混凝土電阻率與密實(shí)度相關(guān)性研究

陳剛，羅志明，盧霄

（中建西部建設(shè)新疆有限公司，新疆烏魯木齊 830000）

混凝土電阻率與密實(shí)度相關(guān)性研究

陳剛，羅志明，盧霄

（中建西部建設(shè)新疆有限公司，新疆烏魯木齊 830000）

混凝土密實(shí)程度與其抗侵蝕介質(zhì)滲透性能，強(qiáng)度及結(jié)構(gòu)自身的堅(jiān)固程度等有著直接的影響關(guān)系。本文從混凝土電導(dǎo)特性出發(fā)，闡述了在同等條件下，混凝土電阻率與混凝土配合比、混凝土壓力侵蝕介質(zhì)溶液下滲透性能、硬化混凝土氣泡間距系數(shù)等相關(guān)特性。提出了通過混凝土電阻率檢測手段提高混凝土密實(shí)度的措施。

電阻率；壓力侵蝕溶液；氣泡間距系數(shù)；密實(shí)度

0 引言

混凝土結(jié)構(gòu)的長期耐久性能與混凝土自身結(jié)構(gòu)的密實(shí)程度分不開，混凝土結(jié)構(gòu)越密實(shí)，則混凝土所處環(huán)境中的侵蝕介質(zhì)更難以滲入混凝土內(nèi)部，有效避免了混凝土結(jié)構(gòu)的侵蝕破壞。相反，混凝土結(jié)構(gòu)中孔隙越發(fā)達(dá)，有害孔越多、侵蝕介質(zhì)更容易侵入混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部，尤其是有壓力差存在的情況下，更能起到加速侵入的作用，最終導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)的開裂破壞及鋼筋銹蝕，嚴(yán)重影響混凝土結(jié)構(gòu)的長期耐久。同時，混凝土作為電的不良導(dǎo)體，一般環(huán)境下電阻率比較大，但隨著混凝土結(jié)構(gòu)受到侵蝕介質(zhì)溶液的浸入，混凝土內(nèi)部的孔洞被侵蝕溶液填充，混凝土結(jié)構(gòu)的電阻率隨之變小，從而表征出混凝土結(jié)構(gòu)的密實(shí)度降低。本研究的主要目的是通過混凝土壓力介質(zhì)滲透下測量不同測試齡期下混凝土電阻率和介質(zhì)溶液滲透高度，研究兩者之間的相關(guān)性。

1 試驗(yàn)用原材料

水泥：天宇華鑫水泥廠生產(chǎn)的早強(qiáng)型普通硅酸鹽水泥（P·O42.5R）；粉煤灰：紅二電生產(chǎn)的 F.II 級；礦粉：S75級磨細(xì)?；郀t礦渣粉；骨料：新疆和砼源生產(chǎn)的河砂、細(xì)度模數(shù)3.4；5～20mm 卵石，減水劑：西部卓越建材有限責(zé)任公司生產(chǎn)的聚羧酸系高性能減水劑，減水率29%。

2 方案設(shè)計(jì)

2.1 混凝土配合比方案

綜合參考標(biāo)準(zhǔn) JGJ55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》、采用粉煤灰及礦粉的雙摻技術(shù)，設(shè)置 4種不同水膠比、相同單位用水量、固定總骨料用量，保持40% 總摻合料固定摻量設(shè)計(jì)混凝土配合比，具體配合比設(shè)計(jì)方案見表1。

采用機(jī)械拌合，攪拌時長控制為2min，控制混凝土出機(jī)坍落度在180～210mm 之間和單位用水量上限值，測量混凝土出機(jī)工作性，成型待測量試件，靜停24h 后拆模，放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)28d。

2.2 混凝土電阻率測量方案

本研究為有效避免試件成型之間差異導(dǎo)致對結(jié)果的偏差，采用抗水滲透試件同時作為混凝土電阻率測量試件。為提高電阻率測試準(zhǔn)確度，本研究采用 R-400M 型4電極法混凝土電阻率測試儀測量混凝土電阻率。由于混凝土是不良導(dǎo)體，但同時具有導(dǎo)電性的不均一性，受到外界溫度和混凝土的含水率所影響，因此，本研究采用恒定功率的吹風(fēng)機(jī)在混凝土表面吹掃恒定時間以此降低外界環(huán)境對測量結(jié)果帶來的干擾。同時，采用將經(jīng)28d 標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)后的試件在室溫條件下靜止 48h 后測量混凝土初始電阻率，之后采用固定試驗(yàn)測量時間段測量混凝土電阻率（ρ=2παR，α=50mm）。

