混凝土氯離子電通量與擴(kuò)散系數(shù)的關(guān)系.doc

混凝土氯離子電通量與擴(kuò)散系數(shù)關(guān)系的初步探討 摘要：混凝土氯離子電通量與擴(kuò)散系數(shù)是評(píng)價(jià)混凝土抗氯離子滲透性能的兩個(gè)參數(shù)，確定兩者之間的相關(guān)性的研究資料還不是太多，某工程工程監(jiān)理處中心試驗(yàn)室通過(guò)工程中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行探討分析，得出了氯離子電通量與擴(kuò)散系數(shù)兩者之間的關(guān)系。關(guān)鍵詞： 海工混凝土 電通量 擴(kuò)散系數(shù) 滲透性1引言某工程位于，具有高鹽、多霧地段特點(diǎn)。海洋環(huán)境是混凝土結(jié)構(gòu)所處的最惡劣的外部環(huán)境之一：海水中的化學(xué)成分能夠引起混凝土的溶蝕破壞以及堿骨料反應(yīng)；在冬季，寒冷的自然環(huán)境還可能引起混凝土結(jié)構(gòu)的凍融破壞；海浪、海水中的懸浮物會(huì)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)造成磨損和沖擊；海風(fēng)、海水中的氯離子能引起混凝土鋼筋的銹蝕等，嚴(yán)重的危及著混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性和使用壽命。在海洋環(huán)境的這些不利因素中，氯離子的侵入混凝土內(nèi)部引起鋼筋銹蝕，是導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)耐久性失效的重要原因。如何快速、準(zhǔn)確測(cè)量混凝土抗氯離子滲透的性能是每個(gè)混凝土試驗(yàn)人員所必須面對(duì)的一個(gè)重要課題。 某工程工程中，測(cè)量氯離子滲透性能的方法是海港工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐技術(shù)規(guī)范JTJ2752000附錄：混凝土抗氯離子滲透性標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法電量法和公路工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐技術(shù)規(guī)范JTG/T B07-012006附錄：混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)快速測(cè)定法RCM法。如果能夠找出兩種試驗(yàn)方法的試驗(yàn)結(jié)果的相互關(guān)系，我們就可以通過(guò)混凝土氯離子電通量知道氯離子的擴(kuò)散系數(shù)；亦或者通過(guò)氯離子的擴(kuò)散系數(shù)知道混凝土氯離子電通量，從而將會(huì)大大減少試驗(yàn)的工作量，節(jié)約人力、物力和時(shí)間，有著十分重要的意義。為此，我們以C35承臺(tái)混凝土氯離子電通量和氯離子的擴(kuò)散系數(shù)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行探討。2原材料水泥：廠P.I 52.5 硅酸鹽水泥，其指標(biāo)如下：等級(jí)細(xì)度%標(biāo)準(zhǔn)稠度%安定性凝結(jié)時(shí)間（min）強(qiáng)度(MPa)抗折抗壓初凝終凝3d28d3d28dP.I 52.5 1.226.4合格1451905.28.228.656.0礦粉：中礦S75級(jí)礦渣微粉。粉煤灰：濰坊電廠的一級(jí)粉煤灰。砂子：河砂，Uf=2.84，其品質(zhì)指標(biāo)如下：產(chǎn)地細(xì)度模數(shù)Uf含泥量%泥塊含量%堆積密度kg/m3表觀密度kg/m3空隙率大沽河2.840.30.11550261041 篩分曲線如下碎石：沂水碎石。其品質(zhì)指標(biāo)如下：產(chǎn)地規(guī)格mm含泥量%泥塊含量%針片狀含量%壓碎值%堿活性堆積密度kg/m3表觀密度kg/m3空隙率沂水碎石5200.10.14.013.2無(wú)1470270046水：飲用水，其品質(zhì)指標(biāo)如下：產(chǎn)地PH值不溶物，mg/L可溶物，mg/LCl-，mg/LSO42-，mg/L當(dāng)量Na2O, mg/L青島8.1390558113.0155.2160.4減水劑：淄博華偉銀凱外加劑廠的聚羧酸高效減水劑3混凝土配合比部位水泥礦粉粉煤灰砂子5-1010-20水減水劑承臺(tái)1891581037551988021444.54試驗(yàn)方法測(cè)量混凝土抗氯離子滲透的方法有自然擴(kuò)散法、電量法、RCM法、極限電壓法和電導(dǎo)法。傳統(tǒng)的測(cè)量混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)的方法是自然擴(kuò)散法，又稱鹽溶液浸泡法。該方法試驗(yàn)過(guò)程繁瑣，影響試驗(yàn)結(jié)果的因素較多，并且周期長(zhǎng)，無(wú)法測(cè)定早期氯離子擴(kuò)散系數(shù)，在實(shí)際工程中缺少使用價(jià)值。極限電壓法、電導(dǎo)法、電量法、RCM法的測(cè)量結(jié)果用來(lái)表示混凝土抗氯離子侵入性方法簡(jiǎn)便、直觀。