摘要: 針對(duì)山東省《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)程》中混凝土抗氯離子滲透性檢測(cè)方法進(jìn)行了試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果表明《, 規(guī)程》中的交流電法和RCM法可以便捷準(zhǔn)確的評(píng)定混凝土中氯離子的滲透性, 有廣闊的應(yīng)用前景。但不同的試塊制備方法對(duì)氯離子滲透性電測(cè)法的試驗(yàn)結(jié)果影響很大, 考慮到工程上混凝土的實(shí)際情況, 建議《規(guī)程》中的混凝土抗氯離子滲透性試驗(yàn)評(píng)定方法應(yīng)對(duì)試塊的制備方法應(yīng)提出更明確的要求。

關(guān)鍵詞: 混凝土; 氯離子; 滲透性; 交流電法; RCM法

中圖分類(lèi)號(hào): TU528.01 文獻(xiàn)標(biāo)志碼: A 文章編號(hào): 1002- 3550-( 2007) 02- 0005- 03

0 前言

　　根據(jù)山東省地理、環(huán)境特點(diǎn)并結(jié)合山東地區(qū)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性現(xiàn)狀及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)編寫(xiě)的DBJ14-S6-2005《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)程》( 以下簡(jiǎn)稱(chēng)《規(guī)程》) , 已于2005 年12 月1 日在山東省內(nèi)頒布實(shí)施, 填補(bǔ)了之前國(guó)內(nèi)尚無(wú)結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范的一項(xiàng)空白?！兑?guī)程》規(guī)定了混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)的原則、內(nèi)容、結(jié)構(gòu)構(gòu)造和材料選用基本要求, 提出了施工、檢測(cè)與維護(hù)的基本要求及防腐蝕附加措施及試驗(yàn)方法。

　　由于山東省大規(guī)模工程建設(shè)比較集中, 并且地處沿海, 有長(zhǎng)達(dá)3 000 多公里的海岸線(xiàn), 有鹽土地區(qū)分布, 而且作為北方地區(qū), 山東省每年冬季仍大量使用氯鹽類(lèi)“ 融雪劑”( 如氯化鈉、氯化鈣、氯化鎂等) , 因此存在著廣泛的氯鹽侵蝕環(huán)境《, 規(guī)程》就此提出了三種混凝土抗氯離子滲透性試驗(yàn)評(píng)定方法, 包括美國(guó)ASTM C1202 混凝土抗氯離子滲透性標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法直流電量法) , 用交流電測(cè)量混凝土氯離子滲透性方法和氯離子擴(kuò)散系數(shù)快速測(cè)定的RCM 法?！　　　　　　STM C1202 在國(guó)際上應(yīng)用普遍, 但試驗(yàn)時(shí)間較長(zhǎng), 施加電壓較高易對(duì)試塊產(chǎn)生影響[1]; 交流電法最早由Monfore[2]提出并曾被Hansen[3]和Feldman[4]采用, 趙鐵軍[5]對(duì)其進(jìn)行了完善并形成了一套比較成熟的試驗(yàn)方法; 而RCM 法則是目前被歐洲國(guó)家廣泛采用的一種方法。

　　上述三種方法都可以快速評(píng)價(jià)氯離子在混凝土內(nèi)的傳輸性質(zhì), 但其機(jī)理和具體試驗(yàn)過(guò)程有較大差異。由于之前圍繞ASTM C1202 法的試驗(yàn)研究已有很多[6~8], 本文就交流電法和RCM 法重點(diǎn)進(jìn)行了試驗(yàn)研究, 并結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果對(duì)《規(guī)程》中的氯離子試驗(yàn)方法提出了一些意見(jiàn)和建議。

1 原材料及配合比

　　水泥選用的是安徽海螺水泥股份有限公司的42.5 級(jí)普通硅酸鹽水泥, 水泥熟料的化學(xué)組成見(jiàn)表1; 粉煤灰選用了濰坊電廠粉煤灰公司的Ⅱ級(jí)粉煤灰, 性能指標(biāo)見(jiàn)表2; 砂為細(xì)度模數(shù)2.7, 含泥量0.3%的河砂; 碎石最大粒徑為31.5mm, 含泥量0.3%; 纖維采用KDZ-Ⅱ型聚丙烯阻裂纖維, 其性能見(jiàn)表3; 減水劑采用的是青島科力達(dá)公司的一種萘系高效減水劑, 減水率為20.5%; 膨脹劑是一種UEA 型膨脹劑?；炷猎噳K的配合比如表4 所示:

2 試塊制備及試驗(yàn)過(guò)程

　　在本試驗(yàn)研究中采用了兩種方法評(píng)價(jià)混凝土的氯離子滲透性, 一種是通低壓交流電的方法, 通過(guò)測(cè)量混凝土的電阻評(píng)定其氯離子滲透性, 另一種是德國(guó)Aachen 工業(yè)大學(xué)提出的RCM 法。

　　兩種方法均已列入2005 年12 月實(shí)施的DBJ14-S6-200《5 混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)程》。

2.1 用交流電阻法評(píng)價(jià)混凝土氯離子滲透性

　　試驗(yàn)所用試塊規(guī)格為直徑100mm, 高度50mm 的圓柱體,但采用了兩種方法準(zhǔn)備試塊。一種是直接在模具中澆筑成型,試塊成型24h 后拆模, 放入水中養(yǎng)護(hù)直至齡期; 另一種是在混凝土構(gòu)件上取芯得到。圖1 是交流電阻試驗(yàn)裝置圖, 具體試驗(yàn)步驟參見(jiàn)《規(guī)程》[9]。

2.2 RCM 法評(píng)價(jià)混凝土氯離子滲透性

　　該試驗(yàn)中的試塊規(guī)格和制備情況與交流電法基本一致。圖2 是RCM 試驗(yàn)裝置圖, 具體試驗(yàn)步驟參見(jiàn)《規(guī)程》[9]。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 交流電阻試驗(yàn)

　　混凝土交流電阻試驗(yàn)結(jié)果如表5 所示:

3.2 RCM 試驗(yàn)

　　混凝土RCM 試驗(yàn)所得氯離子擴(kuò)散系數(shù)如表6、圖4 所示:

3.3 結(jié)果分析

　　由試驗(yàn)結(jié)果可以看出, 粉煤灰的摻入使得混凝土電阻值提高, 氯離子擴(kuò)散系數(shù)下降。由于在混凝土硬化過(guò)程中, 水泥熟料礦物的水化反應(yīng)在先, 粉煤灰的二次水化反應(yīng)在后, 在高水灰比時(shí), 絕大部分水泥的水化有充足的水分供應(yīng), 不摻粉煤灰的試塊比摻粉煤灰的試塊早期密實(shí)度高, 但到了后期, 水泥熟料的水化產(chǎn)物中的Ca( OH) 2 不斷侵蝕粉煤灰玻璃微珠的致密表

層, 粉煤灰由外向里逐漸水化, 同時(shí)反過(guò)來(lái)促進(jìn)水泥熟料礦物的進(jìn)一步水化, 再加上粉煤灰的滾珠效應(yīng)和微集料填充效應(yīng),所以摻粉煤灰的試塊抗氯離子滲透性高于不摻粉煤灰的試塊。

　　另外, 粉煤灰還可以降低混凝土中孔溶液的電導(dǎo)率, 因此試塊電阻值提高。

　　對(duì)比B1 和A2 的結(jié)果( 二者粉煤灰取代率一樣) 可以看出, 在一定的水膠比范圍( 本試驗(yàn)僅采用了0.4 和0.44 兩種水膠比) 內(nèi), 膠凝材料用量對(duì)于混凝土電阻值及氯離子擴(kuò)散系數(shù)的影響沒(méi)有明確的規(guī)律。這一現(xiàn)象也出現(xiàn)在其他研究者的試驗(yàn)中[5, 10]。

　　本試驗(yàn)中A4 摻加了聚丙烯纖維, 但測(cè)得的交流電阻在兩種不同方法制備的混凝土中卻呈現(xiàn)出了不同的變化趨勢(shì)。在澆筑成型的一批中, A4 的電阻比A3 下降了38.7%, 而在取芯成型的一批中, A4 的電阻卻比A3 提高了82.1%。其原因?yàn)? 纖維的加入增加了混凝土中的界面, 從而導(dǎo)致較早齡期的混凝土滲透性的提高, 隨著齡期延長(zhǎng), 混凝土中纖維阻裂的效應(yīng)逐漸發(fā)揮出來(lái), 混凝土滲透性相應(yīng)下降。另外, 該結(jié)果也與試塊制備方式關(guān)系密切。應(yīng)該指出, 摻加合成纖維以制備有抗?jié)B性要求的混凝土, 必須通過(guò)嚴(yán)格的施工控制以保證其抗?jié)B效果和抗?jié)B質(zhì)量。

