混凝土氯离子扩散性能与时间关系的试验研究.pdf
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1、2 0 1 1年 第 4 期 (总 第 2 5 8 期 ) Nu mb e r4i n2 01 1 ( T o t a 1 No 2 5 8) 混 凝 土 Co nc r e t e 理论研究 T HE0RET I CAL RES EAR CH 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 4 0 1 2 混凝土氯离子扩散性能与时间关系的试验研究 周胜兵 ,周剑 ,张俊芝 ,王建东 ( 浙江工业大学 建筑工程学院 ,浙江 杭州 3 1 0 0 1 4 ) 摘要 : 通过设计 的考虑单一养护时间因素 的试验 , 用 NE L法测定 了
2、不 同配合 比、 标准养护时间不同的混凝土的氯离子扩散系数 。 试验 的结果表明 , 混凝土扩散系数随着养护时间的延长而降低 , 在混凝 土成型 2 5 0 d后扩散系数的降低 幅度明显减缓。 关键词 : 氯离子 ;扩散系数 ;衰减 ;养护时间;N EL法 中图分类号: T U5 2 8 O l 文献标志码 : A 文章编号: 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 1 ) 0 4 0 0 4 6 0 2 Ex per i men t s t u dy on r el a t i o ns hi p be t wee n c hl or i de diffus i on i n c o
3、n cr e t e and t i me Z H OUS he n g - b i n g, ZHOU J i an , ZHANG J u n z h i , W ANG J i a n d o n g ( C o l l e g e o f A r c h it e c t u r e a n dCi v i l E n g i n e e ri n g, Z h e j i a n gU n i v e r s i tyo f T e c h n o l o g y , H a n g z h o u 3 1 0 0 1 4, C h i n a ) Abs t r a c t : A
4、 s e rie st e s t t o s t u a yt he r e l a t i o n s h i pi s d e s i g n e d, i nwh i c hc u r i n gt i mei st h e s i n g l ea ffe c t f a c t o r , di f f us i o n c o e ffi c i e n t s i n c o n c r e t eo f d i f - f e r e n t mi x p r o p o r t i o n a f t e r d i ffe r e n t s t an d a r d c
5、 u rin g t i m e a r e m e a s u r e d i n NEL m e t ho dTh e r e s u l t s h o w t h a t d i f fu s i o n c o e ffi c i e n t s i n c o n c r e t e o fNl m i xp r o p o i o na r e a 1 1 d e c r e a s ewi t h e x t e n d i n go f c u ri ngt i m e , a n dt h ed e c r e a s e r a n g eo f d i ffu s i
6、o n c o e ffi c i e n t s i s s l o w a ft e r p o u r i n g2 5 0do b v i o us l y Ke y wor ds : c h l o rid e i o n s ; d i ffu s i o n c o e ffi c i e n t ; d e c r e a s e; c u rin g t i me; NEL me t ho d 0 引言 1 试验原材料 与混凝土配合 比 在氯盐侵蚀环境下 , 混凝土的氯离子扩散性能是混凝土结 构的寿命预测或评估的重要研究内容之一。 混凝土是一种水硬 性材料 , 其水化过程 需
