礦物摻合料對混凝土抗氯離子滲透性影響研究

何松晟，高 瑋，汪 磊

(武漢工業(yè)學(xué)院土木工程與建筑學(xué)院，湖北武漢430023)

礦物摻合料對混凝土抗氯離子滲透性影響研究

何松晟，高 瑋，汪 磊

(武漢工業(yè)學(xué)院土木工程與建筑學(xué)院，湖北武漢430023)

氯離子滲透腐蝕是引起鋼筋混凝土腐蝕的主要原因，然而氯離子滲透性和礦物摻合料有直接關(guān)聯(lián)。主要通過實驗研究了摻入礦物摻合料后混凝土中孔結(jié)構(gòu)的特征，進而分析了礦物摻合料對混凝土抗氯離子滲透性的影響。

混凝土;礦物摻合料;氯離子;滲透性

我國從建國至今，經(jīng)歷了飛速的發(fā)展時期，建設(shè)和改建了大量的混凝土建筑物和構(gòu)筑物，規(guī)模達到近百億平方米，如今多數(shù)鋼筋混凝土構(gòu)件已經(jīng)不同程度受到腐蝕，鋼筋混凝土銹蝕［1－3］已成為全世界土木工程界所關(guān)注的重大技術(shù)問題，在當(dāng)今被確認(rèn)是影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的首要原因，然而氯離子腐蝕［4－5］又是引起混凝土腐蝕的首要原因，影響氯離子在混凝土中的滲透的主要因素有齡期的影響、水灰比變化的影響、礦物摻合料及外加劑的影響、環(huán)境溫度及濕度的影響和應(yīng)力狀態(tài)及表面裂縫的影響等。本文主要研究了礦物摻合料對混凝土抗氯離子滲透性的影響。

1 實驗材料與儀器

1.1 實驗材料

水泥：32.5普通硅酸鹽水泥;粉煤灰：青海某電廠生產(chǎn)的風(fēng)選Ⅰ級粉煤灰(FA);砂：中沙，含水量小于3%;石子：5—25mm 連續(xù) 級配;鹽 水：濃 度0.5 mol/L的氯化鈉溶液。

1.2 實驗儀器

水泥砂漿攪拌機JJ6型;水泥砂漿震動臺;電子臺秤;150 mm×150 mm×150 mm模具。

1.3 混凝土試件制備

本實驗按照GBJ 82－85“普通混凝土長期性能和耐久性試驗方法”制樣。采用150 mm×150 mm×150 mm混凝土試樣，混凝土試樣采用的配比為：水泥(C)∶砂(S)∶石子(G)∶水(W)=450∶500∶1000∶225(重量比)，礦物摻合料選用風(fēng)選I級粉煤灰，摻量分別為10%、20%和30%，然后放置于恒溫恒濕養(yǎng)護室內(nèi)養(yǎng)護28 d后取出，浸入濃度0.5 mol/L的氯化鈉溶液中3個月后取出實驗，混凝土的配比如表1所示。

表1 新老混凝土試件中新混凝土的配合比

2 實驗方法

2.1 混凝土孔隙率測定方法

本試驗將采用“可蒸發(fā)水含量法”來測定混凝土試件體積孔隙率，即根據(jù)混凝土試件在完全飽水的情況下，由90%相對濕度條件下的失水量求得混凝土的粗毛細(xì)孔(包括氣孔)的孔隙率;然后在高溫下將混凝土試件烘干，直到混凝土質(zhì)量恒重，這時候用測得的失水量來求得混凝土試件的總孔隙率。最后總孔隙率與氣孔、粗毛細(xì)孔孔隙率的差值即為混凝土細(xì)毛細(xì)孔的孔隙率。

為了方便分析混凝土試件孔隙率，將混凝土孔徑大于30 nm粗毛細(xì)孔和氣孔定義為大孔，將孔徑小于30 nm的細(xì)毛細(xì)孔定義為毛細(xì)孔，毛細(xì)孔可以由混凝土試件總孔隙率與大孔孔隙率差值得到。采用ASTM C1202相關(guān)規(guī)定，試件按照規(guī)定的真空飽水過程飽水。試件飽水后，將試件表面水抹去.稱的其質(zhì)量為試件飽水質(zhì)量M0，然后飽水混凝土試件放置于90%的相對濕度環(huán)境中放置30 d后，混凝土試件失水質(zhì)量與時間關(guān)系曲線趨于平緩，就可認(rèn)為混凝土內(nèi)部水分?jǐn)U散達到平衡狀態(tài)，此時可以測定混凝土的大孔孔隙率。具體計算公式如下：

式中：P大孔—試件大孔孔隙率(%);

P總孔—試件大孔孔隙率(%);

P大孔—試件大孔孔隙率(%);

V水—真空飽水試件90%相對濕度下的失水體積(m3);

M0—真空飽水試件質(zhì)量(kg);

M1—真空飽水試件90%相對濕度干燥后質(zhì)量(kg);

M2—試件105℃干燥后質(zhì)量(kg);

V試件—試件的體積(m3)。

2.2 混凝土氯離子滲透性測定(ASTM C1202法)

按照ASTM C1202方法的規(guī)定，采用FW－Ⅲ八通道混凝土電通量測定儀進行混凝土氯離子滲透性測試，取同組3個試件通過的電量的平均值作為改組試件的電通量，以6 h內(nèi)通過混凝土電量的高低來判斷混凝土的滲透性。利用上述方法計算得到的混凝土試塊6 h電通量可由表2評價混凝上抗氯離子滲透性能等級。