　　由試驗(yàn)結(jié)果還可以看出, 摻加了膨脹劑的混凝土, 和未摻加膨脹劑的混凝土相比, 其交流電阻提高而氯離子擴(kuò)散系數(shù)下降, 如B2 的交流電阻比未摻膨脹劑的B1 提高了65.9%( 澆筑成型) 和3.1%( 取芯成型) , B4 的電阻比B3 提高了27.7%( 澆筑成型) 和22.2%( 取芯成型) ; B2 的氯離子擴(kuò)散系數(shù)比未摻膨脹劑的B1 降低了21.8%( 澆筑成型) 和73.9%( 取芯成型) , B4的氯離子擴(kuò)散系數(shù)比B3 降低了4.6%( 澆筑成型) 。這是由于UEA 系膨脹劑水化生成的鈣礬石針狀晶體可隨著水泥石結(jié)構(gòu)的形成逐步在水泥石中搭接延伸, 有效堵塞孔隙和毛細(xì)管通路, 使水泥石結(jié)構(gòu)趨于致密而降低混凝土的滲透性, 在補(bǔ)償收縮的同時(shí)提高混凝土的密實(shí)性。

　　不論是交流電法還是RCM 法, 取芯成型的混凝土試塊氯離子滲透性電測(cè)結(jié)果比澆筑成型的試塊降低顯著, 除了齡期的因素之外, 試塊不同的制備方法對(duì)其電阻測(cè)值的影響很大。由于這兩種方法所用的試塊規(guī)格較小(《規(guī)程》中的交流電法試塊成型規(guī)格!100mm×50mm, RCM 法建議試塊以"100mm×300mm 或100mm×100mm×100mm 成型后再切割成試驗(yàn)用規(guī)格) , 對(duì)于普通及高性能混凝土來(lái)說(shuō), 骨料對(duì)澆筑成型的試塊質(zhì)量影響很大, 致使電測(cè)氯離子滲透性結(jié)果偏高, 而且離散性較大。

4 結(jié)論

　　交流電法和RCM 法都可以便捷準(zhǔn)確的評(píng)定混凝土中氯離子的滲透性, 有很廣闊的應(yīng)用前。而且, 交流電法相對(duì)來(lái)說(shuō)試驗(yàn)時(shí)間更快捷, 裝置安裝好后可以立即讀取電阻值, 試驗(yàn)對(duì)混凝土試塊影響極小( 因?yàn)樵噳K接觸NaCl 溶液時(shí)間很短) , 從試驗(yàn)操作角度來(lái)看, 有助于試塊的重復(fù)利用。

　　不同的試塊制備方法對(duì)這兩種氯離子滲透性電測(cè)法的試驗(yàn)結(jié)果影響很大, 因此澆筑成型的制備方法更適用于砂漿試塊的試驗(yàn)檢測(cè), 考慮到工程上混凝土的骨料選用情況, 建議《規(guī)程》中的混凝土抗氯離子滲透性試驗(yàn)評(píng)定方法尤其是交流電法應(yīng)對(duì)試塊的制備方法提出更明確的要求。

參考文獻(xiàn):

　　[1] 趙鐵軍.混凝土滲透性[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 1995.

　　[2] G.E.Monfore.The Electrical Resistivity of Concrete[J].Journal of the PCA

Research Development Laboratories.May, 1968: 35- 48.

　　[3] M.R.Hansen, M.L.Leming, P.Zia, et al.Chloride Permeability and ACImpedance of High Performance Concrete in Severe Environments[R].ACI SP- 140, 1993: 121- 145.

　　[4] R, F.Feldman, G.C.Chan, R.J.Brousseau, et al.Investigation of the RapidChloride Permeability Test [J].ACI Materials Journal,May- June 1994, 91(2) : 246- 255.

　　[5] 趙鐵軍.高性能混凝土的滲透性研究[博士學(xué)位論文][D].北京: 清華大學(xué), 1997.

　　[6] M.H.Zhang and O.E.Gj!rv.Permeability of High- Strength LightweightConcrete.ACI Materials Journal[J].Sept.Oct, 1991, 88( 5) : 463- 469.

　　[7] C.Andrade.Calculation of Chloride Diffusion Coefficients in Concretefrom Ionic Migration Measurement[J].Cement and Concrete Research,1993, 23( 3) : 724- 742.

　　[8] N.R.Buenfeld and J.B.Newman.Examination of Three Materials for StudyingIon Diffusion in Cement Paste, Mortars and Concrete [J].Materialsand Structures, Jan, 1987, 20( 115) :3- 10.

　　[9] DBJ 14- S6- 2005, 混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)程[S].2005.

　　[10]朋改非, 劉葉峰, 等譯.混凝土標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中水泥用量的作用(下) [J].建筑科技情報(bào), 2004,( 1) :37- 40, 16.