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刘雪娟 等 ： 掺合料掺量对混凝土抗氯离子性能影响 2 1 D OI ： 1 0 1 3 9 0 5 j e n k i d w j z 2 0 1 5 1 2 0 0 8 掺合料掺量对 混凝土抗氯离子性能影响 刘雪娟 ， 陈波 ( 1 中铁上海工程局集团第一工程有限公 司。 安徽芜湖2 4 1 0 0 7： 2 南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家重点实验 室。 南京2 1 0 0 2 9) 【 摘要】 为确定氯盐强腐蚀环境下混凝土矿物掺合料的掺量对抗氯离子侵蚀性能的影响， 研究了三种不 同矿物掺合料掺量的混凝土氯离子迁移系数， 并考察 了氯离子迁移系数与龄期及掺量的关系。三种掺合料掺量 及组合分别为 1 0 粉煤灰 + 2 0 矿渣、 1 5 粉煤灰 + 2 5 矿渣和2 0 粉煤灰 + 3 0 矿渣。结果表明： 混凝土氯离 子迁移系数与龄期之间满足幂函数关系； 掺合料掺量在 3 0 、 4 0 和 5 0 变化时， 混凝土氯离子迁移系数与掺量 呈负线性相关 。 【 关键词】 矿物掺合料； 掺量 ； 组合； 氯离子迁移系数 【 中图分类号】 T U 5 2 8 0 4 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 5 ) 1 2 0 0 2 1 0 3 0 引言 混凝土耐久性是影响混凝土结构使用寿命的主 要原因， 而氯离子侵蚀是影响其结构耐久性的主要因 素之一， 氯离子侵蚀诱发钢筋混凝土结构 中的钢筋锈 蚀 ， 继而导致钢筋混凝 土结构 的力学性 能发生 改变 直 至破坏 ， 因此 ， 提高氯盐腐蚀环境下混凝土 的抗氯 离子侵蚀性能显得尤为重要。提高混凝土的致密性 等方法可有效防止氯离子对混凝土结构和钢筋 的破 坏 。研究表明 ， 矿物掺合料能有效改善混凝土孔 隙结构， 提高混凝土密实性进而提高混凝土的抗氯离 子侵入能力。 文中结合某工程 的桩基混凝土的环境特点开展 了矿物掺合料掺量及矿物掺合料组合对混凝土抗氯 离子侵蚀性能的研究。该工程 的 岩土工程勘测报 告中 场 地地 下 水 检 测结 果 显 示 氯 离 子含 量 为 2 1 8 6 5 2 m g L， 为强氯盐腐蚀环境。因此 ， 需要对桩基 混凝土的耐久性开展试验研究。为确定氯盐强腐蚀 环境下混凝土中矿物掺合料的最佳掺量及组合， 采用 快速氯离子迁移 ( R C M) 法分别研究了三种不同矿物 掺合料掺量及组合下混凝土氯离子迁移系数 ， 并考察 了氯离子迁移系数与龄期及掺量的关系。 1 试验原材料 3 赵霄龙 ， 卫军 ， 黄玉盈 混凝 土冻融耐久性 劣化与孔结构变 化 的关系 J 武汉理工大学学报 ， 2 0 0 2， ( 1 2 ) ： 1 41 7 4 冷发 光 ， 周 永 祥 ， 王 晶 混 凝 土耐 久 性及 其 检 测评 价 方 法 M 北京： 中国建材工业出版社， 2 0 1 2 ， ( 4 ) ： 2 0 2 8 5 龚成志， 黄维荣， 周建延含气量对混凝土耐久性的影响 J 公路交通科技 ， 2 0 1 1 ， ( 4 ) ： 1 3 6 王黎明， 何松松 纳米材料对道路水泥混凝土性能的影响 J 大连交通大学学报 ， 2 0 1 4， 3 5 ( 4 ) ： 5 6 6 o 7 何东坡 ， 胡英杰 季冻区掺粉煤灰水泥混凝土路面耐久性研 水泥 ： P O 4 2 5 ； 粉 煤灰 ： I I 级 ； 矿 渣 ： $ 7 5级 ； 细 骨料 ： I I 区中砂 ； 粗 骨料 ： 粒径 在 ( 5 2 0 ) m m之 间的卵 石 ； 外加剂 ： F D N减水剂 、 引气剂 。 2混凝土配合 比 混凝 土配合 比设计 强度 等级 C 4 0 ， 坍 落度 ( 1 8 0 2 0 ) m m， 含气量( 2 5 0 5 ) ， 矿物掺合料掺量及组 合分别为3 0 ( 1 0 粉煤灰 + 2 0 磨细矿渣粉) 、 4 0 ( 1 5 粉煤灰 + 2 5 磨细矿渣粉) 和5 0 ( 2 0 粉煤灰 + 3 0 磨细矿渣粉) 。