表2 混凝土氯離子滲透性能與電通量的關(guān)系

3 實驗結(jié)果及分析

采用可蒸發(fā)水含量法測試了混凝土試件的孔隙結(jié)構(gòu)，各組混凝土孔隙率試驗結(jié)果如表3所示。不同混凝土試件6 h電通量試驗結(jié)果如表4所示。

表3 混凝土孔隙率試驗結(jié)果 /%

表4 不同混凝土試件6 h電通量試驗結(jié)果

圖1 混凝土孔隙率實驗結(jié)果圖

由圖1可知，與未添加粉煤灰的混凝土試件(X1)相比，在混凝土中摻粉煤灰能大幅降低混凝土孔隙率，與基準(zhǔn)混凝土相比，粉煤灰混凝土X2的總孔孔隙率減少10.26%，大孔孔隙率減少13.55%，毛細(xì)孔孔隙率減少1.61%;粉煤灰混凝土試件X3總孔孔隙率減少 21.26%，大孔孔隙率減少39.93%，毛細(xì)孔孔隙率減少13.63%;粉煤灰混凝土試件X4總孔孔隙率減少25.08%，大孔孔隙率減少42.86%，毛細(xì)孔孔隙率減少16.12%，以上相比較而言，增加粉煤灰的用量可以降低混凝土的孔隙率，進而對氯離子的滲透有阻礙作用。

圖2給出了添加礦物摻合料的條件下各混凝土試件基準(zhǔn)混凝土試件的6 h電通量測試結(jié)果。由圖2可知，與基準(zhǔn)新混凝土(X1)試件相比，摻粉煤灰混凝土X2的6 h電通量降低29.05%，摻粉煤灰混凝土X3的6 h電通量降低55.96%;摻粉煤灰混凝土X4的6h電通量降低61.76%，由此可見，電通量的降低在一定程度上阻礙了氯離子的滲透機能，對混凝土的耐久性有很大的保障作用。

2 混凝土試件6 h庫侖電量試驗結(jié)果圖

根據(jù)各試件的6 h電通量與孔隙率測試結(jié)果，以下分別分析試件6 h電通量與相應(yīng)混凝土試件總孔隙率、大孔孔隙率以及毛細(xì)孔孔隙率的相關(guān)性。表5為線性相關(guān)性分析回歸參數(shù)與相關(guān)系數(shù)，回歸方程為Y=A+BX，圖3分別為相關(guān)性分析回歸曲線。

表5 電通量與混凝土孔隙率的線性相關(guān)性分析

圖3 混凝土試件6 h電通量與孔隙率的相關(guān)性分析圖

對于混凝土試件而言，其6 h電通量與混凝土總孔隙率、大孔孔隙率之間的相關(guān)性較好，而與毛細(xì)孔孔隙率相關(guān)性較差。由此可見孔隙率的降低可以降低混凝土試件的電通量，進而對氯離子滲透其阻礙作用。

4 實驗結(jié)論

4.1 混凝土試件中添加粉煤灰能有效降低混凝土試件的總孔孔隙率、大孔孔隙率和毛細(xì)孔孔隙率，對氯離子滲透有一定阻礙作用。

4.2 混凝土試件中添加粉煤灰能有效降低混凝土試件的電通量，對氯離子滲透有一定阻礙作用。

4.3 電通量與總孔隙率、毛細(xì)孔隙率和大孔孔隙率之間存在一定的線性相關(guān)性，降低孔隙率也能夠起到降低電通量的作用，對混凝土抗氯離子能力有促進作用。

［1］ 胡紅梅.礦物功能材料對混凝土氯離子滲透性影響的研究［D］.武漢：武漢理工大學(xué)，2002.

［2］ 謝友均，劉寶舉，劉偉.礦物摻合料對高性能混凝土抗氯離子滲透性能的影響［J］.鐵道科學(xué)與工程學(xué)報，2004(2).

［3］ 楊錢榮，朱蓓蓉.混凝土滲透性的測試方法及影響因素［J］.低溫建筑技術(shù)，2005(5)：7－10.

［4］ 劉偉.混凝土抗氯離子滲透性能研究：［D］.長沙：中南大學(xué)，2003.

［5］ 施惠生，王瓊.混凝土中氯離子遷移的影響因素研究［J］.建筑材料學(xué)報，2004(3).

Research on mineral admixtures influence on concrete resistance to chloride ion penetration

HE Song －cheng，GAO Wei，WANG Lei
(School of Civil Engineering and Architecture，Wuhan Polytechnic University，Wuhan，430023，China)

The reinforced concrete corrosion is mainly caused by chloride ion penetration.Chloride ion penetration is directly related with mineral admixtures.This paper mainly studies pore structure characteristics after incorporation of mineral admixtures in concrete，analyses mineral admixtures influence on concrete resistance to chloride ion penetration，and provides an important basis in the concrete durability research.

concrete;mineral admixture;chloride ion;permeability

TU 528.041

A

1009-4881(2011)04-0080-04

10.3969/j.issn.1009-4881.2011.04.021

2011-09-09.

何松晟(1985－)，男，碩士研究生，E-mail：hsc-cool@126.com.

高瑋(1971 －)，男，教授，E-mail：wgaowh@163.com.