粉煤灰对受弯开裂钢筋混凝土内氯离子侵蚀的影响.pdf

第 1 6卷 第 5期 2 0 1 3年 1 O月 建筑材料学报 J 0URNAL 0F BUI LDI NG MATERI AL S Vo 【 1 6， No 5 0C t ， 2 01 3 文 章 编 号 ： 1 0 0 7 9 6 2 9 ( 2 O 1 3 ) 0 5 0 7 8 7 0 7 粉煤灰对 受弯开裂钢 筋混凝土 内氯离子侵蚀的影响 陆春华 ， 崔钊玮 ， 张邵峰 ， 刘荣桂 ， 刘奇 东 ( 江苏 大 学 土木 工程 与力 学学 院 ， 江苏 镇 江 2 1 2 0 1 3 ) 摘 要 ：为 了研 究粉 煤灰掺 量 对 受弯开 裂钢 筋 混 凝 土 中氯 离子侵 蚀 过 程 的 影响 ， 采 用三 点 受 弯的 方 法将 粉煤 灰掺 量 ( 质 量分数 ) 分 别 为 0 ， 1 5 和 3 O 的混 凝土 梁进 行 两两 自锚 ， 并将不 同开裂状 态 下 的试验 梁放 置 于 5 ( 质量 分数 ) 的 Na C 1 溶液 中进行 干 湿循 环侵 蚀 试 验 结 果表 明 ： 干 湿循 环 作 用 下 ， 受弯 开裂混 凝 土的表 层 对流 区深度 在 1 0 2 0 mm， 且 随 着 裂缝 宽度 的 增加 ， 对 流 区深 度 逐 渐 增 大 ； 混凝 土的氯 离子 渗透 性 能 随着 弯 曲 裂缝 宽度 的增 大而提 高 ； 粉 煤 灰掺 量在 1 5 以上 时 能 有 效 改善 开 裂混 凝 土 的抗 氯 离子 渗 透性 能 ， 其 等 效 氯 离子 扩散 系数 是 普 通 混凝 土 的 1 8 1 6 ； 扩散 分析 时 ， 混凝 土损 伤 劣化 效应 系数 K 与裂缝 宽度 W， 粉 煤灰掺 量 厂可用指数 关 系进行 拟合 关键 词 ： 钢 筋混 凝 土 ；弯 曲裂缝 ；氯 离子 ；粉 煤灰掺 量 ；等 效 氯 离子 扩散 系数 中 图分类 号 ： T U5 2 8 1 文献 标 志码 ： A d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 7 9 6 2 9 2 O 1 3 0 5 0 0 9 I nf l u e nc e o f Fl y As h Co nt e nt o n Ch l o r i d e Co r r o s i o n i n Fl e x u r a l l y Cr a c k e d Re i n f o r c e d Co nc r e t e LUCh u n h u a， CUI Z h a o we i ， ZHANG S h a o fe n g， L URo n g g u i ， L L 厂 Qi d o n g ( Fa c u l t y o f Ci v i l En g i n e e r i n g a n d Me c h a n i c s ， J i a n g s u Un i v e r s i t y ，Zh e n j i a n g 2 1 2 0 1 3 ，C h i n a ) Ab s t r a c t ：I n o r d e r t o s t ud y t he i n f l ue nc e o f f l y a s h o n t he c hl o r i de c o r r os i o n i n f l e x ur a l l y c r a c ke d r e i nf o r c e d c onc r e t e，s e ve r a l c on c r e t e b e a ms wi t h t he ma s s r a t i o o f f l y a s h t o c e m e n t i t i ou s m a t e r i a 1 o f 0 ，1 5 a nd 3 O we r e s e l f a nc ho r e d i n a t hr e e p oi n t be nd i ng m o de Und e r t he s us t a i ne d f l e x ur a l l o a ds ，t he s e b e a ms wi t h d i f f e r e nt c r a c ks we r e i m me r s e d i n 5 Na Cl s o l ut i on und