對(duì)于混凝土配合比的篩選和質(zhì)量控制，電量法、RCM法是切實(shí)可行的。這里我們介紹在某工程工程中用的兩種方法：電量法和RCM法。 圖1 圖24.1混凝土抗氯離子滲透性標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)法電量法電量法是依據(jù)美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)ASTMC1202的快速電量法：氯離子在直流電壓作用下，通過(guò)混凝土試件向正極移動(dòng)，測(cè)量流過(guò)的電荷量，用以間接反映混凝土抗氯離子滲透的能力。其步驟是：1）制作9551mm的混凝土試件，養(yǎng)護(hù)到齡期，擦干表面水分，進(jìn)行真空度133Pa下真空飽水3h；然后注入蒸餾水浸泡1h后恢復(fù)常壓浸泡1620h；2)取出試件，擦干表面水分安裝試件。3）在正極注入0.3M 的NaOH 溶液，在負(fù)極注入3的NaCl溶液；4）在2023的流動(dòng)水槽中，放入試件。開(kāi)啟電源，加60v的直流電壓，開(kāi)始試驗(yàn)。5）記錄電流，直至6h停止。做時(shí)間電流的關(guān)系曲線，積分求出6h內(nèi)的電量，即電通量。電通量法是間接反映混凝土抗氯離子滲透能力的一種方法。儀器設(shè)備裝置如上圖1所示。4.2混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)快速測(cè)定法RCM法RCM法是唐路平教授提出的用以測(cè)定混凝土中氯離子非穩(wěn)定狀態(tài)遷移的擴(kuò)散系數(shù)的一種方法。其原理是：跨過(guò)試件的軸向施加外部電勢(shì)迫使負(fù)極的氯離子向試樣中遷移，經(jīng)一定時(shí)間（996h）后將試樣沿軸向劈開(kāi)，在劈開(kāi)面上噴顯色劑，測(cè)量顯色深度代入公式計(jì)算氯離子擴(kuò)散系數(shù)，依據(jù)氯離子擴(kuò)散系數(shù)評(píng)定混凝土的抗氯離子滲透性。試驗(yàn)儀器如上圖2所示。5試驗(yàn)數(shù)據(jù)：我們?cè)谀彻こ坦こ探ㄔO(shè)中，對(duì)混凝土電通量與氯離子擴(kuò)散系數(shù)做了大量的試驗(yàn)。下表是C35承臺(tái)混凝土電通量與氯離子擴(kuò)散系數(shù)的一些試驗(yàn)數(shù)據(jù)：承臺(tái)28天電通量（庫(kù)倫）28天氯離子擴(kuò)散系數(shù)（10-12m2/s）56天電通量（庫(kù)倫）56天氯離子擴(kuò)散系數(shù)（10-12m2/s）（10-12m2/s）C35205412.6832191.972723.918511933.084824.94915912.303984.535812073.1212598.77196382.34197812.30911353.052583.8478642.744965.01810842.953904.4968392.7411508.2364902.69182511.55610262.942323.7197642.584304.7378232.672984.0449492.899577.2869032.8510847.91011142.972142.5826642.333374.23513314.132643.8778642.347506.2685912.916數(shù)據(jù)分析依據(jù)上表數(shù)據(jù)，我們分析得到數(shù)據(jù)（1）28d 和（2）56d 點(diǎn)的分布圖 （1）28d （2）56d 由數(shù)據(jù)點(diǎn)的分布圖，我們可看出氯離子擴(kuò)散系數(shù)與氯離子電通量?jī)烧咧g在一定范圍內(nèi)呈線性關(guān)系。設(shè)氯離子擴(kuò)散系數(shù)與氯離子電通量的關(guān)系為Y=AX+B，其中：Y：擴(kuò)散系數(shù)；X：電通量；A、B 待定系數(shù)。我們用最小二乘法對(duì)其進(jìn)行回歸分析。1、對(duì)于28d的數(shù)據(jù)，從上圖1中我們知道（214，2.582）點(diǎn)離趨勢(shì)線較遠(yuǎn)，屬離散點(diǎn)，舍去。得到下表序號(hào)XYX2Y2XY1205412.6834218916160.85848926050.88222723.91857398415.354642251065.83234824.949123232424.493590812385.466243984.535815840420.573481641805.2484512598.7719158508176.9462296111043.82216197812.3093912484151.51148124347.20272583.8476656414.799409992.52684965.01824601625.1803242488.92893904.49615210020.2140161753.441011508.236132250067.8316969471.411182511.5563330625133.54113621089.7122323.7195382413.830961862.808134304.73718490022.4391692036.91142984.0448880416.3539361205.112159577.28691584953.0857966972.7021610847.91117505662.56818574.44173374.23511356917.9352251427.195182643.8776969615.0311291023.528197506.26856250039.287824470114914122.396318463196951.8366353129298.1417由上表我們得到：X =14914，X2=18463196；（X）2/N=11706705.05； LxxX2（X）2/n = 6756490.95Y=122.3963，Y2=951.8366353 ，（Y ）2/N =788.4660134；LyyY2（Y）2/n = 163.3706219；X Y=129298.1417，XY/N96074.65359；LxyXYXY/ n = 33223.5058A= Lxy/ Lxx0.00492； B= Lxy/ Lyy 2.582 相關(guān)系數(shù)r= Lxy /（Lxx Lyy）1/2= 0.999995112也就是說(shuō)氯離子擴(kuò)散系數(shù)Y=0.00492X+2.582（10-12m2/s）（2）對(duì)于56d的數(shù)據(jù)，從上圖2中我們知道（591，2.91）（490，2.69）（864，2.34）和（1331.4，4.13）四個(gè)點(diǎn)離趨勢(shì)線較遠(yuǎn)，屬離散點(diǎn)，舍去得下表數(shù)據(jù)。序號(hào)XYX2Y2XY12191.97479613.8809431.43211933.0814232499.48643674.4435912.303492815.291359.3412073.1214568499.73443765.8456382.344070445.47561492.92611353.0512882259.30253461.75710842.9511750568.70253197.888392.747039217.50762292.86910262.9410526768.64363016.44107642.585836966.65641971.12118232.676773297.12892197.41129492.899006018.35212742.61139032.858154098.12252573.551411142.9712409968.82093308.58156642.334408965.42891547.1213149407812563189112.533237039.17由上表數(shù)據(jù)得：X2=12563189， （X ）2/N =11526413.4；Y2=112.5332 ，（Y） 2/N =110.8672；X Y=37039017，X Y/N35747.748。LxxX2（X）2/n =1036775.6；LyyY2（Y）2/n =1.666；LxyXYXY/ n =1291.422A= Lxy/ Lxx0.001246； B= Lxy/ Lyy 1.627；相關(guān)系數(shù)r= Lxy /（Lxx Lyy）1/20.982626106也就是說(shuō)氯離子擴(kuò)散系數(shù)Y=0.001246X+1.627（10-12m2/s）當(dāng)電量X為0時(shí)，即為自然狀態(tài)下的氯離子擴(kuò)散系數(shù)。7結(jié)論：綜上所述，我們得到了28d的氯離子擴(kuò)散系數(shù)與氯離子電通量的數(shù)學(xué)關(guān)系Y=0.00492X+2.582（10-12m2/s）和56d的氯離子擴(kuò)散系數(shù)與氯離子電通量的數(shù)學(xué)關(guān)系式Y(jié)=0.001246X+1.627（10-12m2/s）。由Y=0.00492X+2.582（10-12m2/s）和Y=0.001246X+1.627（10-12m2/s）可以看出：1、混凝土擴(kuò)散系數(shù)與氯離子電通量?jī)烧咧g在一定條件下呈線性關(guān)系。56d的擴(kuò)散系數(shù)與氯離子電通量遠(yuǎn)小于28d的擴(kuò)散系數(shù)與氯離子電通量說(shuō)明，混凝土齡期越長(zhǎng)混凝土擴(kuò)散系數(shù)與氯離子電通量越小。2、由最小二乘法回歸得的相關(guān)系數(shù)R=0.982626106和 R= 0.999995112來(lái)看，對(duì)于某工程的承臺(tái)高性能混凝土來(lái)說(shuō)，在一定范圍內(nèi)下，擴(kuò)散系數(shù)與氯離子電通量的相關(guān)性良好。3、氯離子擴(kuò)散系數(shù)與氯離子電通量?jī)烧咧g的關(guān)系的數(shù)學(xué)模型Y=0.00492X+2.582（10-12m2/s）和Y=0.001246X+1.627（10-12m2/s）在某工程中，因原材料相對(duì)固定，混凝土配合比相對(duì)較固定，儀器設(shè)備相對(duì)固定、試驗(yàn)環(huán)境相對(duì)固定，可用來(lái)作為參考。4、電量法加60V的直流電壓容易產(chǎn)生極化；溶液溫度升高，會(huì)影響試驗(yàn)結(jié)果；同時(shí)，由于溶液中不僅僅只有氯離子，還存在有鈉離子，氫氧根離子等等，在直流電的作用下，也能實(shí)現(xiàn)電荷遷移，我們測(cè)量的電量是總的離子電荷遷移的電量。故用之描述混凝土抗氯