《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設計規(guī)程》中抗氯離子滲透性檢測方法的試驗研究.docx

混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設計規(guī)程中抗氯離子滲透性檢測方法的試驗研究來源：混凝土2007年第2期( 總第208期)中國混凝土與水泥制品網(wǎng)2007-4-12摘要: 針對山東省混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設計規(guī)程中混凝土抗氯離子滲透性檢測方法進行了試驗研究。試驗結(jié)果表明, 規(guī)程中的交流電法和RCM法可以便捷準確的評定混凝土中氯離子的滲透性, 有廣闊的應用前景。但不同的試塊制備方法對氯離子滲透性電測法的試驗結(jié)果影響很大, 考慮到工程上混凝土的實際情況, 建議規(guī)程中的混凝土抗氯離子滲透性試驗評定方法應對試塊的制備方法應提出更明確的要求。關(guān)鍵詞: 混凝土; 氯離子; 滲透性; 交流電法; RCM法中圖分類號: TU528.01 文獻標志碼: A 文章編號: 1002- 3550-( 2007) 02- 0005- 030 前言根據(jù)山東省地理、環(huán)境特點并結(jié)合山東地區(qū)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性現(xiàn)狀及實踐經(jīng)驗編寫的DBJ14-S6-2005混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設計規(guī)程( 以下簡稱規(guī)程) , 已于2005 年12 月1 日在山東省內(nèi)頒布實施, 填補了之前國內(nèi)尚無結(jié)構(gòu)耐久性設計規(guī)范的一項空白。規(guī)程規(guī)定了混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設計的原則、內(nèi)容、結(jié)構(gòu)構(gòu)造和材料選用基本要求, 提出了施工、檢測與維護的基本要求及防腐蝕附加措施及試驗方法。由于山東省大規(guī)模工程建設比較集中, 并且地處沿海, 有長達3 000 多公里的海岸線, 有鹽土地區(qū)分布, 而且作為北方地區(qū), 山東省每年冬季仍大量使用氯鹽類“ 融雪劑”( 如氯化鈉、氯化鈣、氯化鎂等) , 因此存在著廣泛的氯鹽侵蝕環(huán)境, 規(guī)程就此提出了三種混凝土抗氯離子滲透性試驗評定方法, 包括美國ASTM C1202 混凝土抗氯離子滲透性標準試驗方法直流電量法) , 用交流電測量混凝土氯離子滲透性方法和氯離子擴散系數(shù)快速測定的RCM 法。ASTM C1202 在國際上應用普遍, 但試驗時間較長, 施加電壓較高易對試塊產(chǎn)生影響1; 交流電法最早由Monfore2提出并曾被Hansen3和Feldman4采用, 趙鐵軍5對其進行了完善并形成了一套比較成熟的試驗方法; 而RCM 法則是目前被歐洲國家廣泛采用的一種方法。上述三種方法都可以快速評價氯離子在混凝土內(nèi)的傳輸性質(zhì), 但其機理和具體試驗過程有較大差異。由于之前圍繞ASTM C1202 法的試驗研究已有很多68, 本文就交流電法和RCM 法重點進行了試驗研究, 并結(jié)合試驗結(jié)果對規(guī)程中的氯離子試驗方法提出了一些意見和建議。1 原材料及配合比水泥選用的是安徽海螺水泥股份有限公司的42.5 級普通硅酸鹽水泥, 水泥熟料的化學組成見表1; 粉煤灰選用了濰坊電廠粉煤灰公司的級粉煤灰, 性能指標見表2; 砂為細度模數(shù)2.7, 含泥量0.3%的河砂; 碎石最大粒徑為31.5mm, 含泥量0.3%; 纖維采用KDZ-型聚丙烯阻裂纖維, 其性能見表3; 減水劑采用的是青島科力達公司的一種萘系高效減水劑, 減水率為20.5%; 膨脹劑是一種UEA 型膨脹劑?；炷猎噳K的配合比如表4 所示:2 試塊制備及試驗過程在本試驗研究中采用了兩種方法評價混凝土的氯離子滲透性, 一種是通低壓交流電的方法, 通過測量混凝土的電阻評定其氯離子滲透性, 另一種是德國Aachen 工業(yè)大學提出的RCM 法。兩種方法均已列入2005 年12 月實施的DBJ14-S6-2005 混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設計規(guī)程。2.1 用交流電阻法評價混凝土氯離子滲透性試驗所用試塊規(guī)格為直徑100mm, 高度50mm 的圓柱體,但采用了兩種方法準備試塊。一種是直接在模具中澆筑成型,試塊成型24h 后拆模, 放入水中養(yǎng)護直至齡期; 另一種是在混凝土構(gòu)件上取芯得到。圖1 是交流電阻試驗裝置圖, 具體試驗步驟參見規(guī)程9。2.2 RCM 法評價混凝土氯離子滲透性該試驗中的試塊規(guī)格和制備情況與交流電法基本一致。圖2 是RCM 試驗裝置圖, 具體試驗步驟參見規(guī)程9。3 試驗結(jié)果與分析3.1 交流電阻試驗混凝土交流電阻試驗結(jié)果如表5 所示:3.2 RCM 試驗混凝土RCM 試驗所得氯離子擴散系數(shù)如表6、圖4 所示:3.3 結(jié)果分析由試驗結(jié)果可以看出, 粉煤灰的摻入使得混凝土電阻值提高, 氯離子擴散系數(shù)下降。