表1 混凝土配合比設(shè)計(jì)方案 kg/m3

2.3 混凝土滲透性測量方案

參照 GB/T50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》抗水滲透試驗(yàn)（高度法）測量混凝土滲透性能，將施加滲透壓力設(shè)定為 (1.2±0.05)MPa，試驗(yàn)時長為24h，滲透介質(zhì)采用5% 質(zhì)量濃度的NaCl溶液，試驗(yàn)結(jié)束后測量溶液滲透高度。

表2 混凝土工作及力學(xué)性能

2.4 硬化混凝土氣泡間距系數(shù)測量方案

成型100mm×100mm×100mm 的混凝土立方體試件，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d 后制作試樣，參照 TB10005—2010《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》采用直線導(dǎo)線法、手動剔除微小有利氣泡（小于100nm），測量有害氣泡的硬化后混凝土氣泡間距系數(shù)。

3 試驗(yàn)結(jié)果和分析

3.1 混凝土出機(jī)工作性能及力學(xué)性能

表2 列出了6種混凝土配合比出機(jī)坍落度、擴(kuò)展度、含氣量、表觀密度等工作性能，28d 抗壓強(qiáng)度結(jié)果，以及歸納出了根據(jù)混凝土工作性能進(jìn)行試配的實(shí)際單方用水量及實(shí)際水膠比。

3.2 混凝土電阻率與混凝土配比相關(guān)參數(shù)關(guān)系

表3和圖1列出了在粉煤灰與礦粉摻入比例25:15下，實(shí)際水膠比為 0.30、0.35、0.41、0.46時，5%NaCl 溶液，1.2MPa 恒壓力下24h 內(nèi)不同時刻抗?jié)B透試驗(yàn)過程中混凝土電阻率值。試驗(yàn)表明：在恒定壓力下，隨著時間的延長混凝土內(nèi)部孔隙逐漸被溶液所填充，導(dǎo)電介質(zhì)增多，電阻率隨之降低，試驗(yàn)時間與電阻率降低幅度成正比關(guān)系，且隨著水膠比的增大，電阻率呈降低趨勢發(fā)展。

表3 不同水膠比下混凝土電阻率值

圖1 粉煤灰與礦粉固定比例、壓力滲透下水膠比與電阻率關(guān)系曲線

表 4和圖2 列出了在 0.35和 0.41兩個水膠比下，粉煤灰與礦粉不同摻入比例時，混凝土在恒定壓力溶液下不同時刻的電阻率值。試驗(yàn)表明：粉煤灰與礦粉在25:15的摻入比例下其電阻率值比粉煤灰與礦粉在15:25摻入比例下小，內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)較為發(fā)達(dá)，外界溶液更容易滲透入混凝土內(nèi)部。此外，與 0.35的水膠比相比，0.41的水膠比下，粉煤灰與礦粉的摻入比例對混凝土電阻率的影響更大。即可推測，在較大的水膠比下，粉煤灰與礦粉的摻入比例對混凝土內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)存在優(yōu)化作用，合理的粉煤灰及礦粉摻量能進(jìn)一步降低混凝土內(nèi)部空隙率，提高混凝土密實(shí)程度。

表4 同粉煤灰及礦粉摻入比例下混凝土電阻率隨試驗(yàn)時間的變化

圖2 不同粉煤灰及礦粉摻入比例下混凝土電阻率隨試驗(yàn)時間變化曲線

3.3 混凝土電阻率與混凝土滲水高度關(guān)系

表5和圖3列出了在粉煤灰與礦粉摻入比例25:15下，恒壓力溶液下24h抗?jié)B透混凝土電阻率與滲水高度對應(yīng)關(guān)系。試驗(yàn)表明：在恒定壓力溶液下，混凝土電阻率與溶液滲透高度成反向發(fā)展關(guān)系，隨著溶液滲透高度的增加，混凝土電阻率隨著降低的趨勢發(fā)展。聯(lián)合圖1可以推測，混凝土電阻率越高，水膠比越低混凝土抗?jié)B透能力越強(qiáng)，混凝土結(jié)構(gòu)越密實(shí)。