7、要经过较 长的时间才能 完成 。 混凝土 的 成熟度对于氯离子的扩散性能有很大的影响, 水化越充分, 混凝 土内部越密实, 抗侵蚀能力则越强。 随时间的延长, 氯离子在混凝 土中的扩散系数是随时间变化 的。 通过实际检测结果发现 , 龄期 较长的混凝土的氯离子扩散系数较小 1 , 尤其在开始的 1 3 年 内, 扩散系数的降低尤为明显l引 。 因此, 混凝土扩散系数是一个随 结构时间而变化 , 它 的大小受 到温度 、 湿度 、 混凝土暴露 时间 、 掺合料种类、 混凝土类型和混凝土孔隙比等主要因素的影响而 变【4 】 。 长期试验研究和实际工程调查均发现, 混凝土的抗氯离子 扩散能力随混凝土
8、龄期的增加而增强, 即随扩散系数随时间增 加而衰减5 1 。 混凝土扩散性能随时间的变化与多种因素共同作用有关, 除时间外, 不同的环境和试验方法使氯离子扩散系数测试结果 差异很 大 , 试验结论 的可 比性也 比较差 l6 。 为此 , 本文 以标 准养 护环境为背景 , 用 N E L法测定不 同配合 比、 标准养护 时间不同 的混凝土的氯离子扩散系数, 最长的养护与测试时间为成型并 标准养护环境下养护 2 8 d 后的 5 0 0 d 。 试验和分析结果表明, 扩 散系数随着养护时间的延长而降低, 且降低幅度有减少的趋势, 衰减指数与混凝土的水灰 比有关 ; 在混凝土成型 2 5 0 d
9、 后扩散系 数的降低幅度开始明显减缓。 氯离子扩散系数随时间变化规律 的研究, 为正确评价混凝土的抗氯离子侵蚀能力及其寿命提供 了参考 。 收稿 日期 :2 0 1 0 1 1 - 1 0 基金项 目:国家 自然科学基金项 目( 5 0 8 7 9 0 7 9 ) 46 1 1 原材料 采用钱潮牌 P 0 3 2 5级水 泥; 粗骨料为最大粒径为 4 0 m m 的砾石 , 粗骨料各直径( mm) 与质量( ) 之 比为 3 7 5 0 : 2 6 5 0 : 1 9 0 0: 1 6 0 0: 9 5 0:4 75 =59 40: 41 1 1 0: 4 2 29 00: 1 08 5 9
10、0: l 9 4 0 1 0: 4 4 6 9 0 ; 细骨料为细度模数为2 , 2的中细河砂; 拌和水和养护水 为杭州当地自来水。 为避免砂率的影响, 试验混凝土所有配合比 的砂率均采用 3 2 。 1 2混 凝土 配合 比 设计各组试件的混凝土配合比见表 l , 其中 A 4组是既有混 凝土推定的配合比 。 表 1 试 验混凝土的配合 比 2 试验 方案 与混凝 土扩散 系数测试方法 2 1 试验 方案 为研究单-h e 间因素与混凝土扩散系数的关系, 排除环境 温度 和湿度变化对混凝 土扩散系数 的影响 , 将混凝 土成型试件 在标准养护环境中( 恒温、 恒湿 ) 进行长期养护 , 以测
11、定其扩散 性能 随时间的变化 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 根据表 1 制作上述 4组 混凝 土试件 , 每组 浇制 4 , 1 o o mlT i X 5 0 mm的圆盘型混凝 土试件 , 即可测定 不同时间点的扩散系数 , 每个时间点每组混凝土的试件个数为 3个 。 混凝土试件放在温 度为( 2 0 2 ) 、 相对湿度为 9 0 的养护室 中水养护 2 8 d t 。 将养护到 2 8 d龄期的混凝土试件排水后, 除 2 8 d 龄期混凝 土试件外 , 其余 的继续 在养 护室 内进行保 持温度和湿度恒定 的 养护, 至设定时间点再取出测试。 4组不
12、同配合比的混凝土试件, 均进行各 时间点的扩散系数测定 。 2 2 扩散 系数 测试 方 法 对到设定的养护龄期的混凝土试件, 每组取 3 个试件用 NE L 法进行抗氯离子渗透 陕速测试 。 NE L法是基 于离子扩散和 电迁 移基础上提 出的饱 盐混凝土 电导率试验方 法 , 原理是将 测得 的电导值通过 Ne ms t E i n s t e i n方程计算出的氯离子渗透性。 NE L法测试过程是 : 标准 环境养护完成 后 , 将混凝 土试 件 放人 NE L型真空饱盐设 备中用 4 mo U L的 N a C 1 溶液真空饱盐 。 擦去 饱盐试 件表 面盐水 并置 于试样 夹具 上