e r t he c o nd i t i on o f dr y - we t c yc l e s The r e s u i t s s h ow t ha t u nd e r t he dr y - we t c y c l e s，t he c r a c k d e pt h a t c o nv e c t i o n r e g i o n i n t h e f l e x ur a l l y c r a c ke d c onc r e t e i s a b ou t 1 02 O m m ，whi c h i nc r e a s e s gr a d ua l l y wi t h t he i n c r e a s e of c r a c k wi d t hThe r e s i s t a n c e of c hl or i d e p e r me a b i l i t y i n c on c r e t e i mpr o ve s wi t h t he i nc r e a s e o f c r a c k wi dt h M or e t ha n 1 5 o f f l y a s h c on t e n t c a n e f f e c t i v e l y i mpr o v e t he r e s i s t a n c e o f c hl o r i de pe r me a b i l i t y o f c r a c k e d c o nc r e t e ，a nd i t s e qui v a l e nt c h l o r i d e d i f f u s i o n c o e f f i c i e n t ma y r e d u c e t o 1 8 1 6 o f t h a t o f o r d i n a r y c o n c r e t e F o r t h e c h l o r i d e d i f f u s i on i n c r a c ke d c o nc r e t e，t he r e i s a n e xp one nt i a l r e l a t i o ns h i p be t we e n t h e d a ma ge c oe f f i c i e nt ，c r a c k wi dt h a n d f l y a s h c o nt e nt Ke y wo r ds ：r e i n f o r c e d c o nc r e t e；f l e x ur a l c r a c k；c hl o r i d e；f l y a s h c o nt e nt ；e q ui v a l e n t c h l or i d e d i f f us i o n C O f f i j e n t 对 钢筋 混凝 土结 构 来 说 ， 来 自海 洋 环 境 的 氯 离 子是 引起 钢筋 锈蚀 的 主要 原 因E l i 高性 能 混凝 土 由 于其 良好 的抗 渗性 和耐 久性 而被 广泛 应用 于 沿海 工 程 ， 其 中粉 煤灰 作 为 主 要 矿 物掺 和 料 已得 到 大 量 收稿 日期 ： 2 0 I 2 - 0 4 0 7 ；修 订 日期 ： 2 0 1 2 - 0 6 2 9 基金项 目： 国家 自然科 学基金资助项 目( 5 0 9 0 8 1 0 3 ， 5 1 2 7 8 2 3 0 ) ； 中国博士后科学基 金资助项 目( 2 0 1 2 M5 1 1 2 1 5 ) ； 江苏大 学高级专业 人才科 研 基金资助项 目 ( 1 1 J D G1 3 2 ) ； 高性 能 土 木 工 程 材料 国家 重 点 实 验 室 开放 基 金 资 助 项 目( 2 0 1 1 C E M0 1 0 ) ； 教 育 部博 士 点 基 金 资 助项 目 ( 2 0 1 2 3 2 2 7 1 1 0 0 0 6 ) 第一作者 ： 陆春华( 1 9 7 9 一) ， 男 ， 江苏昆山人 ， 江苏大学讲师 ， 博士 主要从事混凝土结构耐久性研究 E - ma i l ： l c h 7 9 u j s e d u c n 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 7 8 8 