由于在混凝土硬化過程中, 水泥熟料礦物的水化反應在先, 粉煤灰的二次水化反應在后, 在高水灰比時, 絕大部分水泥的水化有充足的水分供應, 不摻粉煤灰的試塊比摻粉煤灰的試塊早期密實度高, 但到了后期, 水泥熟料的水化產(chǎn)物中的Ca( OH) 2 不斷侵蝕粉煤灰玻璃微珠的致密表層, 粉煤灰由外向里逐漸水化, 同時反過來促進水泥熟料礦物的進一步水化, 再加上粉煤灰的滾珠效應和微集料填充效應,所以摻粉煤灰的試塊抗氯離子滲透性高于不摻粉煤灰的試塊。另外, 粉煤灰還可以降低混凝土中孔溶液的電導率, 因此試塊電阻值提高。對比B1 和A2 的結(jié)果( 二者粉煤灰取代率一樣) 可以看出, 在一定的水膠比范圍( 本試驗僅采用了0.4 和0.44 兩種水膠比) 內(nèi), 膠凝材料用量對于混凝土電阻值及氯離子擴散系數(shù)的影響沒有明確的規(guī)律。這一現(xiàn)象也出現(xiàn)在其他研究者的試驗中5, 10。本試驗中A4 摻加了聚丙烯纖維, 但測得的交流電阻在兩種不同方法制備的混凝土中卻呈現(xiàn)出了不同的變化趨勢。在澆筑成型的一批中, A4 的電阻比A3 下降了38.7%, 而在取芯成型的一批中, A4 的電阻卻比A3 提高了82.1%。其原因為, 纖維的加入增加了混凝土中的界面, 從而導致較早齡期的混凝土滲透性的提高, 隨著齡期延長, 混凝土中纖維阻裂的效應逐漸發(fā)揮出來, 混凝土滲透性相應下降。另外, 該結(jié)果也與試塊制備方式關(guān)系密切。應該指出, 摻加合成纖維以制備有抗?jié)B性要求的混凝土, 必須通過嚴格的施工控制以保證其抗?jié)B效果和抗?jié)B質(zhì)量。由試驗結(jié)果還可以看出, 摻加了膨脹劑的混凝土, 和未摻加膨脹劑的混凝土相比, 其交流電阻提高而氯離子擴散系數(shù)下降, 如B2 的交流電阻比未摻膨脹劑的B1 提高了65.9%( 澆筑成型) 和3.1%( 取芯成型) , B4 的電阻比B3 提高了27.7%( 澆筑成型) 和22.2%( 取芯成型) ; B2 的氯離子擴散系數(shù)比未摻膨脹劑的B1 降低了21.8%( 澆筑成型) 和73.9%( 取芯成型) , B4的氯離子擴散系數(shù)比B3 降低了4.6%( 澆筑成型) 。這是由于UEA 系膨脹劑水化生成的鈣礬石針狀晶體可隨著水泥石結(jié)構(gòu)的形成逐步在水泥石中搭接延伸, 有效堵塞孔隙和毛細管通路, 使水泥石結(jié)構(gòu)趨于致密而降低混凝土的滲透性, 在補償收縮的同時提高混凝土的密實性。不論是交流電法還是RCM 法, 取芯成型的混凝土試塊氯離子滲透性電測結(jié)果比澆筑成型的試塊降低顯著, 除了齡期的因素之外, 試塊不同的制備方法對其電阻測值的影響很大。由于這兩種方法所用的試塊規(guī)格較小(規(guī)程中的交流電法試塊成型規(guī)格!100mm50mm, RCM 法建議試塊以100mm300mm 或100mm100mm100mm 成型后再切割成試驗用規(guī)格) , 對于普通及高性能混凝土來說, 骨料對澆筑成型的試塊質(zhì)量影響很大, 致使電測氯離子滲透性結(jié)果偏高, 而且離散性較大。4 結(jié)論交流電法和RCM 法都可以便捷準確的評定混凝土中氯離子的滲透性, 有很廣闊的應用前。而且, 交流電法相對來說試驗時間更快捷, 裝置安裝好后可以立即讀取電阻值, 試驗對混凝土試塊影響極小( 因為試塊接觸NaCl 溶液時間很短) , 從試驗操作角度來看, 有助于試塊的重復利用。不同的試塊制備方法對這兩種氯離子滲透性電測法的試驗結(jié)果影響很大, 因此澆筑成型的制備方法更適用于砂漿試塊的試驗檢測, 考慮到工程上混凝土的骨料選用情況, 建議規(guī)程中的混凝土抗氯離子滲透性試驗評定方法尤其是交流電法應對試塊的制備方法提出更明確的要求。參考文獻:1 趙鐵軍.混凝土滲透性M. 北京: 科學出版社, 1995.2 G.E.Monfore.The Electrical Resistivity of ConcreteJ.Journal of the PCAResearch Development Laboratories.May, 1968: 35- 48.3 M.R.Hansen, M.L.Leming, P.Zia, et al.Chloride Permeability and ACImpedance of High Performance Concrete in Severe EnvironmentsR.ACI SP- 140, 1993: 121- 145.4 R, F.Feldman, G.C.Chan, R.J.Brousseau, et al.Investigation of the RapidChloride Permeability Test J.ACI Materials Journal,May- June 1994, 91(2) : 246- 255.5 趙鐵軍.高性能混凝土的滲透性研究博士學位論文D.北京: 清華大學, 1997.6 M.H.Zhang and O.E.Gj!rv.Permeability of High- Strength LightweightConcrete.ACI Materials JournalJ.Sept.Oct, 1991, 88( 5) : 463- 469.7 C.Andrade.Calculation of Chloride Diffusion Coefficients in Concretefrom Ionic Migration MeasurementJ.Cement and Concrete Research,1993, 23( 3) : 724- 742.8 N.R.Buenfeld and J.B.Newman.Examination of Three Materials for StudyingIon Dif