓锋 ， 等 神经网络在自密实混凝土流动性能中 的应用【 J 1 水利与建筑工程学报， 2 0 0 5 ， 4 ( 3 ) ： 4 3 4 5 【 9 】 李本强 自密实混凝土性能预测的神经网络模型f J 1 _ 五邑大学学报： 自然科学版 ， 2 0 0 4 ， 2 ( 1 8 ) ： l 2 1 3 【 l O 】 范志宏 ， 苏达根， 王胜年 自密实混凝土配合比设计方法研究 J 1 _ 水运 工程， 2 0 0 4 ( 2 ) ： 3 6 1 3 6 5 作者简介 ： 联系地址 联系电话 孙仲健( 1 9 7 9 一 ) ， 男， 硕士， 讲师， 研究方向： 土木工程， 结构 工程 ， 新能源 。 浙江省舟山市定海区文化路 1 0 9号 船建学院 ( 3 1 6 0 0 4 ) l 3 5 8 7 0 7 3 9 0 6 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m