水灰比、养护龄期和表面涂料对混凝土氯离子扩散影响的试验研究.pdf

第 4 8卷第 3期 2 0 1 2年 3月 甘 肃 水 利 水 电 技 术 GA NS U WAm l I E s oU Ra陷 A ND HY 1 埔DP OW E R T E CH NOL OGY Vo 1 4 8 No 3 ME ll 201 2 设计与研究 水灰比、 养护龄期和表面涂料 对混凝土氯离子扩散影响的试验研究 张磊 ， 郑建 军 ， 周 欣竹 ， 邢 鸿燕 ( 浙江工业大学 建筑工程 学院 ， 浙江 杭 州 3 1 0 0 1 4 ) 摘要： 通过试验， 研究了水灰比、 养护龄期和表面涂料对混凝土氯离子扩散的影响。 研究表明： 对于给定的水灰比， 混 凝土氯离子扩散 系 数随着养护龄期的增大而不断减小； 对于给定的养护龄期， 混凝土氯离子扩散 系数则随着水灰比 的增大而增大。当水灰比为 0 4至 0 6 、 养护龄期为 7 d至 2 8 d时， 丙烯酸酯、 J S A聚合物和环氧树脂 3种涂料均能 在不同程度上提高混凝土抗氯离子侵蚀能力， 但环氧树脂的效果要明显好于其余两种涂料。 关键词： 混凝土； 氯离子扩散 系 数 ； 水灰比； 养护龄期； 表面涂料 中图分类号： r U 5 2 8 0 1 文献标志码： A 文章编号： 2 0 9 5 0 1 4 4 ( 2 0 1 2 ) 0 3 0 0 1 4 0 3 1 前 言 混凝土是 目前应用最为广泛 的一种建筑材料 ， 传统上人们一直认 为混凝土结构经久耐用 ， 常常忽 视了各种环境下服役过程 中所存在 的耐久性 问题 。 我国海域辽阔 ， 大规模基本建设都集 中在沿海地区， 混凝 土结构长期饱受海水侵蚀 ， 而北方地 区大量使 用除冰盐 ， 也导致混凝土结构严重锈蚀 ， 大大缩短使 用寿命 。人们迫切希望通过简单有效的手段来减缓 氯离子对混凝土结构 的侵蚀 ， 因此 ， 研究混凝土表面 涂敷对氯离子扩散的影响具有较高的实用价值 。 国内外 学者 已经在 这方面做 了一 定 的研 究 ， B a s h e e r 等人对一系列混凝土防腐涂料性能 的试验 进行了总结 ， 结果表明 ， 在提高抗氯离子侵蚀能力方 面 。 硅 烷 的效 果 最 为 显著 ； Me C a r t e r 用 干湿 循 环法 和吸水法对涂敷硅烷和硅烷一 硅氧烷 的混凝土进行 试验 ， 结果显示 ， 经过 6个干湿循环后 ， 表面涂敷保 护层混凝土的氯离子侵入深度仅为 5 m m， 而表面未 经 涂 敷 混 凝 土 的 氯 离 子 侵 入 深 度 达 2 0 m m 2 ； A l mu s a l l a m等人通过快速试验法对丙烯酸 、聚合物 乳液、 环氧树脂 、 聚氨酯和氯化橡胶 5种防腐涂料进 行评价 ， 表明混凝土表面涂敷后 ， 抵抗氯离子侵蚀能 力显著提高 ， 能延缓钢筋锈蚀 ， 提高混凝土结构的耐 久性 3 ： I b r a h i m等人对混凝土表面涂敷硅烷、 硅烷一 硅氧烷和丙烯酸 3种材料 的效果 进行 了评估 ， 发现 硅烷一 硅氧烷效果最好 4 ： 谷坤鹏等人采用 电通量法 研究 了不 同掺量的 I 级粉煤灰 、 表面涂层以及两者 结合对混凝土抗氯离子渗透性能的影响 ， 结果表明 ， 粉煤灰 和表面涂层均可显著提高混凝土抗氯离子渗 透能力 粉煤灰的改善效果随着掺量的增加而增加 ， 环氧树脂 的作用效果 比聚合物水泥基防水材料更 明 显 采 用 粉煤 灰 与表 面涂层 材 料结 合效 果更 佳 5 】 。 考 虑到 目前表面涂敷材料、养护龄期和水灰 比对混凝 土氯离子扩散的影响研究还不十分充分 。作者在参 考前 人 研究 成 果 的基础 上 。通过 试验 定 量评 价这 些 因素 ， 为混凝土材料的耐久性设计提供参考依据 。 2原材料、 配合比与试验方法 试验采用浙江新都水泥厂生产 的 P 0 4 2 5普通 硅 酸盐 水 泥 ， 表观 密度 为 3 1 5 0 k g m 。 粗 骨料 采用 天 然河卵石 ， 表观密度 2 5 3 0 k g m ； 细骨料采用天然河 砂 ， 表观密度 2 6 2 0 k g m 。 ， 吸水率 1 6 ； 骨料体积 含 量 5 5 ， 采用震击式两用震摆筛选机进行筛分 ， 最小 骨料直径 O 1 5 mm， 最大骨料直径 1 6 m m， 尺寸服从 富勒分布 6 。 混凝土拌和水和养护用水均为 自来水 ， p H值为 6 5 。 表面涂敷材料共 3种 ， 分别为北京东方 雨虹防水技术股份有 限公 司生产的 H C A 一 1 0 1高弹 厚质丙烯酸酯 、 J S A一 1 0 1聚合物和江苏吴江合力树 脂有 限公司生产的雪鹅牌环氧树脂。 在制 作 混凝 土试样 时 ， 水 灰 比( W C) 分别 为 0 4 、 0 5和 0 6 ， 养护龄期分别为 7 d 、 1 4 d和 2 8 d 。 为 了评价表面涂敷材料的效果 ，制作相应的空 白组作 为参考 。 对于每一种水灰 比， 混凝土试样的配合 比如 表 1 所列。为了尽可能消除试验的离散性 ，每种试 收稿 日期 ： 2 0 1 2 0 2 1 3 基金项目： 国家 自然科学基金项 目( 5 0 8 7 8 1 9 6 ) 作者简介： 张磊( 1 9 8 7 一 ) ， 男， 浙江绍兴人， 硕士研究生 ， 研究方向： 混凝土材料耐久性。 1 4 第 3期 张磊 ， 等 ： 水灰 比、 养护龄期和表面涂料对混凝土氯离子扩散影 响的试验研究 第 4 8卷 样同时制作 3个 ， 取其平均值作为该组混凝土氯离 子扩散系数。 表 1 混凝土配合比和涂敷材料 采用 L u提出的方法测定混凝土氯离子扩散系 数 ， 在该 法 中， 用 真空抽吸方法加速混凝 土试样饱 盐 ， 使之成为线性元件 ， 然后应用 N e ms t E i n s t e i n方 程计算氯离子扩散系数 。试样在温度为 2 0的水 中养护 ， 养护到规定龄期后去掉上下表面各 2 5 m m， 制成直径为 1 0 0 mi l l 、 厚度为 5 0 m m的圆柱体 ， 试验 前将试样放在 4 mo l L的 N a C 1 溶液中真 空饱盐 ， 然 后取 出晾干 ， 在试件上表面均匀涂上丙烯酸酯 、 J S A 聚合物和环氧树脂 。等涂料完全干后 ， 再把试样放 回 4 mo l L的 Na C l 溶液中浸泡 2 4 h ， 最后擦去试件 表面的盐水并放置在两个紫铜电极之间测定混凝土 氯离子扩散系数。 3试验结果与分析 首先 ， 分析养护龄期和水灰 比对混凝土氯离子 扩散 系数 的影 响 ， 考 虑空 白组试样 4 、 8和 l 2 ， 这 3 组试样 的水灰 比分别为 O 4 、 0 5和 0 6 ， 对于每一种 水灰 比。 制作 3种试样用于测试不同养护龄期 的混 凝土氯离子扩散系数 ， 结果如 图 l 所示。从 图 1可 以看出， 对于给定的水灰 比， 混凝土氯离子扩散系数 随着养护时间的增大而减小 当龄期从 7 d增大到 1 4 d时 ，对 于水 灰 比为 0 4 、 0 5和 0 6的混 凝 土 。 氯 离子扩散系数分别减小 3 1 4 8 、 2 7 1 3 和 1 6 9 0 ； 而当龄期从 1 4 d 增大到 2 8 d时 ， 对于水灰比为 O 4 、 0 5和 0 6的混凝 土 ，氯离 子扩 散 系数分 别减 小 8 2 8 、 9 0 0 和 1 4 4 1 。主要原因是混凝土中的孔 隙率随着龄期的增大而不断减小 当龄期小于 1 4 d 时 ， 孔隙率随着水化度的迅速增大而快速减小， 当龄 期大于 1 4 d时 ， 水化度 的增加率和孔隙率的减小率 逐渐趋于稳定 8 。 图 1 也表明 。 对于给定的养护龄期 ， 混凝土氯离子扩散系数 随着水灰比的增大而增大 ， 当养护龄期为 7 d 、 1 4 d和 2 8 d时 ， 水灰比为 0 6混凝 土氯离子扩散系数 比水灰 比为 0 4混凝土氯离子扩 散系数分别大 2 2 4 4 、 4 8 4 9 0 和 3 8 5 6 ， 表明水灰比 对混凝土氯离子扩散系数有较大的影响。这是因为 混凝土中的孔隙率随着水灰 比的增大而增大。因此 ， 对于氯盐环境 中的混凝土应严格控制水灰比。 芎 衽 雠 龄期， d 图 1 龄期和水灰比对氯离子扩散系数的影响 其次 。