混凝土不同层次结构抗氯盐侵蚀性能与相互关系的研究.pdf

2 0 1 1年 第 7期 (总 第 2 6 1期 ) N u mb e r 7i n2 0 1 1 ( T o ta l No 2 6 1 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 T HE0RETI CAL RES EARCH d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 1 0 7 0 1 0 混凝土不同层次结构抗氯盐侵蚀性能 与相互关系的研究 王成启 ( 中交上海三航科学研究院有限公司 ，上海 2 0 0 0 3 2 ) 摘要： 针对混凝土多层次结构( 水泥浆、 砂浆和混凝土三个层次结构) 的特点， 试验研究了混凝土不同层次结构的抗氯盐侵蚀性能及相 互关系。 研究结果表明： 混凝土中三个层次的抗氯盐侵蚀性能按净浆、 砂浆和混凝土的次序增强， 高性能混凝土配合比设计应控制三个层 次比例， 控制浆骨比、 砂胶比和砂率等配合比参数， 保证混凝土具有较高的抗氯盐侵蚀性能。 关键词： 混凝土；层次结构；抗氯盐侵蚀；配合比 中图分 类号： T U5 2 8 0 1 文献标 志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 1 ) 0 7 0 0 2 9 0 2 St u dy o f t h e r e s i s t an ce t o c hl or i de pe ne t r a t i on o f c on c r e t e s t r u c t u r e on di ffer e nt l ev e l s a nd m u t ual r el a t i ons hi ps W AN G Ch e n g- q i ( C h i n aC o mmu n i c a t i o n s S h a n g h a i T h i r dH a r b o r E n g i n e e ri n gS c i e n c e andT e c h n o l o g yR e s e a r c hI n s t i t u t e C o ， L t d ， S h a n g h a i 2 0 0 0 3 2 ， C h i n a ) Abs t r a ct： Th e r e s i s t a n c e t o c hl o rid e p e n e t r a t i o n o f c o n c r e t e s t r u c t ur e o n d i ffe r e n t l e v e l s a n d mu tua l r e l a t i o n s h i p s we r e s tud i e d o n ba s i s o fmo r e l e v e l s o f c o n c r e t e( p a s t e ， mo r t a r ， c o n c r e t e ) E x p e r i me n t a l r e s u l t s s h o w t h a t t h e r e s i s t a n c e t o c h l o ri d e p e n e t r a t i o n o f c o n c r e t e s tr u c t u r e o n t h r e e l e v - e l s g r a d u a l l y i n c r e a s e s i n s e q u e n c e o fp a s t e ， mo r t a r， c o n c r e t e ， p r o po r t i o n o fo n t hre e l e v e l s an d p a s t e a g g r e g a t e r a t i o， s a n d b i n d e r r a t i o， s and r a t i o o f c o n c r e t e mi x r a t i o p ara me t e r mu s t b e c o n t r o l l e d t o h a v e h i gh p e r f o r ma n c e o f r e s i s t a n c e t o c h l o ri d e p e n e tr a t i o n Keywor ds ： c o n c r e t e； s t ruc t u r e o n d i ffe r e n t l e v e l s ； r e s i s t a n c et o c h l o rid ep e n e t r a t ion； c o n c r e t emi x r a t i o 0引言 1 试验过程 硬化混凝土是一种多相( 汽、 液、 固三相兼而有之) 、 多孔的 复合材料， 具有高度不均匀和复杂的内部结构， 不仅骨料和水泥 基体两相分布不均匀， 而且它们 自身的结构相当复杂。 