氯離子侵蝕對(duì)混凝土碳化過(guò)程的影響

徐銘 別聰穎 李志偉 張力方

摘要：文章進(jìn)行了混凝土浸泡腐蝕和加速碳化試驗(yàn)，由碳化深度和抗壓強(qiáng)的變化，分析了氯離子侵蝕對(duì)碳化深度的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，氯離子侵蝕后的混凝土試件，在加速碳化過(guò)程中，初期出現(xiàn)碳化延遲現(xiàn)象，隨碳化時(shí)間增加，碳化速率加劇。

關(guān)鍵詞：氯離子侵蝕；碳化；抗壓強(qiáng)度；抗碳化性能

1概述

本文基于鋼纖維混凝土和粉煤灰混凝土混凝土，進(jìn)行了浸泡腐蝕和加速碳化試驗(yàn)，分析混凝土在氯鹽腐蝕的后碳化過(guò)程對(duì)碳化深度和抗壓強(qiáng)度的影響。試驗(yàn)數(shù)據(jù)和規(guī)律對(duì)于長(zhǎng)期在氯鹽腐蝕環(huán)境下服役的混凝土結(jié)構(gòu)，如沿?；炷两ㄖ锖湍壳芭d起的以海砂鹽代替河沙的混凝土來(lái)說(shuō)，很有參考價(jià)值。

1.1試驗(yàn)材料

采用試件尺寸為100mm×100mm×100mm的混凝土試塊。本次實(shí)驗(yàn)所用水泥為普通硅酸鹽42.5級(jí)水泥，細(xì)骨料為天然河沙，粗骨料為5~20mm連續(xù)級(jí)配的碎石，水為普通自來(lái)水，外加劑為FDN-1奈系高效減水劑，摻合料為1級(jí)粉煤灰。

粉煤灰混凝土水膠比為0.39，減水率按20%計(jì)算，粉煤灰摻料是砂的30%.

鋼纖維混凝土中鋼纖維采用浙江博恩鋼纖維，銑削型，長(zhǎng)徑比34，每立方米約400~430根。

采用機(jī)械攪拌方法，鋼模振動(dòng)成型，20±5℃靜置24h拆模。

1.2試驗(yàn)設(shè)備和方法

1.2.1加速腐蝕試驗(yàn)?；炷猎嚰跇?biāo)準(zhǔn)條件下（20±3℃，相對(duì)濕度90%~98%）養(yǎng)護(hù)28d后，取出用清水沖洗。然后將試件放入濃度3.5%的NaCl 溶液中浸泡，每3個(gè)試件為組。

1.2.2加速碳化實(shí)驗(yàn)。碳化儀器采用天津市北辰建工試驗(yàn)儀器廠研制的混凝土碳化試驗(yàn)箱，箱內(nèi)CO2濃度保持在（20±3）%，相對(duì)濕度控制在（70±5）%，溫度控制在（20±5）℃。每3 個(gè)試件為組，碳化齡期見(jiàn)表2。

1.2.3抗壓試驗(yàn)?；炷亮⒎襟w抗壓強(qiáng)度采用JYE -200A液壓式建材壓力試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行測(cè)試，最大可施加荷載為2000kg。試驗(yàn)根據(jù)《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50081-2002），選擇與試件在模板內(nèi)時(shí)的兩個(gè)相對(duì)面作為試驗(yàn)時(shí)的受力面，使兩個(gè)受力面相互平行并且與中軸線垂直。選用力控制方式，加載速度為0.5MPa/s。試驗(yàn)時(shí)將試驗(yàn)試塊放在試驗(yàn)機(jī)原形底座中心位置，確保試塊中軸線與試驗(yàn)機(jī)的壓力線重合，調(diào)整橫梁的上下位置，使壓力機(jī)的壓力端接觸試塊。開(kāi)始加載，直到試件被壞，記錄數(shù)據(jù)。

1.2.4碳化深度測(cè)試方法。本試驗(yàn)中采用酚酞酒精溶液測(cè)定混凝土的碳化深度。濃度為l％的酚酞酒精溶液，以PH-9為分界線，已碳化區(qū)為無(wú)色，未碳化區(qū)為粉紅色，該方法僅能測(cè)試完全碳化的深度，是一種定性指示劑。

