《混凝土结构耐久性设计规程》中抗氯离子渗透性检测方法的试验研究

摘要: 针对山东省《混凝土结构耐久性设计规程》中混凝土抗氯离子渗透性检测方法进行了试验研究。试验结果表明《, 规程》中的交流电法和RCM法可以便捷准确的评定混凝土中氯离子的渗透性, 有广阔的应用前景。但不同的试块制备方法对氯离子渗透性电测法的试验结果影响很大, 考虑到工程上混凝土的实际情况, 建议《规程》中的混凝土抗氯离子渗透性试验评定方法应对试块的制备方法应提出更明确的要求。

关键词: 混凝土; 氯离子; 渗透性; 交流电法; RCM法

中图分类号: TU528.01 文献标志码: A 文章编号: 1002- 3550-( 2007) 02- 0005- 03

0 前言

　　根据山东省地理、环境特点并结合山东地区混凝土结构耐久性现状及实践经验编写的DBJ14-S6-2005《混凝土结构耐久性设计规程》( 以下简称《规程》) , 已于2005 年12 月1 日在山东省内颁布实施, 填补了之前国内尚无结构耐久性设计规范的一项空白。《规程》规定了混凝土结构耐久性设计的原则、内容、结构构造和材料选用基本要求, 提出了施工、检测与维护的基本要求及防腐蚀附加措施及试验方法。

　　由于山东省大规模工程建设比较集中, 并且地处沿海, 有长达3 000 多公里的海岸线, 有盐土地区分布, 而且作为北方地区, 山东省每年冬季仍大量使用氯盐类“ 融雪剂”( 如氯化钠、氯化钙、氯化镁等) , 因此存在着广泛的氯盐侵蚀环境《, 规程》就此提出了三种混凝土抗氯离子渗透性试验评定方法, 包括美国ASTM C1202 混凝土抗氯离子渗透性标准试验方法直流电量法) , 用交流电测量混凝土氯离子渗透性方法和氯离子扩散系数快速测定的RCM 法。　　　　　　　ASTM C1202 在国际上应用普遍, 但试验时间较长, 施加电压较高易对试块产生影响[1]; 交流电法最早由Monfore[2]提出并曾被Hansen[3]和Feldman[4]采用, 赵铁军[5]对其进行了完善并形成了一套比较成熟的试验方法; 而RCM 法则是目前被欧洲国家广泛采用的一种方法。

　　上述三种方法都可以快速评价氯离子在混凝土内的传输性质, 但其机理和具体试验过程有较大差异。由于之前围绕ASTM C1202 法的试验研究已有很多[6~8], 本文就交流电法和RCM 法重点进行了试验研究, 并结合试验结果对《规程》中的氯离子试验方法提出了一些意见和建议。

1 原材料及配合比

　　水泥选用的是安徽海螺水泥股份有限公司的42.5 级普通硅酸盐水泥, 水泥熟料的化学组成见表1; 粉煤灰选用了潍坊电厂粉煤灰公司的Ⅱ级粉煤灰, 性能指标见表2; 砂为细度模数2.7, 含泥量0.3%的河砂; 碎石最大粒径为31.5mm, 含泥量0.3%; 纤维采用KDZ-Ⅱ型聚丙烯阻裂纤维, 其性能见表3; 减水剂采用的是青岛科力达公司的一种萘系高效减水剂, 减水率为20.5%; 膨胀剂是一种UEA 型膨胀剂。混凝土试块的配合比如表4 所示:

2 试块制备及试验过程

　　在本试验研究中采用了两种方法评价混凝土的氯离子渗透性, 一种是通低压交流电的方法, 通过测量混凝土的电阻评定其氯离子渗透性, 另一种是德国Aachen 工业大学提出的RCM 法。

　　两种方法均已列入2005 年12 月实施的DBJ14-S6-200《5 混凝土结构耐久性设计规程》。

2.1 用交流电阻法评价混凝土氯离子渗透性

　　试验所用试块规格为直径100mm, 高度50mm 的圆柱体,但采用了两种方法准备试块。一种是直接在模具中浇筑成型,试块成型24h 后拆模, 放入水中养护直至龄期; 另一种是在混凝土构件上取芯得到。图1 是交流电阻试验装置图, 具体试验步骤参见《规程》[9]。