混凝土研 究尺度可分为微观、 细观和宏观。 微观层次一般指微米尺度， 在该 层次下 ， 则混凝土内部结构相当复杂， 硬化水泥浆体的内部结构 是混凝土的结构特征 ， 能够分辨出硬化水泥浆体的颗粒结构。 细 观层次所包含的范围较大， 结构单元尺寸从 1 0 m到几个厘米， 甚至更大【 l 】 ， 在该层次下， 颗粒结构是最重要的， 可以观察到骨料 颗粒以及较大的孔隙， 骨料颗粒与砂浆基体的相互作用。 从宏观 层次看， 混凝土可视为由骨料( 石子和砂) 分散在水泥基体中的 两相材料。 在宏观层次下， 混凝土被假定为均匀和各向同性的。 混凝土被视为由尺寸大于几厘米的结构单元组成， 单元的尺寸 的大小足够在平均比例上反映均匀化的材料性质。 因此， 混凝土 是由水泥浆、 砂浆和混凝土三个层次， 具有多层次结构特征。 为提高混凝土耐久性 ， 在海港工程、 跨海大桥等海工工程 中均采用高性能混凝土 。 较高的抗氯盐侵蚀是海工高性能混 凝土的最主要性能之一阁 。 而混凝土具有水泥浆、 砂浆和混凝土 多层次的结构特点， 本试验研究混凝土中的水泥浆 、 砂浆和混 凝土三个层次的抗氯盐侵蚀性能， 分析混凝土三个层次抗氯盐 侵蚀作用及相互关系， 从而对抗氯盐海工高性能混凝土的配合 比设计具有重要作用。 收稿 日期 ：2 0 1 1 _ J 0 1 _ 2 9 1 1 原材料和配合 比 胶凝材料 ： 水泥采用上海嘉新港辉有限公司生产 P I 5 2 5 级 水泥， 水泥的力学性能： 抗折强度3 d为 6 0 MP a ； 2 8 d 为 8 _3 MP a 。 抗压强度 3 d 为 2 8 6 M P a ； 2 8 d 为 5 8 7 I V I P a ， 其他各性能指标 符合国家标准。 矿粉采用安徽朱家桥水泥有限公司的 $ 9 5矿渣 粉 ， 其物理力学性能指标如表 1 所示 ， 其各项性能指标符合国 家标准。 表 1 矿渣粉物理力学性 能指标 比表面积 水分 密度 ( mV k g ) ( g c m 流动度比 三氧化硫 烧失量 活性指数 ) 7 d 2 8 d 4 3 6 O 2 2 8 7 1 0 00 O 0 3 0 9 5 7 6 9 62 骨料 ： 细骨料采用细度模数为 2 6的中砂； 粗骨料采用 5 3 1 5 r n l T l 连续级配的碎石 。 减水剂： 采用麦斯特生产的R P 2 5高效减水剂。 设计了较大水胶 比( O 5 0 ) 和较低水胶比( O 3 5 ) 两个系列 ， 矿粉掺量为 7 0 ， 每个系列中包括净浆、 砂浆和混凝土三个层 次， 混凝土三个不同层次结构配合比如表 2所示。 1 2 试 验方 法 抗压强度按 J T J 2 7 0 ( 水运工程混凝土试验规程 进行检测； 抗氯离子电渗透性试验按 A S T M C 1 2 0 2 ( 混凝土抗氯离子渗透 性标准试验方法 进行。 29 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 2 混凝土三个层次结构配合比( 质量比 ) 2 试验结果讨论与分析 2 1 抗 压 强度 抗压强度的测试结果如表 3 所示。 从表 3可以看出， 水胶比 为 0 5 0的 3 、 2 8 d 抗压强度按净浆 、 砂浆和混凝土的次序不断增 加。 此外 ， 表 3表明 ， 水胶 比为 0 3 5的 3 、 2 8 d抗压强度也按净 浆、 砂浆和混凝土的次序不断增加。 因此， 混凝土中的净浆 、 砂 浆和混凝土三个层次结构强度具有显著差异， 混凝土中浆体含 量和砂率对抗压强度具有一定的影响， 合理控制浆骨比、 砂胶比 和砂率等可提高混凝土抗压强度。 为保证海工高性能混凝土的 强度和工作性能， 砂率应通过试验确定， 并宜控制在 3 4 ,- 4 2 。 表 3 抗压强度测试结果 2 2 抗氯盐侵蚀性能 按照 AS T M C1 2 0 2标准分别测试试样 2 8 d的电通量 ， 测 试结果如表 4所示。 电通量直接反应水泥基材料抗氯盐侵蚀性 能， 抗氯盐侵蚀性能较强的水泥基材料具有较低的电通量。 