1.3試驗(yàn)方案設(shè)置

不同試件在不同試驗(yàn)環(huán)境下的分配。試驗(yàn)設(shè)置了鋼纖維與粉煤灰的對(duì)照及清水與氯鹽溶液的對(duì)照，具體試驗(yàn)安排見(jiàn)表1。

表1試件品種與試驗(yàn)環(huán)境安排

品種 浸泡溶液 浸泡時(shí)間/d 碳化時(shí)間/d

鋼纖維/粉煤灰 清水/3%的氯化鈉溶液 60 0

3

7

14

28

2結(jié)果與分析

對(duì)試件經(jīng)氯鹽充分浸泡但還未破壞的情況下（浸泡60天后）混凝土力學(xué)強(qiáng)度隨碳化時(shí)間增加的變化情況進(jìn)行了試驗(yàn)，取碳化深度試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并繪制圖1、圖2。

圖 1圖 2

結(jié)果顯示，碳化初期，清水浸泡的混凝土的碳化緩慢進(jìn)行，而氯離子腐蝕的混凝土發(fā)生碳化延遲或碳化作用微弱，在碳化3天后測(cè)得碳化深度依舊為0，抗碳化性能增強(qiáng)。分析原因可能是氯離子浸泡過(guò)程的腐蝕產(chǎn)物細(xì)化了混凝土的孔隙結(jié)構(gòu)，阻礙CO2進(jìn)入，導(dǎo)致碳化過(guò)程極其微弱。可見(jiàn)氯離子的腐蝕在一定程度上提高了混凝土的抗碳化性能。

在后續(xù)的碳化過(guò)程中（7d-28d），氯離子腐蝕的混凝土的碳化速率明顯較大，說(shuō)明氯離子侵蝕對(duì)碳化產(chǎn)生了促進(jìn)作用。從化學(xué)反應(yīng)上分析，碳化前，腐蝕產(chǎn)物均勻分布于腐蝕區(qū)域，當(dāng)二氧化碳擴(kuò)散到混凝土表面發(fā)生碳化反應(yīng)時(shí)會(huì)釋放氯離子溶解于孔溶液中通過(guò)濃度擴(kuò)散作用遷移到未碳化區(qū)，并在該區(qū)域重新形成腐蝕產(chǎn)物，二氧化碳擴(kuò)散到該區(qū)域發(fā)生碳化作用時(shí)發(fā)生分解作用，這樣隨著碳化和鹽生成的循環(huán)過(guò)程，碳化鋒面逐漸向混凝土內(nèi)部發(fā)展，因此加劇了混凝土的碳化速度。

這個(gè)過(guò)程中氯離子侵蝕促使碳化加速，同時(shí)，碳化過(guò)程會(huì)釋放結(jié)合氯離子導(dǎo)致氯離子濃度局部峰值，加速氯離子滲透，造成氯離子的深入侵蝕，會(huì)使得混凝土發(fā)生嚴(yán)重局部腐蝕破壞，導(dǎo)致混凝土抗壓強(qiáng)度降低。

對(duì)比圖1 和圖2 中的碳化深度數(shù)值，在同樣的試驗(yàn)環(huán)境下，鋼纖維混凝土的抗碳化性能顯著優(yōu)越于粉煤灰混凝土。

3結(jié)論

（1）氯鹽侵蝕對(duì)碳化作用先抑制后促進(jìn)，主要表現(xiàn)在促進(jìn)方面；（2）鋼纖維混凝土抗碳化性能顯著優(yōu)越于粉煤灰混凝土。

參考文獻(xiàn)

[1] 田野,宋顯銳.氯離子對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的侵蝕作用[J].河南建材, 2010(1):13-14.

[2] 許晨,王傳坤,金偉良.混凝土中氯離子侵蝕與碳化的相互影響[J].建筑材料學(xué)報(bào),2011(6):376-380.

基金項(xiàng)目：本試驗(yàn)為鄭州大學(xué)全國(guó)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃資助項(xiàng)目。

作者簡(jiǎn)介：徐銘（1993- ），男，江蘇東海人，鄭州大學(xué)水利水電工程2011級(jí)本科生；別聰穎（1992- ），女，湖北宜昌人，鄭州大學(xué)水利水電工程2011級(jí)本科生；李志偉（1992- ），男，山東濟(jì)南人，鄭州大學(xué)水利水電工程2011級(jí)本科生；張力方（1994- ），河北保定人，鄭州大學(xué)水利水電工程2011級(jí)本科生。