人工气候环境下混凝土氯离子扩散试验.pdf
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1、2 0 1 0年 第 4期 (总 第 2 4 6期 J N u mb e r 4 i n 2 0 1 0 ( T o t a l No 2 4 6 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 理论研究 T HEORETl CAL RES E ARCH d o i : 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 0 0 4 0 1 3 人工气候环境下混凝土氯离子扩散试验 张俊芝,王梁英。周建民,刘华挺,郑辉 ( 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 的人工气 候环境下的混凝土侵蚀试验 , 分 析了 2
2、4、 4 0 、 8 0 、 1 2 0 、 1 6 0 d腐蚀后 混凝 土的氯离子侵蚀特性 , 并基 于 F i c k第 二定律进行了混凝土扩散参数的拟合。 结论表明: 人工气候环境下氯离子对混凝土的侵蚀有自然环境下侵蚀的特点, 并可得到的扩散系数 随时间的关系。 关键词: 混凝土;人工气候环境;氯离子;扩散;自然扩散法 中图分类号: T U 5 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 0 ) 0 4 0 0 3 9 0 3 Di竹us i on t e s t o f c hl or i de i on i n c onc r e t
3、 e unde r m a nua I cl i ma t e en vi r onmen t Z J V G J u n - z h i , WANG Li a n g - y i n g, ZHOU J i a n- mi n, LI U Hu a ri n g, ZHE NG Hu i ( C o l l e g eo f Ar c h i t e c t u r e a n dC i v i l E n g i n e e r i n g , Z h e j i a n g Un i v e r s i t yo f T e c h n o l o g y , Ha n g z h o
4、 u 3 1 0 0 1 4 , C h i n a ) Abs t r a c t :Ac c o r d i n g t o t he e r os i o n t e s t f o r c on c r e t e d i f f us i o n u nd e r d e s i g n e d ma n ua l c l i ma t e e n v i r o n me n t , c h a r a c t e r i s t i c s o f e r os i o n a n d d i f f u s i o n o fc h l o rid ei o n si nt e
5、 s t c o n c r e t e a ft e r 2 4, 4 0, 8 O, 1 2 0, 1 6 0 da r e s t ud i e d, an dthe d i ff us i o npa r a m e t e r s ar ean a l y z e do nt h eb a s i so f Fi c kS s e c o nd l a w Th e e x p e rim e n t a l an d a n a l y s i s r e s u l t s s ho w tha t the r e a r e o bv i o us c h a r a c t
6、e ris t i c s o f e r o s i o n u n d e r ma n u a l c l i m a t e e n vi r o nme n t t o s i mi la r t o tha t i n t h e n a tur a l e n v i r o n m e n t , a nd the r e l a t i o n s h i p b e t we e n d i f f u s i o n c o e f fic i e n t a n d e r o s i o n t i me C a l l b e a l s o a n a l y z
7、 e d Ke y w o r ds : c o n c r e t e ; ma n u a l c l i ma t e e n v i r o n me n t ; c h l o ride i o n; d i ffu s i o n; n a t u r a l d i ffu s i o n me t h o d 0 引言 氯离子在混凝土中的渗透或扩散机理, 是氯盐环境下混凝 土结构耐久性研究的基础。目前, 混凝土氯离子扩散性能的试 验研究方法很多, 主要包括电量法、 R C M 法、 N E L法和自然扩散 法等几种常用方法【 I 。这些主要方法的原理不同, 其在样品制 备 、
