客運(yùn)專線高性能混凝土電通量影響因素的試驗(yàn)研究*

李健，趙棟，謝咸頌，張邦平

（1. 衢州學(xué)院建筑工程學(xué)院，浙江 衢州 324000；2. 衢州金夏非凡建材有限公司，浙江 衢州 324002）

0 引言

目前，我國(guó)正興起大規(guī)模的鐵路建設(shè)，為了把高速鐵路的經(jīng)濟(jì)效益發(fā)揮到最大化，鐵道等相關(guān)部門在廣泛吸收國(guó)外和國(guó)內(nèi)重點(diǎn)建筑工程經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出了客運(yùn)專線的混凝土結(jié)構(gòu)采用具有高耐久性的高性能混凝土，以使混凝土結(jié)構(gòu)體系達(dá)到正常的使用壽命，并相繼發(fā)布了《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)》（鐵建 [2005]160 號(hào)）、《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)暫行規(guī)定》（鐵建設(shè) [2005]157 號(hào)）、《客運(yùn)專線高性能混凝土?xí)盒屑夹g(shù)條件》（科技基 [2005]101號(hào)）、《客運(yùn)專線鐵路混凝土耐久性工程施工技術(shù)指南》等多部技術(shù)條件和規(guī)范，給客運(yùn)專線用高性能混凝土提出了明確的技術(shù)要求和耐久性設(shè)計(jì)指標(biāo)。其中電通量作為鐵路高性能混凝土的常規(guī)必做耐久性指標(biāo)之一，氯離子的抗?jié)B透性是評(píng)價(jià)混凝土抵抗氯離子侵蝕的一個(gè)重要性能。[1]

1 試驗(yàn)用原材料

（1）水泥： 衢州虎山水泥有限公司 P·O42.5；

（2）細(xì)骨料：衢州河砂， 中砂，表觀密度 2620kg/m3，細(xì)度模數(shù) 2.6；

（3）石子：石灰?guī)r，粒徑為 5～16 mm、16～25mm 兩級(jí)配碎石，各占 50%，組成連續(xù)級(jí)配；

（4）粉煤灰：巨化熱電廠生產(chǎn)的Ⅱ級(jí)灰，表觀密度2200kg/m3；

（5）礦粉：浙江衢州元立金屬制品有限公司生產(chǎn)的 S95型粉煤灰；

（6）外加劑：金華市高恒混凝土外加劑有限公司生產(chǎn)的DH-A 聚羧酸高效減水劑，減水率大于 25%。

2 試驗(yàn)設(shè)備及試驗(yàn)步驟

2.1 試驗(yàn)設(shè)備

ASTM C1202 氯離子滲透測(cè)定儀、SR 型智能混凝土真空保水機(jī)。

2.2 試驗(yàn)步驟

（1）制作試件直徑為 100mm、厚度為 50mm，試驗(yàn)以三塊為一組。編上編號(hào)，放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)[2]；

（2）在 28d 和 56d 試驗(yàn)齡期前，將試件暴露于空氣中至表面干燥，以硅膠密封材料涂于試件側(cè)面，以保證側(cè)面完全密封；

（3）將試件放入真空干燥器中啟動(dòng)真空泵，保持真空3h，維持這一真空度并注入足夠的蒸餾水，直至淹沒(méi)試件，試件浸泡 1h 后恢復(fù)常壓，再繼續(xù)浸泡 18h 左右；

（4）取出試件，抹掉多余水分，將試件安裝于試驗(yàn)槽內(nèi)，用橡膠密封環(huán)密封，并用螺桿將兩試驗(yàn)槽和試件夾緊，以確保不會(huì)滲漏；

（5）將質(zhì)量濃度為 0.3% 的氯化鈉和 0.3 mol/L 的氫氧化鈉溶液分別注入試件兩側(cè)的試驗(yàn)槽中，注入氯化鈉溶液試驗(yàn)槽內(nèi)的銅網(wǎng)連接電源負(fù)極，注入氫氧化鈉溶液試驗(yàn)槽內(nèi)的銅網(wǎng)連接電源正級(jí)；

（6）最后接通電源，對(duì)上述銅網(wǎng)施加 60V 直流恒電壓，通電 6 個(gè)小時(shí)；

（7）記錄電流，計(jì)算最后通過(guò)的電量。

3 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)以水膠比、膠材總量、礦物摻合料的摻量、砂率、粉煤灰與礦粉比等五個(gè)因素對(duì)電通量的影響[3]，各個(gè)因素選 4個(gè)水平。以混凝土試件 28d、56d 電通量作為考核指標(biāo)，分析各因素對(duì)抗氯離子滲透能力的影響規(guī)律及顯著性，確定出試驗(yàn)最佳方案。