分析表面涂料对混凝土氯离子扩散系数 的影响 。 设水灰 比为 O 5 ， 养护龄期分别为 7 d 、 1 4 d 和 2 8 d ， 表面涂料为丙烯 酸酯 、 环氧树脂 和 J S A聚 合物 ， 并与空 白组进行比较 ， 其结果如图 2所示。可 以看出 ，表面涂料能够明显提高混凝土抗氯离子侵 蚀 能力 ， 以养护龄期 7 d为例 ， 表面涂丙烯 酸酯 、 环 氧树脂 和 J S A聚合物混凝土 的氯离子 扩散系数 比 空 白组混凝 土氯离子扩散 系数分 别减小 2 6 5 9 、 7 7 0 1 和 1 7 0 9 ， 其中环氧树脂的效果明显好于其 他两组。取养护龄期为 2 8 d时 ， 图 3给 出了水灰 比 2 杂 轻 褪 涂料品种 图 2 涂料 品种和龄期对氯 离子 扩散 系数的影响 l 5 2 0 1 2年第 3期 甘肃 水利水电技术 第 4 8卷 0 2 1j 衽 H 橱 罡 璐 涂料品种 图 3 涂料品种和水灰 比对 氯离子扩散 系数的影 响 为 0 4 、 O 5和 0 6的试验结果 ， 表面涂料对混凝土氯 离子扩散 系数的影 响与图 2类似 ， 表明当水灰 比在 0 4至 0 6 、 养护龄期在 7 d至 2 8 d变化时， 混凝土通 过表面涂敷均能提高抗氯离子侵蚀能力 ， 但从效果 来看 ， 环 氧树脂 最 佳 。 4结论 ( 1 ) 混凝土氯离子扩散系数随着养护龄期 的增 大而减小 ， 对于水灰 比为 O 4 、 O 5和 0 6的混凝土 ， 养 护龄期为 2 8 d的氯离子扩散系数 比养护龄期为 7 d 的氯 离 子 扩 散 系 数 分 别 减 小 3 7 1 5 、 3 3 6 9 和 2 8 88 。 。 ( 2 ) 混凝土氯离子扩散系数随着水灰 比的增大 而增大 ， 当养 护龄期 为 7 d 、 1 4 d和 2 8 d时 ， 水灰 比 为 0 6的混凝土氯离子扩散系数 比水灰 比为 0 4的 混凝土氯离子扩散系数分别增大 2 2 4 4 、 4 8 4 9 和 38 56 。 ( 3 )当水灰比为 0 4至 0 6 、养护龄期 为 7 d至 2 8 d时 ， 丙烯酸酯、 J S A聚合物和环氧树脂 3 种 涂料 均能在不同程度上提高混凝土抗氯离子侵蚀能力 。 但环氧树脂的效果要明显好于其余两种涂料 。 参考文献： 1 B a s h e e r P A M， B a s h e e r L ， C l e l a n d D J ， L o n g A E S u r f a c e t r e a t me n t s f o r c o n c r e t e ：a s s e s s me n t me t h od s a n d r e p o r t e d por f o r ma n c e J C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g Ma t e r i a l s ， 1 9 9 7 。 1 1 ( 7 - 8 ) ： 4 1 3 4 2 9 2 Mc C r a t e r W J A s s e s s i n g t h e p r o t e c t i v e q u a l i f i e s o f t r e a t e d a n d u n t r e a t e d c o n c ret e s u r f a c e s u n d e r c y c l i c we t t i n g and d r y i n g J B u i l d i n g a n d E n v i ron m e n t ， 1 9 9 6 ， 3 1( 6 ) ： 5 5 1 - 5 5 6 3 A l m u s a l l s i n A A， K h a n F M， D u l a i j i an S U， A 1 一 A m o u d i O S BEffe c tiv e ne s s o f s ur f a c e c o a t i n g s i n i mp r o v i