表5 粉煤灰與礦粉固定比例下混凝土電阻率與滲水高度的關(guān)系

圖3 粉煤灰與礦粉固定比例下混凝土電阻率與滲水高度關(guān)系曲線

表6列出了在 0.35和 0.41兩個水膠比下，粉煤灰與礦粉不同摻入比例時，混凝土在恒定壓力溶液24h 時的電阻率與滲透高度對應(yīng)關(guān)系。結(jié)合圖2 可知，在相同礦物摻合料總摻入比例下，隨著礦粉摻量的增加，混凝土電阻率增加，溶液抗?jié)B透性能得到改善，且隨著水膠比的增加，礦粉的抗?jié)B透性能作用表現(xiàn)的更為突出。分析表明，礦粉對混凝土的密實(shí)程度貢獻(xiàn)率高于粉煤灰。

表6 不同粉煤灰及礦粉摻入比例下混凝土電阻率與滲水高度關(guān)系

3.4 混凝土電阻率與硬化后混凝土氣泡間距系數(shù)關(guān)系

根據(jù)參考標(biāo)準(zhǔn)可知，硬化混凝土氣泡間距系數(shù)與混凝土中水泥凈漿含量成正比，與平均單位長度切割的氣泡個數(shù)成反比。由圖4中水膠比與氣泡間距系數(shù)關(guān)系曲線可知，隨著水膠比的降低，混凝土中的水泥凈漿含量升高，氣泡總個數(shù)量降低雙重作用致使氣泡間距系數(shù)逐漸增大，同時，隨著氣泡間距系數(shù)的增大，水膠比的降低，氣泡總個數(shù)的減少，混凝土電阻率也隨之增大，混凝土密實(shí)程度得到改善，與本文之前所推測的結(jié)論相符。

表7 混凝土電阻率及水膠比與硬化混凝土氣泡間距系數(shù)的關(guān)系

圖4 混凝土電阻率及水膠比與硬化混凝土氣泡間距系數(shù)關(guān)系曲線

表 8 表述了固定水膠比下，不同粉煤灰及礦粉摻量時混凝土電阻率與氣泡間距系數(shù)之間的關(guān)系，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可知，在粉煤灰與礦粉總用量不變下，隨著礦粉摻入比例的增加，氣泡間距系數(shù)與電阻率都有所增加，且隨著水膠比的增大，增加幅度加劇，與上文中的研究結(jié)果相符：水膠比及礦物摻合料摻入比例對混凝土密實(shí)程度有著較大的影響關(guān)系。

表8 不同粉煤灰及礦粉摻入比例下混凝土電阻率與硬化混凝土氣泡間距系數(shù)關(guān)系

4 結(jié)論

（1）混凝土電阻率作為混凝土電導(dǎo)性能參數(shù)，受混凝土水膠比，粉煤灰及礦粉等礦物摻合料的摻入比例影響，在同等試驗(yàn)條件下，其電阻率隨著水膠比的減小而變大，隨著礦粉的摻入比例而增大；

（2）在壓力侵蝕介質(zhì)溶液下，隨著時間的延長，溶液逐漸滲透入混凝土內(nèi)部，電阻率隨之降低，混凝土滲水高度增大，混凝土抗?jié)B透性能降低，能較為直觀的表針混凝土密實(shí)程度；

（3）借助硬化混凝土氣泡間距系數(shù)測定儀器及手動篩選過濾混凝土中微小氣泡，混凝土電阻率與氣泡間距系數(shù)呈現(xiàn)正比的對應(yīng)關(guān)系，即隨著氣泡間距系數(shù)的增加，氣泡總個數(shù)減少，混凝土電阻率隨之變大，混凝土密實(shí)程度增加。

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The correlation studybetweenwith the resistivity and compactness of concrete

Chen Gang, Luo Zhiming, Lu Xiao
(China West Construction Xinjiang Group co., LTD, XinjiangUrumqi, 830000)

There has a direct influence between with the compactness of concrete and the resistance to corrosion permeability, strength, and strong degree of structure itself. This paper expounds the relevant features with the resistivity,mixture ratio ,the permeability in stress erosion solution and the hardened concrete bubble spacing factor under the same conditions. Put forward through the concrete resistivity testing means to improve the compactness of concrete measures.

The resistivity; stress corrosion solution; bubble spacing coef fi cient; compactness

陳剛（1967—），男，本科學(xué)歷，工程師，從事商品混凝土生產(chǎn)管理工作。

［通訊地址］新疆烏魯木齊市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)丹霞山街666號（830000）