自密實(shí)混凝土的氯離子滲透性研究

遲衡 李蘭 李翠珍

青島理工建業(yè)檢測(cè)科技有限公司，中國(guó)·山東 青島 266041

配制了基準(zhǔn)自密實(shí)混凝土、摻加粉煤灰及復(fù)合礦物質(zhì)摻合料自密實(shí)混凝土。采用自然浸透法將上述混凝土試件標(biāo)養(yǎng)7d后浸泡于鹽水中，1個(gè)月后取出測(cè)定不同深度C1-含量，得出了混凝土的C1-擴(kuò)散系數(shù)。

自密實(shí)；混凝土；礦物質(zhì)摻合料；Cl-滲透性

1 引言

混凝土中的氯離子通常來(lái)自兩種途徑：一種是由混凝土原材料帶入拌合物，如海產(chǎn)骨料，拌合水，含氯離子的外加劑等；另一種是鹽霧、鹽堿地和海水侵蝕等，氯離子通過(guò)擴(kuò)散、毛細(xì)孔吸收和滲透三種方式向混凝土內(nèi)部遷移[1]。由于氯離子的半徑很小，其在混凝土中的遷移能力較強(qiáng)，常穿過(guò)混凝土保護(hù)層并在鋼筋表面積聚，當(dāng)其質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)一定的臨界值時(shí)會(huì)導(dǎo)致鋼筋表面去鈍化，進(jìn)而引起鋼筋的銹蝕和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的破壞。

氯離子在混凝土中的滲透和擴(kuò)散性能，常用混凝土中氯離子表觀擴(kuò)散系數(shù)來(lái)表達(dá)。

2 試驗(yàn)原材料及相關(guān)性能參數(shù)

（1）水泥：中聯(lián)水泥集團(tuán)有限公司，P.O42.5。

（2）砂：青島大沽河，細(xì)度模數(shù)2.65，含泥量1.5%。

（3）碎石：嶗山花崗巖，粒徑5～20mm，含泥量0.2%。

（4）粉煤灰（F）：濰坊電廠，燒失量6.5%，細(xì)度(45μm篩余)12.5%，需水量比105%，Ⅱ級(jí)灰。

（5）磨細(xì)粒化高爐礦渣（B）：萊蕪鋼廠，比表面積405m2/kg，活性指數(shù)102%。

（6）外加劑：青島理工砼業(yè)科技有限公司，聚羧酸高性能減水劑，摻量1.2%，減水率31%，引氣量4.1%。

3 試驗(yàn)方法

混凝土試件在鹽水中自然浸泡1個(gè)月后，依據(jù)《硬化混凝土氯離子總擴(kuò)散系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》計(jì)算混凝土氯離子表觀擴(kuò)散系數(shù)。

3.1 混凝土配合比及混凝土的抗壓強(qiáng)度

試驗(yàn)用混凝土配合比及其對(duì)應(yīng)的混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果，分別列于表1和表2。

表1 混凝土配合比

表2 混凝土的流動(dòng)性及抗壓強(qiáng)度

3.2 抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果與分析

表2的試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，摻加40%粉煤灰的混凝土，7d的抗壓強(qiáng)度要比基準(zhǔn)混凝土低22%，隨著養(yǎng)護(hù)齡期的延長(zhǎng)，其抗壓強(qiáng)度逐漸增長(zhǎng)。28d和60d的抗壓強(qiáng)度分別降低12%和4%，其主要原因是粉煤灰早期活性較低，隨著養(yǎng)護(hù)齡期的延長(zhǎng)，粉煤灰潛在活性不斷發(fā)揮，使粉煤灰混凝土后期強(qiáng)度加速增長(zhǎng)。

表2的試驗(yàn)數(shù)據(jù)同時(shí)表明，分別以礦渣取代1/4和1/3的粉煤灰，各齡期的抗壓強(qiáng)度值均高于單獨(dú)摻加40%粉煤灰的混凝土。因?yàn)榈V渣的火山灰活性作用比粉煤灰高，復(fù)合摻入混凝土后，由于疊加效應(yīng)，提高了混凝土的各齡期強(qiáng)度。

3.3 氯離子滲透性試驗(yàn)

3.3.1 混凝土不同深度氯離子含量

自然浸泡法測(cè)定混凝土氯離子滲透性試驗(yàn)依據(jù)《硬化混凝土氯離子總擴(kuò)散系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》進(jìn)行。

將尺寸為100mm×100mm×100mm的不經(jīng)振搗的立方體混凝土試件，在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)7d，以三塊試件為一組，除一個(gè)側(cè)面作為暴露面外，其余各面均以石蠟密封后浸泡于鹽水中，并且使溶液液面高于頂面不小于20mm，保持溶液溫度為20±2℃。浸泡1個(gè)月后取出。清除混凝土暴露表面殘?jiān)?，并打磨平整。用混凝土切削機(jī)，沿垂直暴露面的方向進(jìn)行分層取樣。取樣層的厚度應(yīng)小于2mm。測(cè)定混凝土粉末樣品中氯離子含量。

混凝土表面氯離子濃度Cs，表觀擴(kuò)散系數(shù)Da以及氯離子濃度分布曲線，用最小二乘法進(jìn)行非線性回歸。各層氯離子濃度應(yīng)滿足下式：

式中：C（x，t）－暴露時(shí)間為t時(shí)，深度x處的氯離子濃度，%。

x－暴露面與取樣層間的距離（取樣層中心），m。

t－混凝土暴露在鹽水中所持續(xù)的時(shí)間，s。

Cs－混凝土暴露表面的氯離子濃度，%。

Ci－混凝土初始氯離子濃度或本底濃度，%，取Ci ＝0。

Da－氯離子總擴(kuò)散系數(shù)或表觀擴(kuò)散系數(shù)，m2/s。

erf－誤差函數(shù)，其值可以在常用的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)學(xué)參考書中查取。

Cs值是由回歸分析得出的理論值，并不是實(shí)際的表面氯離子濃度。

混凝土不同深度上可溶性氯離子含量如表3所示。

表3 不同深度上可溶性氯離子含量

由表3可以看出，在同一深度上，摻加礦物摻合料的混凝土氯離子含量顯著低于不摻礦物摻合料的混凝土，最大可降低40%，摻加礦物摻合料的混凝土抵抗氯離子侵蝕的能力優(yōu)于不摻礦物摻合料的混凝土。

3.3.2 混凝土中氯離子擴(kuò)散系數(shù)

試驗(yàn)時(shí)，采用計(jì)算軟件origin中的“自定義非線性擬合函數(shù)”功能，按照Fick 第二定律的解析解，用最小二乘法對(duì)表3中的數(shù)據(jù)進(jìn)行非線性回歸，并求得混凝土表面氯離子濃度Cs和氯離子表觀擴(kuò)散系數(shù)Da，所得結(jié)果列于表3、表4。

表4 混凝土的氯離子表觀擴(kuò)散系數(shù)Da ×10-12/m2/s

表4的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，摻加復(fù)合礦物摻合料的自密實(shí)混凝土Da ＜2×10-12m2/s，說(shuō)明不經(jīng)振搗的自密實(shí)混凝土具有非常好的抗氯離子滲透性能。

4 結(jié)語(yǔ)

在自密實(shí)混凝土中，摻加礦物摻合料能顯著提高混凝土的抗氯離子滲透性能，從而保證處于氯鹽環(huán)境的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的使用耐久性。