n g c o n c r e t e d u r a b il i t y J j C e me n t and C o n c r e t e C o m pos i t e s ， 2 0 0 3 ， 2 5 ( 4 - 5 ) ： 4 7 3 4 8 1 4 I b r abi m M， A 1 一 G a h t a n i A S ， Ma s l e h u d d i n M， D a k h i l F H Us e o f s u r f a c e t r e a t me n t ma t e ria l s t o i mp r o v e c o n c ret e d u r a b i li t y J J o u rna l o f M a t e ri a l s i n C i v i l E n g i n e e r i n g ， 1 9 9 9， 1 1 ( I ) ： 3 6 4 0 5 谷坤鹏， 李漠 粉煤灰与表面涂层对混凝土抗氯离子侵 蚀能力的影响 J 腐蚀与防护， 2 0 0 8 ， 2 9 ( 7 ) ： 3 8 5 3 8 8 6 Z h e n g J i an j u n ，Z h o u X i n - z h u P e r c o l a t i o n of I T Z s in c o n c re a n d e ff e e of a t t r i b u ti n g f a c t o r s J J o u rna l 0 f Ma t e ri a l s i n C i v i l E n gi n e e r i n g ， 2 0 0 7 ， 1 9 ( 9 ) ： 7 8 4 7 9 0 7 L u X i n - y i n g A p p e a ti o n o f the N e r n s t - E ins t e i n e q u a - ti o n t o c o n c r e J C e me n t a n d C o n c ret e Re s e a r c h ， 1 9 9 7 ， 2 7 ( 2 ) ： 2 9 3 3 0 2 8 Z h e n g J i a n - j a n ，P a n g X i a n - w e i ，X i o n g F ang - f a n g A c o mp u t e r s i mu l a t i o n b a s e d me t h o d f o r the v o l u me f r a c _ t i o n c a p i l l a r y p o r e s J K e y E n g i n e e r i n g Ma t e ri a l s ， 2 0 0 9 ： 4 0 O 一 4 O 2。 9 5 7 9 6 2 ( 上接 第 7页 ) ( 3 ) 密切关注上游来水状况 ， 特别是北江发洪 时应及时比测 。 并对相应的流量进行修正。 ( 4 ) 希望能解决容易引起雷击的技术 问题。水 雨情召测系统的稳定性值得借鉴。 ( 5 ) 对 s L流量计资料多做比测、 分析工作。仪 器很先进 但也会出问题 。要坚持多做 比测分析工 作 ， 包括 不同潮汐要素状态下 ( 比如每个月 的大 潮 期 、 平潮期 、 潮洪混 杂等) 水 流特性 的 比测 、 分 析工 作 ， 细分单一 断关系 ， 才能很好地掌握水流变化规律 和甄别 出哪些是不合理数据 ， 从而得 到更为精确的 l 6 水文资料。 参 考 文献 ： 1 广东省水文局佛山水文分局玛 口站 2 0 1 0年度代表线法 水文测验资料 R ( 广东) 佛山： 广东省水文局佛山水文 分局， 2 0 1 0 2 广东省水文局佛山水文分局 马口站 S L流量计实际监测 数据 R ( 广东)佛山：广东省水文局佛 山水文分局， 2 0 1 0 3 广东省水文局佛山水文分局马 口水文站 5 0 0 k H z S L 流量计率定分析成果报告 R ( 广东( 佛山： 广东省水文 局佛山水文分局， 2 0 0 6