建筑材料学报 第 1 6卷 使用 ， 相关 材料 层 次 的耐 久性 研 究 国 内外 已 开 展较 多 如 L e n g等 3 的试 验研 究 结果 表 明粉 煤 灰能 改 善 混凝土内部的孔径分布与孔隙形状 ， 从而能有效降低 混凝 土 的氯 离子 扩 散 系数 余 红 发 等_ 4 也证 实 了 掺 加 粉煤灰对 于降低 混凝 土 的氯 离子 扩散 系 数非 常有 效 与此 同时 ， 服 役 中 的海工 混凝 土 结 构构 件通 常 都 是 带裂缝工作 的 关于裂缝对混 凝土 渗透性 能 的影 响 已进行了一定的试验研究 D j e r b i 等 将圆柱体混凝 土 ( 或砂浆 ) 试 件横 向加 载产 生 劈裂 裂 缝后 进行 氯 离 子渗透 扩 散性能 试验 研究 ， 发 现裂 缝 对混 凝 土 内氯 离子扩散性 能的影响 随着 裂缝宽度 的变化 而变化 ， 并 给 出了氯 离子扩散系数与 裂缝宽 度之 间的定量关 系 ； 金祖权等 研 究 了早期 收 缩 裂缝 对 混凝 土 氯 离 子 渗透性能 的影响 ， 得 出宽度 为 0 1 mm 以上裂 缝处 的 氯离子含量 以及对 应 的扩 散 系数 随裂 缝宽 度增 加 而 呈二次 函数 增 大 ； 张 士 萍等_ 1 试验 研 究 了预 制 裂 缝 对氯离子 在混凝土 内传输 的影 响 ， 并 发现 当裂缝宽 度 大于 1 2 3 m时 ， 氯 离子 迁移 系数 随着 裂缝 宽度 的增 加而显著 增 加 以上研 究 主要 针对 的是 贯 通 类 裂 缝 ( 如劈裂裂缝 、 收缩 裂 缝 以及 预制 裂缝 等 ) ， 而 横 向弯 曲裂缝 ( 表 面宽 内部 逐渐 闭合 的裂 缝 ) 对混 凝 土 内氯 离子 侵 蚀 的 影 响 与 上 述 裂 缝 的影 响 是 有 区别 的 G o w r i p a l a n等口 通过对三点加载受弯梁构件不同位 置处 的氯 离 子 含 量 分 布进 行 了分 析 ， 发 现 裂 缝 处 的 “ 等效氯离 子扩 散 系数 ” 最大 由此可 见 ， 研 究 荷载 作 用下弯曲裂缝对混凝土 ， 尤其是高性能混凝土内氯离 子侵入过程 的影响是很有 必要的_ 】 为此 ， 本文研 究了粉煤灰掺量 对受弯 开裂钢筋 混 凝 土 内氯 离子输运 的影 响 ， 建立 了氯盐环 境下考 虑裂 缝宽度、 粉煤灰掺量的混凝土等效氯离子扩散系数 的 计算模型 ， 为实际工程分 析提供 了简易 的计算 方法 1模 型 的 建 立 1 1 干湿 交 替区域 混凝 土 中 C l 一侵入 模型 氯离子 在混 凝 土 中 的输 运 过 程是 扩散 、 电 迁 移 和对流等若干物理化学过程的耦合 当混凝土孔隙 处 于饱 和状 态 时 ， 一般 认 为氯 离 子 输运 是 纯 粹 的 扩 散过 程 ， 并 用 F i c k第二 定律 来描述 口 ： 一 f D ( ) 警1 ( 1 ) d t d z d lT j 式 中： C为氯离子含量 ( 质量分数， 下 同) ； z为距 侵 蚀 表 面 的距 离 ； D( ) 为 t 时刻 混凝 土 的氯离 子 扩 散 系数 ， 当不考 虑氯 离 子 含 量 对其 影 响时 ， 可 按 式 ( 2 ) 计 算 ： ) 一 D 。 ( 了to ) ( 2 ) 式 中 ： D。为 水 化 龄 期 t 。时刻 混 凝 土 的 氯 离 子 扩 散 系数 ； m 为 扩 散 系 数 的 衰减 指数 ， 与 胶 凝 材 料 的 种 类 、 环境 条件 有关 “ 干 湿交替 状 态下 ， 氯 离 子 在 混凝 土 内 的传 输 过 程 是典 型 的非 饱 和输运过 程 在表层 一定 区域 内 ， 混 凝 土孔 隙 内的溶液 饱和度 随干湿循 环作用 而周 期 变 化， 此时氯离子的传输主要以孔 隙液浓度梯度引起 的扩散 和毛 细管 吸收作 用 ( 风 干程 度愈高 ， 毛 细管 吸 收作用 就愈 大) 引 起 的对 流过 程为 主 ， 并将 该 区域 称 为表层 对流 区 ； 在对 流 区深度 以 内则 以扩散 作 用 为 主_ 】 当假定 浓度 梯 度 仅沿 着 对 流层 内部 到 钢 筋 表 面 的 方 向 变 化 ， 混 凝 土 表 面 氯 离 子 含 量 C 恒 定 时_ 1 ， 式 ( 1 ) 的数学 解析式 为 ： f 二垒 C ( x ， ) 一C o +( c 一C o ) l 1 一e r f l 。 _】 l l l l j J ( 3) 式 中 ： C ( x， ) 为 t 时刻 距 混 凝 土表 面 z 处 的 氯离 子 含量 ； C 。为混凝 土 内初 始氯 离 子含 量 ； A x为 表层 对 流 区深度 ； e r r 为误差 函数 1 2荷 载作用 下混 凝土 中 Cr侵 入分析 服役 钢筋混 凝土 结构 在荷载作 用 下可能 出现不 同程度 的开裂 ， 此 时 C l 一 迁移 、 扩 散情 况 与非 受 力状 态下 有很 大差别 l_ 】 ， 具 体体 现在 ： ( 1 ) 宏观 裂 纹 破坏 了混凝 土 的整体 性 ， 为氯离 子侵入 开辟 了阻 力 小 、 路 径短 的理 想通 道 ； 微 细裂 纹 破 坏 了混 凝 土 的 微 观孔 隙结 构 ， 增 大 了孔 隙间的连 通度 ， 减小 了孔 隙 的挠 曲 度_ 】 ； ( 2 ) 混 凝 土水 化 需 要较 长 时 间 ， 当裂 缝 宽度 较 小 时 ， 自愈 将导致 溶液 不能 完全充 满裂 缝 ， 会 使 氯离 子 向周 围混凝 土 内侵 入 的数量有 所减 小口 文献 1 2 一 I 5 在分析受弯开裂混凝土构件裂缝 处 的氯离 子侵蚀 分布 时 ， 仍 用 F i c k第 二 定律 进 行描 述 ， 并 将对 应 的扩 散 系 数 称 为 “ 等效 氯 离 子 扩 散 系 数” ； 文献 1 0 认为裂缝宽度是影响开裂状态下混凝 土氯 离子 扩散 系数 的主 要参 数 ， 并 通 过 对 早 期 开裂 的混凝 土 构件进 行 现 场 检测 分 析 后 ， 提 出用 裂缝 宽 度 叫 的二次 函数来 修 正氯离 子扩散 系数 ： D( 叫)一 ( 3 1 6 1 叫。 + 4 7 3 叫 + 1 ) Da ( 4) ( 0 1 ram) 式 中 ： D 为某 一 时 间段 内的 表 观 氯离 子 扩 散 系数 ； D( 叫) 为开裂混凝土的等效氯离子扩散系数 1 3 粉煤 灰掺 量对 氯离子 扩散 系数 的影 响 粉煤灰 掺人 到混凝 土 中 ， 在其 活性 效应 、 微 集料 填充效 应 、 形态效 应 以及吸 附效应 等 的作用 下 ， 混凝 土 的密实度 以及 对氯 离子 的结合 能力 均得到 较 大 的 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5 期 陆春华 ， 等 ： 粉煤灰对受弯开裂钢筋混 凝土内氯离子侵蚀 的影响 7 8 9 改善 ， 其抗渗性有所提高 Mo h a mme d等口 研究 了 海洋 环境 下 不 同胶 凝 材 料 对 氯 离 子 结 合 能 力 的影 响 ， 发 现掺 有粉 煤 灰 的混 凝 土 比普 通 混凝 土结 合 氯 离 子 能力 强 冯 乃 谦 等 口 研 究 了不 同加 载 龄期 、 不 同荷载水平作用下 C l 一的扩散渗透深度 ， 指 出掺有 粉煤灰 的混凝土渗透深度比基准混凝土小 曹文 涛 等 】 阳定 量 探 讨 了粉 煤 灰 掺 量 对 混 凝 土 氯离 子 扩散 系数 的影 响规 律 ， 经 回归分 析 ， 得 到混凝 土 的表 观氯 离 子扩 散 系数 D( _厂 ) 与 粉煤 灰 掺 量 之 间 为一 元 二次 关 系 ， 如 式 ( 5 ) 所示 ： D( _ 厂 )一 ( 3 8 3 f 。一 2 2 5 f十 1 ) D ( 5 ) 式中： 厂为粉煤灰 占总胶凝材料 的质量分数 ， ； D 为未 掺加 粉煤 灰 混 凝 土 的 表 观 氯离 子 扩 散 系数 ， 此 处 D 一1 4 5 1 0 mm。 s 1 4理 论模 型 的建立 由以上分 析 可知 ， 对 于 掺加 粉 煤 灰 的钢 筋 混 凝 土受弯开裂构件， 需要综合考虑裂缝宽度 W， 粉煤灰 掺量 对其等效氯离子扩散系数 的影 响 参 照文献 I- 4 ， 可将上 述 两 因素对 混凝 土等 效氯 离子 扩 散性 能 的影 响用 一个 综 合 效应 系 数 K 来 进行 描 述 此 时 ， t 时刻的等效氯离子扩散系数 D 。 ( ) 可表示为： D ( )一 K D( f ) ( 6 ) 式 中 ： D( ) 为控制 截 面 ( WO ) 处 t 时刻 的 氯离 子 扩 散系数 ； K 为综合考虑裂缝宽度 叫， 粉煤 灰掺量 厂 影 响 的综 合效 应 系数 ， 可 由试 验结 果确 定 当综合 考 虑混 凝 土 的 氯 离 子 结合 能 力 R， 扩 散 系数的衰减指数 m 以及综合效应系数 K 等因素， 并 取初始氯离子含量 C 。