从 表 4可以明显地看出， 水胶比为 0 5 0的 2 8 d电通量按净浆、 砂 浆和混凝土的次序降低， 这表明三个层次的抗氯盐侵蚀能力按 混凝土、 砂浆、 净浆次序降低； 同时， 表 4也清楚地表明， 水胶比 为 0 3 5的 2 8 d电通量也按净浆 、 砂浆和混凝土的次序降低， 抗 氯盐侵蚀能力也按混凝土、 砂浆和净浆的次序降低。 因此， 混凝 土中三个层次结构的抗氯盐侵蚀能力存在较大差别， 通过合理 调整三个层次的比例可以提高混凝土抗氯盐侵蚀能力， 以指导 表 4电通量测试结果 编号 2 8d电通量 C D l 4 3 6 9 D2 1 5l 2 D3 l l 4l G1 2 9 5 0 G2 l 1 2 7 G3 8 4 2 混凝土配合比设计。 2 3 机 理分 析 根据混凝土的结构 ， 混凝土可划分为原子一 分子、 细观、 粗 观和宏观四个层次。 通过材料的组分一 结构一 性能的多层次研 究， 促进了按使用要求与使用寿命来进行混凝土材料力学行为 的综合设计， 并把混凝土工艺理论在结构层次上和混凝土强度 理论相适应 。 高性能混凝土抗氯盐侵蚀性能与内部结构密切 相关， 从宏观层次来看， 混凝土具有水泥浆、 砂浆和混凝土三个 层次， 水泥浆体中不含细骨料， 而砂浆中不含粗骨料， 骨料具有 较大的电阻率 ， 导致砂浆和混凝土层次的电通量降低， 在一定 程度上可阻止有害氯离子侵入， 从而导致三个层次的抗氯盐侵 蚀性能差别。 因此， 当混凝土中浆体量较大， 会增加混凝土收缩 并导致水化热的增加， 同时， 骨料含量相对较小， 会一定程度导 致混凝土的电通量的增加， 抗氯盐侵蚀性能的下降， 应适当控 制浆体的比例， 保证高性能混凝土具有 良好的工作性和耐久性。 对于海工高性能混凝土胶凝材料浆体体积应不超过 3 5 嗍 。 3结 论 混凝土具有净浆 、 砂浆和混凝土三个层次结构， 具有多次 结构的特点。 本研究对混凝土三个层次结构的混凝土抗氯盐侵 蚀性能进行了试验研究， 研究结果表明， 三个层次结构的电通 量按净浆 、 砂浆和混凝土的次序递减， 混凝土层次具有较高的 抗氯盐侵蚀性能， 三个层次层次结构抗氯盐侵蚀性能对高性能 混凝土配合比设计具有一定指导作用 ， 在保证混凝土工作性的 情况下， 应适当控制混凝土浆骨比、 砂率等参数， 浆体体积应小 于 3 5 ， 砂率宜控制在 4 2 以内， 保证海工高性能混凝土具有 较高的抗氯盐侵蚀性能。 参考 文献 ： 1 小林昭一 混凝土的破坏机理【 M E 京： 水利出版社， 1 9 8 2 2 2 王成启 ， 汪冬冬 上海液化天然气码头高性能混凝土配制与施工技 术l J l _ 水运工程， 2 0 1 0 ( 1 ) ： 1 0 8 1 1 2 3 李忠梅， 张民 跨海大桥海工高性能混凝土的配制 J 1 路基工程， 2 0 1 0 ( 2 ) ： 9 6 9 8 【 4 周国强 杭州湾跨海大桥承台海工高性能混凝土研究叨 粉煤灰 ， 2 0 0 9 ( 3 ) ： 3 4 3 6 5 王成启诲 工高性能混凝土配制技术 J 水运工程， 2 0 0 6 ( 2 ) ： 9 - 1 2 6 黄蕴元混凝土的材料组分一 结构一 界面力学行为关系的多层次研究【 J 】 上海建材学院学报， 1 9 8 9 ( 3 ) 7 黄蕴元 混凝土工艺理论的科学基础 J 昆 凝土与水泥制品， 1 9 8 5 ( 5 ) 8 Z G 3 K 0 0 8 -2 0 0 5 ， 海工高性能混凝土施工技术规程【 s 】 作者简介： 王成启( 1 9 6 4 ) ， 男， 教授级高级工程师， 博士 ， 研究方向： 工 程材料的研究。 联系地址： 上海市肇嘉浜路 8 2 9 号 中交上海三航科学研究院有限公 司( 2 0 0 0 3 2 ) 联 系电话 ： 0 2 1 6 4 6 9 5 0 3 5 三一德国产业园建成投产 2 0 1 1 年 6 月2 0日， 德国北威州科隆市， 三一重工德国贝德堡产业园开业典礼成功举行。德国北威州经济部长福克斯贝格、 中国驻德大使吴红 波、 湖南省省长徐守盛出席了开业典礼并共同按下启动按钮， 这也意味着三一德国产业园正式投产。 三一重工董事长梁稳根和福克斯贝格 、徐守盛、 吴红波等分别在典礼上讲话。 德国产业园是三一继印度、 美国之后， 在海外设立的第三个研发制造基地。 签约两年多来， 三一重工按计划完成了首期 4 0 0 0 多万欧元的固定资产投资 ， 雇佣德国员工 1 0 0 多人， 三一在德国的“ 家” 初步成形。 3 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m