低温(3℃)养护条件下不同水灰比混凝土细观孔结构及抗氯离子渗透性试验研究.pdf
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1、第 卷第 期 年 月 铁道科学与工程学报 低温( ) 养护条件下不同水灰比混凝土 细观孔结构及抗氯离子渗透性试验研究 段运, 王起才, 张戎令, 张少华, 徐瑞鹏 ( 兰州交通大学 土木工程学院, 甘肃 兰州 ) 摘要: 为研究低温( ) 养护条件和水灰比对混凝土抗氯离子渗透性和细观孔结构的影响规律及程度, 采用气孔分析法 和直流电量法对低温( ) 养护条件下和标准养护条件下的不同水灰比混凝土 细观孔结构和电通量进行测试。试验 结果表明: 低温( ) 养护条件对不同水灰比混凝土孔径分布有显著影响, 使其孔径粗化严重, 大孔含量增多, 小孔含量减 少; 气孔间距系数和平均孔径都明显大于对应标准养
2、护条件下的混凝土, 且都随着水灰比增大而增大, 低温( ) 对低水 灰比混凝土平均孔径影响程度大, 对高水灰比混凝土平均孔径影响程度小; 不同水灰比混凝土 电通量值也明显大于其 标准养护条件下的混凝土, 且随着水灰比增大, 电通量值逐渐增大, 抗氯离子渗透性逐渐减弱; 低温对不同水灰比混凝土孔 结构和抗氯离子渗透性都产生不利影响, 使混凝土细观孔结构劣化, 抗氯离子渗透性降低, 且对低水灰比混凝土的影响程 度大。 关键词: 低温养护条件; 水灰比; 混凝土; 孔结构; 渗透性 中图分类号: 文献标志码: 文章编号: ( ) ( ) , , , , ( , , , ) : , ( ) : ( )
3、 , , , ( ) , , , 收稿日期: 基金项目: 国家自然科学基金资助项目( ) ; 长江学者和创新团队发展计划资助项目( ) ; 西北干寒地区材料与结构耐久 性研究基金项目 通讯作者: 王起才( ) , 男, 河北晋州人, 教授, 博士, 从事工程新材料、 混凝土结构以及耐久性方面的研究; : 第 期段运, 等: 低温( ) 养护条件下不同水灰比混凝土细观孔结构及抗氯离子渗透性试验研究 : ; ; ; ; 混凝土是由水泥、 骨料和水共同组成的复杂多 相聚集体, 内部是一个非常复杂的多孔体系。我国 盐渍土面积大部分分布在西北地区, 主要以氯盐和 硫酸盐为主 。当混凝土结构物处于盐渍土中
4、, 环境中的氯离子就会渗透到混凝土中, 而氯离子是 造成钢筋混凝土结构中钢筋锈蚀的主要原因之一, 氯离子会破坏高碱性混凝土环境中钢筋的钝化膜, 致使钢筋锈蚀。钢筋混凝土结构物在强盐渍土环 境中, 之内会发生钢筋锈蚀 , 混凝土是钢 筋最基本、 直接的保护物, 氯离子只有渗入到混凝 土中, 才能使钢筋发生锈蚀 , 引起混凝土产生顺 筋胀裂、 层裂和剥落破坏, 进而严重影响结构物使 用功能及使用寿命 , 因此提高混凝土抗氯离子 渗透性是防止钢筋锈蚀最基本、 最经济合理、 最有 效的措施。 明确指出, 混凝土渗透性高低主 要取决于其内部连通孔的数量和渗透路径的曲折 性 ; 刘军等 研究了混凝土微观孔
5、结构对渗透 性能的影响; 杨明飞等 研究了复合外加剂对低 温高性能混凝土抗渗性的影响; 陈立军等 研究 了混凝土孔径尺寸对其抗渗性的影响; 等 认为, 混凝土的渗透性不仅与孔隙率有关, 孔径的 分布和连通性更是其决定性因素, 以上学者分别从 不同的角度研究并推动混凝土抗渗性发展, 但大部 分研究都基于标准养护条件下的混凝土, 对低温养 护条件下的混凝土目前研究较少。我国北方地区 进入冬期时间早, 且持续时间长, 日平均温度低于 时, 进入冬期施工阶段, 此时施工的钢筋混凝 土结构的安全性及耐久性等问题都异于正常施工 条件下。因此研究低温下混凝土的抗氯离子渗透 性和细观孔结构有很大意义。本文以北