为零时， 基于 F i c k第二定律 的修正 氯离 子扩 散模 型 为 ： r f z一 z 1- e r f D oq (t) 式 中 ： C ( z， ) 为 t 时刻 距混 凝 土表 面 z 处 的 自由氯 离子含量 ； R 为混凝土 的氯离子结合能力 ， RC C ， 其 中 C 为 结合 氯离 子含量 2 试验研究 2 1试验 材 料 胶 凝 材料 ： 4 2 5级 普 通 硅 酸 盐 水 泥 、 江 苏 谏 壁 电厂 产二 级粉 煤灰 ； 粗 骨料 ： 粒径 为 5 2 5 mm 的碎 石 ； 细 骨 料 ： 细 度模 数 为 1 6 2的 天然 江 砂 ； 减 水 剂 ： 特 密斯 T MS F 1型高效 减 水 剂 混 凝 土设 计 强 度 等 级 为 C 3 o 混凝 土 配合 比及标 准 立方 体 试块 2 8 d抗 压 强度 见表 1 表 1 混凝土配合 比及抗压强度 Ta b l e 1 M i x p r o p o r t i o n a n d c o mp r e s s i v e s t r e n g t h o f c o n c r e t e 2 2试 件制 作 试件采用 1 5 0 mm1 8 0 mm1 0 0 0 mm 的钢 筋混 凝 土 梁 ， 保 护 层 厚 度 取 3 0 mm， 主 筋 采 用 HR B 3 3 5 钢 筋 ， 具体 配筋 如 图 l 所 示 将试 件 自然养 护 2 8 d后 ， 采用 两 端对锚 、 三 点加 载 的方 式 ， 通过 调 节不锈钢螺杆两端 的螺帽进行加载， 使试件 中间区 域产生裂缝 加载稳定后 ， 采用精度为 0 0 1 mm 的 B J QF A 型裂缝 测 宽仪 测 出试件 受拉 底 面裂缝 的宽 I 0 II, f - 一 l I 1 5 。 I l 图 1 试件配筋及 自锚加载 图 F i g 1 La y o u t o f t h e r e i n f o r c e d c o n c r e t e b e a ms ( s i z e ： ram) 度 各试件 底 面 的裂缝 宽度详 见 表 2 表 2各试件底面裂缝 宽度 Ta b l e 2 S u r f a c e c r a c k wi d t h s o f s p e c i me n s 2 3试验 方 法 将两两 自锚 的试件 两侧 面及 受压 面用环 氧树 脂 封闭， 使其达到单面侵蚀作用效果 ； 然后将试件放入 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 7 9 O 建筑材料学报 第 1 6卷 质量 分数 为 5 的 N a C 1 溶 液 中进 行 干湿 循 环试 验 每个 干湿循环周期 为 1 4 d ， 干 湿 比例 取 为 1： 1 ， 以模 拟海 工混凝土结构 的干湿交替 区域 因浸 泡过 程 中难 以进 行裂缝宽 度 的监测 ， 且 试验 周 期相 对较 短 ， 因此 暂 不考虑混凝 土裂 缝 的 自愈 合效 应 以及 锚 杆松 弛 的 影 响n 引， 裂缝 宽度仍取为 浸泡前 的测量值 经 过 1 5 个 干 湿 循 环周 期 后 ( 共计 2 1 0 d ) ， 将 试 验梁取 出 ， 置 于 干 燥 处 晾 干 1周 随 后 采 用 直 径 为 1 6 mm 的冲击钻分别在控制截面处 、 各裂缝处沿侵 蚀 面竖 直 方 向钻 孑 L 取 粉 ， 最 大 深 度 取 至 6 0 mm 处 ( 1 3梁高， 且裂缝深度均超过该值) 同一位置沿深 度 方 向 ， 前 2 0 mm 每 隔 5 mm 取 1次 粉 样 ； 2 0 6 0 mm每隔 1 0 mm取 1 次粉样 然后将粉末试样分 述 目 e 吕 e De p t h mm ( a ) A t c o n t r o l s e c t i o n De p t h mm ( c ) w = 0 2 - 0 3 mm 毳 0 i 蔷 耄 量 2 【 工 I 别 过 0 6 3 mm 筛 ， 并 装 入 铝 土 盒 中 ， 置 于 ( 1 0 5 5 ) 烘箱 中烘 2 h ， 取 出后放 人干燥 器 冷却 至 室 温 将试 样平 均分 成 3 份 ， 每份 取 1 5 g用蒸 馏 水萃 取 ， 应 用快速 