采用 L16(45) 正交表，其因素和水平的安排如表1 所示，正交試驗(yàn)方案及結(jié)果如表2 所示。

4 試驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 極差分析

極差分析如表3 所示。

由表3 可知：對(duì)于高性能混凝土的 28d 和 56d 電通量，因素影響順序?yàn)椋核z比 A＞膠凝材料的用量 B＞礦物摻合料的摻量 C＞粉煤灰與礦粉摻量比 E＞砂率 D?；炷羶?nèi)部的裂隙孔隙是影響其電通量的重要因素之一，氯離子可經(jīng)裂隙孔隙滲入混凝土內(nèi)部。隨著混凝土的水膠比的增加，水泥漿中多余水分的蒸發(fā)和泌水，會(huì)使混凝土內(nèi)部的毛細(xì)管道增加，從而增加了氯離子在混凝土中運(yùn)輸?shù)耐ǖ?，提高了氯離子在混凝土內(nèi)的傳輸速度。因此，不利于混凝土抗氯離子滲透性能的提高。其次粉煤灰和礦粉中的細(xì)微顆粒均勻分布在水泥漿內(nèi)，填充孔隙和毛細(xì)孔，可改善混凝土的孔隙結(jié)構(gòu)，降低了氯離子在混凝土內(nèi)的傳輸速度，有利于混凝土抗氯離子滲透性能的提高。膠凝材料的用量，砂率等雖然都會(huì)對(duì)混凝土內(nèi)部的裂隙孔隙結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，但影響程度不大。

表1 L16(45) 因素水平表

表2 L16(45) 正交試驗(yàn)方案及結(jié)果

表3 極差分析結(jié)果

4.2 方差分析

方差分析見(jiàn)表4 。

由表4 可知，水膠比 A 對(duì)混凝土 28d 和 56d 的電通量影響均高度顯著；膠凝材料的用量 B 對(duì)混凝土 28d 影響為顯著，而對(duì) 56d 電通量影響為高度顯著；礦物摻合料 C 對(duì)混凝土 28d 和 56d 電通量有影響但不顯著；粉煤灰與礦粉摻量比E對(duì)混凝土 28d 電通量有影響但不顯著；砂率 D 對(duì)混凝土 28d的電通量影響顯著，但隨著時(shí)間的增加，對(duì)混凝土 56d 的電通量影響表現(xiàn)為有影響但不顯著。根據(jù) GB146—90《粉煤灰混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，粉煤灰混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)的齡期一般為 28d[4]，在達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)齡期后，隨著時(shí)間的推移，粉煤灰中的 SiO2，Al2O3與水泥的水化產(chǎn)物反應(yīng)越充分，生成了水化硅酸鈣和鋁酸鈣[5]，填充了部分孔隙，減小了混凝土的孔隙率，改善了混凝土的結(jié)構(gòu)，使其更加致密，因此粉煤灰礦粉的摻量對(duì)混凝土 28d、56d 電通量影響的顯著性不同。

表4 方差分析結(jié)果

5 結(jié)語(yǔ)

（1）正交試驗(yàn)結(jié)果表明，影響混凝土電通量的主次因素依次為：水膠比＞礦物摻合料的摻量＞膠凝材料的用量＞粉煤灰與礦粉比＞砂率。

（2）實(shí)驗(yàn)表明：綜合考慮高性能混凝土的和易性和混凝土電通量性能，其最佳配合比為：A1 B4 C4 D4 E4。

（3）對(duì)在配合比設(shè)計(jì)過(guò)程中，除限制最小水泥用量外，也要控制膠凝材料不能超過(guò)一定用量，以保證混凝土的耐久性滿足設(shè)計(jì)要求。

[1] 張勇，杜修力，李悅，等.混凝土電通量的試驗(yàn)研究及影響因素分析[C].2011年混凝土與水泥制品學(xué)術(shù)討論會(huì)論文集[A]，2011.

[2] GB/T50082—2009.普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能實(shí)驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)[S].

[3] 陳樹(shù)亮.混凝土碳化機(jī)理影響因素及預(yù)測(cè)模型[J].水利水力科技，2010(6): 13-33.

[4] 葉青，丁鑄.土木工程材料[M].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2012.

[5] 史雨.粉煤灰對(duì)高性能混凝土強(qiáng)度和電通量的影響[J].山西建筑，2012(9):141-143.