13、的尺寸 为 4, 5 0 mm 的两个紫铜 电极之 间 , 利用 NE L型氯离 子扩散系数测试 系统 , 在低 电压下 ( 1 1 0 v) 测定饱盐试 件混凝土的氯离子扩散 系数 。 饱盐完成后 , 可在 1 5 mi n之内得到结果 。 3 测试 结果及 分析 3 1 测试 结果 用上述 N E L设 备及方法测定设定 每个时 间点 的 3个试件 的扩散系数, 并将测定值与平均值相差在 1 5 以内的数值进行 平均 , 作为该时间点混凝土的氯离子扩散 系数值 。 前 5 2 8 d测试 的结果见表 2 , 其中2 8 d代表成型并标准养护环境下养护 2 8 d 时间后测定的数据, 6 8
14、 5 2 8 d等是从成型后标准环境养护的天 数, 即从 2 8 d 后起点开始继续养护的时间分别为4 0 、 8 0 、 1 2 0 、 1 6 0 、 2 0 0 、 3 0 0 、 4 0 0 、 5 0 0 d , 考虑到扩散性能随时间的衰减 的幅度降低 , 在 2 0 0d后 以 1 0 0 d的间隔测定 , 之前 以 4 0 d的间隔测定 。 表 2 NE L法测定试验混凝土的氯离子扩散系数 3 2结论分析 以表 2的测 定结果分 析 , 可得到 图 1的扩散系数 随时间变 化的趋势 , 其总体趋势是随着继续养护时间的延长 , 各组混凝 土的扩散性能均降低, 而且衰减的速度减缓。
15、言 吕 u l : 垛 轻 养 护 时 间 d 图 1 试验混凝土扩散系数随养护时间的趋 势图 根据上述结论 , 可分析得到不 同配合 比试验混凝 土扩散 系 数与时间的关系。 如 A1 组混凝土, 其扩散系数与成型并标准环 境下养护的时间之 间关系为( 相关系数 R : 为 O 9 7 8 2 ) : D ( t ) = 5 5 2 0 t ( 1 ) Ma n g a t 等将氯离子扩散系数随时间增加而降低的现象用 幂 函数表征【3 】 , 即时间为 t 时混凝土的氯离子扩散系数为 : D( t ) = D 0 ( t o t m ( 2 ) 式 中: m经验系数 , 与水灰 比有关 :
16、t o 混凝土养护龄期 , d ; D o 参考期 ( 一般为 2 8 d ) 扩散系数 , m2 s 。 按照上述各时间点的测定结果 , 可计算不 同配合 比混凝 土的 经验系数( 平均值) , 则可得到在 t 时的扩散系数与参考期( 2 8 d ) 的扩散系数之间的计算公式 , 如表 3 。 随着混凝土水灰比的增加, 经验系数 m降低 , 以线性关系拟 合的经验系数 m与水灰比( w c ) 之间的关系为( R - O 9 7 6 7 ) : m= - 0 7 5 1 3 ( W C) + O 6 2 5 7 ( 3 ) 因此, 根据上述关系, 可建立只考虑时间因素、 混凝土配合 比( 水
17、灰比 W C ) 的氯离子扩散系数随时问衰减的关系式: 表 3试验混凝土( d) 时刻的氯离子扩散 系数 D( t ) = D0 ( t o t ) w c 3,+ o 6 2 s ( 4j 根据式( 3 ) , 当水灰比为 0 4 0时 m值为 0 3 2 5 。 P i g e o n根据 水灰 比为 0 2 5 - 0 4 5的混凝 土试验结果 】o 1 , 取 m = 3 ( 0 5 5 一 W C ) , 当水灰比取 0 4时, m值为 0 4 5 。 本文的结论为标准养护环境下 的 , 其他环境 因素 的影 响可 以排 除 , 得到 的是单 一时 间因素的 影响结论 。 在相同的养
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- 关 键 词:
- 混凝土 氯离子 扩散 性能 时间 关系 试验 研究
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