6、方冬季施 工为研究背景, 对低温( ) 养护条件下和标准养 护条件下不同水灰比混凝土 抗氯离子渗透性 和细观孔结构进行研究, 分析低温养护条件和水灰 比对混凝土的抗氯离子渗透性和细观孔结构的影 响规律及程度, 进而为我国北方地区冬期施工的工 程提供理论依据。 试 验 试验方法 抗氯离子渗透试验方法 电通量法试件在混凝土养护至 时钻芯取 样, 采用 的圆柱体试件。试验 前进行真空饱水, 将试件放入真空容器中, 内将真空容器中的气压减少至( ) , 并保持 该真空度 , 然后在真空仍泵运作的情况下, 注入 足够的蒸馏水, 液面高度将试件淹没, 在试件浸没 后恢复常压, 并继续浸泡( ) 。真空饱水
7、 结束后, 分别将质量浓度为 的 溶液和摩 尔浓度为 的 溶液注入试件两侧 的试验槽中, 且分别与电源的负、 正极相连。试验 时在试件轴向施加( ) 直流电压, 记录电 流初始读数 , 之后每 记录一次电流值, 直 至 结束。 孔结构测试方法 本试验选用气孔分析( 型) 对孔结构 进行测试。按照 规范, 对养护 的 混凝土试块切割成厚度为 的试件, 经打 磨、 抛光、 利用宽头黑色记号笔涂黑试样表面, 然后 用粒径小于 的白色碳酸钙或者硫酸钡粉末 填充气泡, 再用刀片除去表面多余粉末, 待干燥后 放入试验台进行试验。 试验仪器和原材料 本试验仪器包括: 环境模拟箱、 标养室、 氯离子 多功能测
8、定仪和 型气孔分析仪等。环境 模拟箱有效尺寸长 宽 高为 。温度范围: , 升 降温速率最大 , 温度变化可实现温度荷载编程, 温度波 动度 ; 温度均匀度。湿度范围: ; 湿度偏差 ( ) 。 试验中水泥采用 普通硅酸盐水泥, 由兰州甘草水泥集团生产。水泥各项性能指标实 测值见表 。 铁 道 科 学 与 工 程 学 报 年 月 表 级硅酸盐水泥性能指标 氯离子 含量 比表面积 ( ) 三氧化硫 含量 硫酸盐含量 ( ) 不溶物含量 ( ) 可溶物含量 ( ) 安定性 碱含 量 烧失 量 凝结时间 抗压强度 初凝终凝 粗骨料: 碎石, 连续级配, 粒径范围 , 表观密度分别为 , 压 碎 指
9、标 。 细骨料: 河砂, 细度模数为 , 属于中砂, 表 观密度 , 松散堆积密度 , 紧密堆积密度 , 含泥量 。 减水剂: 聚羧酸高性能减水剂。 试验所用的混凝土配合比见表 。 表 混凝土配合比 编号水灰比水 ( )水泥 ( ) 粗骨料 ( )细骨料 ( )减水剂 试验步骤 将原材料的各项指标测定完之后, 依据混凝土 配合比进行称料, 之后通过搅拌、 测量、 入模等步 骤, 最终放置在 种养护条件下进行养护。混凝土 搅拌时试验室温度为 , 湿度为 。不同水 灰比下的混凝土由专用混凝土搅拌机一次搅拌完 成。试块尺寸大小为 , 试模水平放置后灌入混凝土, 经振动台振捣 后抹平表面。标准养护下的
10、混凝土试块先在室内 ( 内平均气温为 ) 带模保水养护 , 然后 脱模放入标准养护室进行养护; 低温( ) 养护条 件下的试块带模放入环境模拟箱中养护, 养护过程 采取保水措施, 防止混凝土内大部分水分散失到空 气中。混凝土试块在 种养护条件下养护至所需 龄期时, 依据 普通混凝土长期 性能和耐久性能试验方法标准 和 规 范对 的抗氯离子渗透系数和孔结构进行测 试。 试验结果与分析 细观孔结构试验结果与分析 孔径分布 图 分别为 种养护条件下不同水灰比混 凝土孔径分布图。 由图 可以看出, 标准养护条件下, 种不同 水灰比混凝土大部分孔径分布在 范围 内, 水灰比为 , 和 混凝土的气孔直 径
11、在此范围内的孔分别占总孔体积的 , 和 。种不同水灰比混凝土中气 孔直径大于 的孔含量较小, 其中水灰比为 的混凝土在此孔径范围内占总孔体积的 ; 水灰比为 的混凝土在此孔径范围内 占总孔体积的 。水灰比为 的混凝土 在此孔径范围内占总孔体积的 。说明标 准养护条件下, 随着水灰比的增大, 出现频率最多 孔向大孔径移动, 小孔径孔含量减小, 大孔径孔含 量增加。这是由于水灰比的增大, 致使混凝土中自 由水的含量增多, 相应的由于自由水迁移、 泌出所 造成的气孔含量相应的增多, 相应孔径的孔含量增 多, 部分小孔连通合并成较大的孔, 致使大孔数量 增多。因此, 随着水灰比的增大, 混凝土变的更加
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