8、操作过程等方面也存在较大差异 , 使得不同方法所得数据 有时相差较大, 不利于对比研究和分析 。 另外, 自然环境下氯 离子侵蚀存在的表面毛细吸附作用的对流区啊 、 扩散系数随时 间降低等特性, 包括 自然扩散法( 浸泡于 N a C I 溶液中) 的上述 其他方法很难反映。 本研究通过设计的模拟钱塘江河 口地区气候环境下的混 凝土侵蚀试验, 分析了这种方法的侵蚀特点及与自然环境下侵 蚀的相似性, 以F i c k 第二定律为基础拟合分析了混凝土扩散参 数, 并与自然扩散法试验结论进行 了对 比分析。 1 原材料及配合比和试验方法 1 1 原材料及 配合比 人工气候环境下的腐蚀试验, 混凝土采
9、用钱潮牌 P O 3 2 5 R 级水泥, 所用骨料的最大粒径4 0 I 砌 , 砂子采用河砂, 其细度模数 为 2 7 , 拌和用水及养护用水为当地 自来水 , 为模拟既有混凝土 ( 推定水闸的闸墩混凝土水灰比为 0 6 1 用 ) , 不掺加任何外加剂。 粗骨料砾石级配( 密度) 为粒径 3 7 5 0 : 2 6 5 0 : 1 9 0 0 : 1 6 0 0 : 9 5 0 :4 7 5 = 5 9 4 : 4 1 1 1 : 4 2 2 9 0 : 1 0 8 5 9 : 1 9 4 0 1 : 4 4 6 9 。所有试件的配合比的 收稿 日期 :2 0 1 0 - 0 l l 1
10、基金项 目:国家 自然科学基金项 目( 5 0 8 7 9 0 7 9 ) 砂率均采用 3 2 0 , 混凝土的配合 比为 C : S : G: W= I 0 0 : 1 9 5 : 4 1 5 : 0 6 1 , 坍落度为 5 1 0 c m。按照规范网, 2 0静水养护 2 8 d的实 测标准混凝土试块的抗压强度为 2 0 MP a 7 。 自然扩散法的混凝土也采用钱潮牌 P O 3 2 5 R级水泥, 所 用骨料的最大粒径 3 1 5 i n i 1 , 河砂细度模数为 2 7 , 拌和用水及 养护用水为当地 自来水 , 也不掺加任何外加剂。粗骨料砾石级 配与人工气候环境下相同, 砂率为
11、 2 9 5 。 混凝土的配合比接近 于上述人工环境下的, 为 C: S : G: W= I 0 0 : 1 3 7 : 3 2 8 : 0 6 0 , 坍落度 为 5 1 0 c m【 7 】 。 1 2试 验 方 法 人工气候环境试验设备为人工模拟气候环境试验室, 室内 尺寸为3 5 0 0 mmx 4 1 0 0 m mx 2 0 0 0 m m, 可模拟 7种人工环境 。 试验模拟钱塘江河 口下游区域的气候和氯盐环境。根据混 凝土闸墩取样位置, 结合钱塘江河口下游区域的涨潮规律及附 近气候环境, 重点考虑温度、 湿度、 氯盐浓度 3 个环境因素。试 验中设置了4个环境条件 , 相对应于
12、该闸所处位置的春夏秋冬 四季。考虑到需要加速腐蚀, 试验时气温采用该位置的季平均 气温的 2倍。参考背景工程的气象资料, 人工气候的温度与湿 度循环, 在春夏秋冬四季分别为( 温度 相对湿度 ) : 3 4 C 7 8 、 5 3 8 0 、 3 4 8 0 和 1 2 7 5 啊 。 根据上述配合 比制作直径 1 0 0 n l l n和高度 6 0 ton i 的混凝 土试块, 每个腐蚀时间各 3个。考虑到水工混凝土的实际养护 时间一般较长, 故试验混凝土的标准养护 2 8 d后再在 自然环境 3 9 下养护 2 8 d , 即制作 5 6 d后在底边及四周涂抹环氧树脂, 以保 证其向上面
13、为氯离子的侵蚀面。 试验中用 5 的盐雾从上部向下喷洒, 以加速腐蚀。 结合闸 墩混凝土取样位置潮水位的波动特征 , 设置的喷雾腐蚀时间为 2h , 干燥腐蚀 4 6 h 。 按照上述设定的环境条件依次循环, 相当于 经历四个气候环境后为一个大循环( 即 8 d为一个大循环) 。 自然扩散法 的试验方法的试块养护 2 8 d , 之后按照文献 6 进行 。 2 混凝土氯 离子分布与扩散参数 2 1 混凝土中氯离子分布 上述试件分别经过 2 4 、 4 0 、 8 0 、 1 2 0 、 1 6 0d的腐蚀后 , 将混凝 土试件从外侧逐步向内侧 , 按 2 mm的规格, 磨成粉末, 磨取混 凝土
14、芯样前 3 0 m n的粉末, 后置于烘箱内 2 h , 取出冷却至室温 待用。 混凝土中的自由氯离子浓度( 占混凝土的质量百分数) 用 美国T h e r mo 7 2 0 A酸度计测定。其中, 腐蚀 1 6 0 d的混凝土为 相同环境和配合比试验构件( 梁) 在支座处( 未受力状态) 的芯 样 ; 自然扩散法为标准养护后 3 5 d的氯离子浓度网 。 测试得到的 5个腐蚀时间段 , 相同水灰比3个试件, 人工 气候环境下混凝土中自由氯离子浓度均值、 自然扩散法 自由氯 离子浓度( 占混凝土的质量分数) 均值随深度的变化为图 1 , 其 中 自然扩散法 的浓度按 1 r r w f l 的规
15、格取至 1 3 l -l ll Y l 。 芝 键 礴 腐蚀2 4d 腐蚀4 0d 腐 蚀8 0d 腐 蚀1 2 0 d 腐 蚀1 6 0 d 自然扩散法(水灰t L 0 6 0 ) 0 2 4 6 8 1 0 l 21 4l 61 8 2 0 2 2 2 4 2 6 28 3 0 距离表 面深度 ra m 图 1 混凝土中的氯离子浓度随深度变化 上述分布中, 人工气候环境下的混凝土表面存在明显的对 流区, 其对流区的厚度均值随腐蚀时间的增加而增加。而 自然 扩散法因为是浸泡于预先配置好的氯化钠( Na C 1 ) 溶液中, 其扩 散不存在对流区。因此 , 人工气候环境下的氯离子侵蚀试验结 果
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