氯离 子检 测 方 法 R C T 来 测定 混 凝 土 中 自 由氯离 子含量 ， 最后 取 三者 的平均值 3结果 与 分 析 3 1 自由氯 离子 含量 分析 经计算 ， 试件控制截面处 、 部分裂缝处不同深度 的 自由氯离 子含 量 如 图 2所 示 考 虑 到 裂缝 宽 度 的 影 响 ， 分别将 其划 分 为 控 制 截 面处 ， 0 1 0 2 mm， 0 2 0 3 mm， 0 3 0 4 mm 以及 0 4 0 5 mm 这 5 个 区间进行 分析 甚 甚 0 U a 宴 0 q 矗 旦 0 2 【 、 器 吕 、 e De p t h m m ( b ) w= 0 1 一 O 2 mm De p t h mm ( d ) w= O 3 0 4 mm ( e ) w = O 4 - 0 5 i b m 图 2 控制 界面处、 部分裂缝处 自由氯离子含量随深度 的变化情况 Fi g 2 Fr e e c hl o r i d e i on c on c e nt r a t i o n p r o f i l e s i n r e s t r a i n e d s e c t i on s a nd c r ac ke d s e c t i on s 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5 期 陆春华 ， 等 ： 粉煤灰对受弯开裂钢筋 混凝 土内氯离子侵蚀的影响 在 表层 对 流 区 内 ， 混凝 土 孔 隙 内 的溶 液饱 和度 随干湿循环作用而周期变化 风干时表层水分不 断 向外 蒸发 ， 孔 隙液 内氯 盐浓 度增 高甚 至 出现结 晶 ， 表 层与 内部 之 间形 成 浓 度 差 而 使 氯离 子 向 内部 扩 散 ； 当表 层风 干 到一 定 程 度 后 再 次被 海 水 润 湿 时 ， 氯 离 子主要 靠 接触 海水 的混 凝土 毛 细管 吸收作 用 直接 进 入 表层 混凝 土 内部 此 时 ， 在 混凝 土表 层 内有 1个 由 里 向外降低 的浓度差， 可使部分氯盐向外表面扩散 ， 而在离 表 面一定 深 度处 的氯 离子 浓度 会 出现 1个 峰 值 ， 在 峰值 以 内混凝 土 中的氯 离子 则 以扩散 为 主 欧 盟 Du r a C r e t e _ 1 研 究 项 目认 为 正 常 情 况 下 表 层 对 流 区深 度 z为 1 4 mm 由图 2可 知 ： 不论 混凝 土 是 否 掺加 粉 煤 灰 ， 自 由 氯 离 子 含 量 分 布 曲 线 在 深 度 1 0 2 0 mm 处均 出现 1个 峰 值 ， 说 明在 此 范 围 内对 流 效应 十分 显著 ； 随 着裂 缝宽 度 的增加 ， 对 流 区深 度 也 逐渐 加 大 ， 当 叫 0 3 mm 时 ， z在 1 O 1 5 mm； 叫 0 3 mm 时 ， z在 1 5 2 O mi l 1 在 裂 缝深 度 1 5 6 O mm 处 自由氯 离 子含 量 的 分 布 随 W 的增 大 而 呈 现 不 同 规 律 当 一0 ( 见 图 2 ( a ) ) 时 ， 可 以看 出掺有 粉煤 灰 的混凝 土 在控 制 截 面 的相 同深度 处 自 由氯 离 子 含 量 明显 低 于 普 通 混 凝 土 ， 这说 明粉 煤 灰 能 够 提高 混 凝 土 对 氯 离 子结 合 作 用 ， 降低氯离子渗透速度 ， 从而提高混凝土抗氯离子 能力 当 叫 0 1 mm 时 ( 见 图 2 ( b ) ( e ) ) ， 各 裂 缝 处 自由氯 离 子含量 明显 比控 制截 面 处 ( 一O ) 的高 ， 这说 明裂 缝 的存 在 加 快 了氯 离 子 的 渗透 速 度 、 提 高 了氯离子 的含量 ， 并有如下特点 ： ( 1 ) 当 W在 0 1 0 3 mm时， 氯离子含量 随深度增 大逐渐 降低 ， 但 降 低 速度 随 裂 缝 宽 度 增 大 而 减 缓 ； ( 2 ) 当 W 在 0 3 0 5 mm时 ， 氯离子含量随深度增大出现先降低后略 有提 高 的现 象 ， 这 可 能是 随着 弯 曲裂 缝 的 宽度 和深 度 的增大 ， 裂 缝 处 的 氯离 子 侵 入 受 对 流 等 作用 的影 响会 变大 3 2 氯 离子 扩散 模 型的 参数 分析 本研 究 扩散 系数 衰减 指数 m 按 文 献 2 O 取 值 ， 即硅 酸盐 水 泥混 凝 