经过大量试配， 确定配合比见 表 1 。 表 1 混凝土配合 比 标准养护至特定龄期时的混凝土抗压强度值见 表 2 。 三种矿物掺合料掺量下 ， 混凝土的抗压强度都满 足设计强度等级要求， 但掺合料掺量为 5 0 ( 2 0 粉 煤灰 + 3 0 矿渣粉) 时， 2 8 d 抗压强度低于掺量为 3 0 究 J 公路 ， 2 0 1 0， ( 5 ) ： 9 5 9 9 8 王培铭 ， 陈志源 ， S c h o l z H 粉 煤灰 与水泥 浆体界 面的形貌 特 征 J 硅酸盐学报 ， 1 9 9 7， 8 ( 4 ) ： 4 7 5 4 7 9 收稿 日期 2 0 1 50 92 8 作者简介 何松 松 ( 1 9 8 9一) ， 男 ， 黑龙 江佳 木斯 人 ， 工学 硕 士 ， 研究方向 ： 材料与结构 。 2 2 低温建筑技术 2 0 1 5年第 1 2期 ( 总第 2 1 0期 ) ( 1 0 粉煤灰 + 2 0 磨细矿渣粉 ) 和 4 0 ( 1 5 粉煤灰 + 2 5 磨细矿渣粉) 的混凝土。当粉煤灰掺量超_过一 定掺量时， 粉煤灰在早龄期水化程度较低， 导致混凝 土强度降低， 随着龄期增长， 掺粉煤灰混凝土的后期 强度将逐渐增大 。 表 2 混凝土抗压强度 M P a 3试验方法 快速氯离子迁移 ( R C M) 试验参照 G B T 5 0 0 8 2 2 0 0 9 ( 普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标 准 中“ 7 1快速氯离子迁移系数法 ( 或称 R C M法) ” 进行 ， 通过测定氯离子 在混凝土 中非稳态迁 移 的迁 移 系数 ， 确定混凝土抗氯离子侵入能力， 迁移系数通过 式 ( 1 ) 计算得 出： = U 2 t ( R c M f 一 1 A d o o 2 3 8 ， 式中， D 为混 凝土 非稳态氯 离子迁 移系 数， 1 0 m s ； T为 阳极 电 解 池 初 始 和 最 终 温 度 平 均 值， ； U为所施加的电压绝对值 ， V； 为氯离子渗透 深度平均值， m m； 为试验持续时间， h 。 4试验 结果及分析 矿物掺合料掺量及组合为 3 0 、 4 0 和 5 0 时， 7 d 、 2 8 d 、 5 6 d和 9 0 d龄期 的混 凝土 氯离 子迁 移系 数试 验结果见图 1 。 图 1 矿物掺合料掺量对 D ， 的影响 不同龄期的混凝土都有矿物掺合料掺量越大， 氯 离 子迁 移系 数越小 的特 征 ， 可认 为 随着掺 量 的增 加 ， 混凝土抗氯离子侵蚀能力增强。 在某个掺量下， 随着龄期增长 ， 氯离子迁移系数 减 小 ， 可认 为 随着混 凝土强 度 的不断发 展 ， 混 凝土 内 部不断密实 ， 氯离子侵入变得 困难 。 氯离子扩散随时间 的关 系可用 幂 函数 规律描 述 ， 其 中时间依赖性常数 m与材料 ( 如混凝 土矿物掺合料 种类及掺量等 ) 和环境( 如温度和湿度 ) 有关 ， 如式 ( 2 ) 所示 。 ， ， Q D ( )= D ( 2 8 ) ( ) ( 2 ) 式中， D ( ) 为 t 时间的迁移系数 ； D ( 2 8 ) 为 2 8 d的迁移系数； 1, 为时间依赖性常数。 采用该函数 ， 考察迁移系数 随时问的发展规律。 利用式( 2 ) 对图 1中数据进行拟合， 得到 D 随龄期 发展关 系见 图 2图 4 。 表 3 拟合得到的 m值和R 二 ，二 鱼 、 龄期， d 图 2 C L 3的D 随龄期发展关系 龄期， d 图 3 C L 4的 D 随龄期发展关系 通过数据拟合， 得到各组混凝土的时间依赖性常 数 m和相关系数 见表 3 。随着掺量的增大， m略有 增 大。 的最 小 值 为 0 9 8 6 ， 相 关 性 较 强 。采 用 式 ( 2 ) 能够良好地展示 D 的发展规律。 分析图 1中掺合料掺量与混凝土 D 的关系， 可 以看出， 在某一龄期时， 掺合料掺量与混凝土 D 删 呈 负线性相关见 图 5 。 