土 m一0 3 7 ， 粉 煤 灰混 凝 土 m一 0 9 3 文献E 4 中给 出了系数 R 的值 ： 掺加矿物 的混 凝 土 R一3 5 ， 普 通 混 凝 土 R一 2 4 本研 究 F A一 0 试件 取 R一2 ， F A一 1 5和 F A一 3 0试 件取 R一3 3 3 等 效氯 离子 扩散 系数 计算 在分 析裂 缝处 的等 效 氯 离 子 扩 散 系 数 时 ， 主要 采用深度为 1 5 6 0 mm 的 自由氯离 子含量 借 助 Ma t l a b软件数据拟合工具箱 ， 按式( 7 ) ( 其 中 A x， R， m 和 t 等参 数均 已确 定 ) 对 图 2中 的数 据 进 行 回归 分析 ， 得 出普 通混 凝 土 与粉 煤 灰 混 凝 土 中不 同 裂缝 宽度处的等效氯离子扩散系数 D ( ) 对于图2 ( d ) ， ( e ) 中裂 缝 宽度较 大 时 的氯 离子 含量 分 布 ， 在 回归 分 析时 略去 了 深 度 5 5 mm 处 的实 测 值 ， 最 终 结 果 见 表 3 表 3 等效氯离子扩散 系数 Ta b l e 3 Eq u i v a l e n t c h l o r i d e d i f f u s i o n c o e f f i c i e n t w mm m as f( s ) b y 。 X s I On ss E R。 K ma s s ) ( m2 s 一 ) E K 0 O O 0 1 2 5 0 1 2 7 0 1 2 4 0 1 1 0 0 1 7 8 0 2 4 3 0 2 8 6 0 2 0 8 0 2 2 5 0 2 3 4 0 2 7 5 0 2 4 6 0 32 4 0 3 3 9 0 36 7 0 47 6 0 47 1 0 43 6 0 4 4 0 0 5 0 0 0 O 02 5 4 0 01 2 4 6 0 0 0 7 6 3 0 0 0 3 1 5 0 0 0 3 3 9 0 0 06 2 0 0 O 0 6 2 6 0 0 0 0 5 3 0 0 01 0 3 0 0 0 2 4 3 0 0 3 0 4 7 0 O 0 6 4 4 0 0 0 8 3 4 0 O 0 6 8 5 0 0 0 21 8 0 0 0 2 8 7 0 0 0 81 9 0 0 0 7 7 5 0 0 1 1 6 9 0 0 0 2 4 6 0 O 0 5 3 2 0 O 0 I 3 1 0 0 0 5 3 8 0 9 8 5 0 0 9 4 1 5 0 9 4 1 9 0 9 3 3 8 0 8 0 9 0 0 9 2 5 7 0 8 9 5 5 0 9 1 5 8 0 9 6 9 8 0 9 0 2 9 0 7 0 6 4 0 7 3 1 1 0 8 6 8 2 0 9 0 4 5 0 7 6 1 7 0 8 9 9 8 0 7 3 8 8 0 8 4 3 8 0 7 4 1 9 0 8 2 8 6 0 7 2 9 3 0 9 5 5 3 0 8 9 2 5 No t e：SS E s t a n d s f o r s u m o f t h e s q u a r e s o f e r r o r s a n d R。s t a n ds f o r c o r r e l a t i o n c o e f f i c i e n t Ge r a r d等 2 通过 试验 发现 ， 开裂 后混 凝土 中氯 离子 表观 扩散 系数 的放 大 因子 ( 相 当于 本 文 中的效 应 系数 K) 通 常为 1 1 0 为 了进 一步 分析 效 应 系数 K 的变化 情况 ， 结合 表 3的 回归结果 ， 图 3给 出 了等 效氯 离子 扩散 系数 D 。 ( ) 与 裂 缝 宽 度 W， 粉 煤 灰 掺 量 ，之 间 的关 系 曲线 由图 3可 知 ： ( 1 ) 当粉 煤 灰 掺 量一定时 ， 等效氯离子扩散系数 随裂缝宽度的增大 而增 大 当 厂 一0 00 ， 同一 裂 缝 宽 度 区段 内效 应 系数 K 与 W一0 ， -厂 一 0 的试 件 相 对 平均 值 为 3 2 ， 4 3 ， 1 O 3和 1 9 9 ； 当 厂 一 1 5 ， 上 述 裂缝 宽度 段 效 应 系 数 K与 w一0 ， 厂 一1 5 的试件相对平均值为 2 3 ， 3 2 ， 6 9和 1 5 0 ， 相 比 厂 一0 的情况有所降低 ； 当 