以掺合料掺量作为 自变量 ， 混凝土的D 作为 刘雪娟等： 掺合料掺量对混凝土抗氯离子性能影响 一 岫 b 、 龄期， d 图4 C L 5的 D 随龄期发展关系 2105 卜 j -0 1 ： 隹 三 三 睾 3 0 4 0 5 0 掺合料掺量， 7 d - 2 8 d 5 6 d 9 O d 图 5 不同龄期时掺合料掺量 与混凝土 D 的关系 因变量 y ， 在 7 d 、 2 8 d 、 5 6 d和9 0 d等4个龄期时， 掺合料 掺量与混凝土的 D 均呈负线性相关 ， 拟合关系式及 R 如表 4所示。当掺合料掺量在3 0 5 0 之间时， 任一掺量时的混凝土 D 可通过插值得到； 混凝 土 D R c M 与掺合料的组合关系不明显。 表 4 掺合料掺量与D c M 的负线性相关拟合关系式及 R 混凝土侵蚀破坏的主要原 因之一是其 内部可 自 由迁移的氯离子的存在 。目前阻止氯离子的 自由 迁移的常用方法主要通过细化混凝土孔径、 减少连通 孔 、 提高混凝土密实度等， 本次研究结果表明混凝土 中掺加矿物掺合料能有效达到该 目的。 分析其原因， 粉煤灰和矿渣中大量的微细颗粒与 水泥颗粒形成 良好的颗粒级配体系， 具有填充效应 ， 起到微集料作用， 使混凝土结构变得更加密实； 此外 ， 粉煤灰和矿渣对氯离子有一定的结合能力， 使氯离子 在混凝土中传输变得困难 ， 而且矿渣水化后形成 的水化硅酸钙和钙矾石等火山灰反应产物可使混凝 土内部的孔隙变小、 曲折甚至不连通 ； 粉煤灰的微集 料效应也能使混凝土的孔隙率减少， 并且水泥水化产 物与粉煤灰水化产物发生二次水化反应 ， 生成较多的 水化硅酸钙、 水化铝酸钙等胶凝材料 ， 且水化铝酸钙 是化学固化氯离子的主要物质， 可使混凝土中游离氯 离子含量降低 ， 减弱氯离子对混凝土的渗透作用 J 。 两种掺合料的综合作用可以大大提高混凝土密实性 ， 进而有效阻止氯离子的迁移行为。 5结语 ( 1 ) 混凝土氯离子迁移 系数与龄 期之 间满足幂 函数关系。 ( 2 ) 时间依赖性常数随掺量增大而略有增大 。 ( 3 ) 掺合料掺量在 3 0 、 4 0 和5 0 变化时， 混 凝土氯离子迁移系数与掺量呈负线性相关 ， 与掺合料 的组合的关系不明显。 参考文献 1 罗小 勇， 邹洪波 ， 黄素辉 不用应力状态下混凝土抗 氯离子侵 蚀浸泡试验研究 【 J 工业建筑 ， 2 0 1 2 ， ( 9 )： 1 1 01 1 5 2 赵尚传， 潘德强， 宋国栋 混凝土结构抗氯离子侵蚀试验研究 及耐久寿命预测 J 公路交通科技， 2 0 0 4 ， 2 1 ( 4 ) ： 1 2 1 5 3 马志鸣， 赵铁军 ， 王本臻 矿物掺合料对混凝土 中氯 离子传输 规律影 响的试验研究 J 公路 ， 2 0 1 2 ( 2 )： 1 6 41 6 7 4 张超， 周清文， 谢咸颂， 张邦平 高性能混凝土抗压强度的正 交试 验研究 J 价值工程 ， 2 0 1 3， ( 2 5 )： 9 79 8 5 王卫东石粉对硅酸盐水泥固化氯离子的影响及机理研究 D 焦作： 河南理工大学， 2 0 1 2 6 B E R N DT M L P r o p e r t i e s o f s u s t a i n a b l e c o n c r e t e c o n t a i n i n g fl y a s h s l a g a n d r e c y c l e d c o n c r e t e a g g r e g a t e J C o n s t r u c t i o n a n d B u il d i n g Ma t e r i a l s ， 2 0 0 9， 2 3 ( 7 ) ： 2 6 0 62 6 1 3 7 阎培渝 粉煤灰在复合胶凝材料水化过程中的作用机理 J 硅酸盐学报 ， 2 0 0 7 ， 2 5 ( S 1 ) ：1 6 71 7 1 8 赵井辉 ， 武义鑫 ， 刘福 胜， 等 矿物掺合 料水工混凝 土抗氯离 子侵蚀性能研究 J 混凝土与水泥制品 ， 2 0 1 5 ， ( 3 ) ： 8 79 0 收稿 日期 2 0 1 5一 O 82 4 作者简介 刘雪娟( 1 9 8 8 一) ， 女， 河北徐水人， 助理工程师， 从事材料检测工作。