厂 一3 O ， 上述 裂缝 宽度 段效 应 系数 K 与 W一0 ， 厂一 3 0 的试件相对平 均值 为 1 5 ， 2 2 ， 3 4和 5 3 ， 下 降更为 显著 此点 与 文 献 2 1 的 试验 结果 相 当 0 0 0 0 0 如0 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 建筑材料学报 第 1 6卷 ( 2 ) 当裂缝 宽度 一定 时 ， 等效 氯离 子扩 散 系数 D ( ) 随粉煤灰掺量 ，的增大而明显降低( 见图 3 ( b ) ) 关 于这 一点 ， 由图 2中 的氯 离 子 含量 分 布 来 看 似 不 明 显 ， 但 由于 参数 R 和 m 的不 同 ， D 。 ( f ) 的差 异 还 是 很大 的 例 如 当硼一0且 厂一1 5 ， 3 0 时 的效 应 系 数 K 分别 为 0 1 8 ， 0 1 6 ， 相 当 于等 效 氯离 子 扩 散 系 数 降 低 至 1 6左 右 ； 当 Z U 一0 2 0 3 mm 且 f一 1 5 时的等 效 氯 离 子 扩 散 系 数 较 普 通 混 凝 土 降 低 1 8左右 ( 3 ) f 1 5 Io 时 能 有效 改 善 开 裂 混 凝 土 的 抗氯离子渗透性能 0 1 0 2 0 3 04 0 5 0 H m m 5 l 0 1 5 2O 2 5 30 ， 7 ( a ) C r a c k wi d t h ( b ) F l y a s h c o n t e n t 图 3 等效氯离子扩散系数与裂缝宽度 、 粉煤灰含量之 间的关系 Fi g 3 Re l a t i on s hi p b e t we e n e q ui va l e nt c hl o r i de di f f us i o n c o e f f i c i e nt ，c r a c k wi d t h a nd f l y a s h c o nt e nt 为 了给 出综合 效应 系数 K 与 裂缝 宽度 训， 粉 煤 灰 掺 量 厂之间 的定 量关 系 ， 分 别选 用 幂 函数 和指 数 函数进行回归分析 结果表明： 四次幂函数和指数 函 数的拟合精度较高 ， S S E分别 为 1 O 3 4和 1 1 9 ， 其 次是 三次幂 函数 ( S S E为 1 6 1 4 ) 考 虑 到 四次 幂 函 数表达较为复杂 ， 不便于实际工程应用 ， 故本文建议 用 指数 函数 来分 析掺加 粉煤 灰 的受 弯开 裂混 凝土 构 件 的综 合效 应 系数 K， 试 验 值 与计 算 值 的 比较 分 析 见图 4 ， 相应的等效氯离子扩散系数计算模型为 ： D ( )一 1 1 5 3 e 明 。 一。 - I D ( ) ( 8 ) 25 2 O 1 5 1 0 5 0 0 1 0 2 0 - 3 04 0 5 I v m m 图 4指数函数模 型的拟合结果 Fi g 4 Fi t t i ng r e s u l t s of e x po ne nt i a l f u nc t i o n mo de l s 4 结论 ( 1 ) 氯盐 干湿 交替 作用下 ， 受 弯开裂 混凝 土 的表 层 同样 存在 一个 对流 区域 ， 相应 深度 为 1 0 2 0 mm； 随着裂 缝 宽度增 大 ， 对 流 区深度 逐渐 增大 ( 2 ) 不论混凝 土 是否开 裂 ， 掺 加粉 煤灰均 能 有效 提 高混凝 土 的抗 氯 离 子渗 透 性 能 ； 随着 裂 缝 宽 度增 大 ， 相 同掺量 的粉 煤 灰 混凝 土 对 等 效氯 离 子 扩 散 系 数的降低作用更为显著 ； 粉煤灰掺量为 1 5 时， 能 起 到很好 的作 用效 果 ( 3 ) 在对 流 区深 度 以内 ， 各 裂缝 截面处 的 氯离 子 含 量 明显 高 于控 制 截 面处 ， 这 说 明裂缝 的存 在 加 快 了氯离 子 的渗透速 度 ， 提 高 了氯离子 的含 量 ( 4 ) 通过 对试 验结果 回归 分析 ， 初步建 议 用指 数 函数来 描述一 定粉 煤灰 掺量 ( 3 0 以 内) 的横 向受 弯 开裂混凝 土 内氯离 子扩散 系数 的综 合影 响效 应 系数 K 与裂缝 宽 度 叫 ， 粉 煤 灰 掺 量 厂的关 系 ， 并 给 出 了 相应 的等效 氯离 子 扩 散 系数 的计 算模 型 ， 便 于工 程