2.2 RCM 法评价混凝土氯离子渗透性

　　该试验中的试块规格和制备情况与交流电法基本一致。图2 是RCM 试验装置图, 具体试验步骤参见《规程》[9]。

3 试验结果与分析

3.1 交流电阻试验

　　混凝土交流电阻试验结果如表5 所示:

3.2 RCM 试验

　　混凝土RCM 试验所得氯离子扩散系数如表6、图4 所示:

3.3 结果分析

　　由试验结果可以看出, 粉煤灰的掺入使得混凝土电阻值提高, 氯离子扩散系数下降。由于在混凝土硬化过程中, 水泥熟料矿物的水化反应在先, 粉煤灰的二次水化反应在后, 在高水灰比时, 绝大部分水泥的水化有充足的水分供应, 不掺粉煤灰的试块比掺粉煤灰的试块早期密实度高, 但到了后期, 水泥熟料的水化产物中的Ca( OH) 2 不断侵蚀粉煤灰玻璃微珠的致密表

层, 粉煤灰由外向里逐渐水化, 同时反过来促进水泥熟料矿物的进一步水化, 再加上粉煤灰的滚珠效应和微集料填充效应,所以掺粉煤灰的试块抗氯离子渗透性高于不掺粉煤灰的试块。

　　另外, 粉煤灰还可以降低混凝土中孔溶液的电导率, 因此试块电阻值提高。

　　对比B1 和A2 的结果( 二者粉煤灰取代率一样) 可以看出, 在一定的水胶比范围( 本试验仅采用了0.4 和0.44 两种水胶比) 内, 胶凝材料用量对于混凝土电阻值及氯离子扩散系数的影响没有明确的规律。这一现象也出现在其他研究者的试验中[5, 10]。

　　本试验中A4 掺加了聚丙烯纤维, 但测得的交流电阻在两种不同方法制备的混凝土中却呈现出了不同的变化趋势。在浇筑成型的一批中, A4 的电阻比A3 下降了38.7%, 而在取芯成型的一批中, A4 的电阻却比A3 提高了82.1%。其原因为, 纤维的加入增加了混凝土中的界面, 从而导致较早龄期的混凝土渗透性的提高, 随着龄期延长, 混凝土中纤维阻裂的效应逐渐发挥出来, 混凝土渗透性相应下降。另外, 该结果也与试块制备方式关系密切。应该指出, 掺加合成纤维以制备有抗渗性要求的混凝土, 必须通过严格的施工控制以保证其抗渗效果和抗渗质量。

　　由试验结果还可以看出, 掺加了膨胀剂的混凝土, 和未掺加膨胀剂的混凝土相比, 其交流电阻提高而氯离子扩散系数下降, 如B2 的交流电阻比未掺膨胀剂的B1 提高了65.9%( 浇筑成型) 和3.1%( 取芯成型) , B4 的电阻比B3 提高了27.7%( 浇筑成型) 和22.2%( 取芯成型) ; B2 的氯离子扩散系数比未掺膨胀剂的B1 降低了21.8%( 浇筑成型) 和73.9%( 取芯成型) , B4的氯离子扩散系数比B3 降低了4.6%( 浇筑成型) 。这是由于UEA 系膨胀剂水化生成的钙矾石针状晶体可随着水泥石结构的形成逐步在水泥石中搭接延伸, 有效堵塞孔隙和毛细管通路, 使水泥石结构趋于致密而降低混凝土的渗透性, 在补偿收缩的同时提高混凝土的密实性。

　　不论是交流电法还是RCM 法, 取芯成型的混凝土试块氯离子渗透性电测结果比浇筑成型的试块降低显著, 除了龄期的因素之外, 试块不同的制备方法对其电阻测值的影响很大。由于这两种方法所用的试块规格较小(《规程》中的交流电法试块成型规格!100mm×50mm, RCM 法建议试块以"100mm×300mm 或100mm×100mm×100mm 成型后再切割成试验用规格) , 对于普通及高性能混凝土来说, 骨料对浇筑成型的试块质量影响很大, 致使电测氯离子渗透性结果偏高, 而且离散性较大。

4 结论

　　交流电法和RCM 法都可以便捷准确的评定混凝土中氯离子的渗透性, 有很广阔的应用前。而且, 交流电法相对来说试验时间更快捷, 装置安装好后可以立即读取电阻值, 试验对混凝土试块影响极小( 因为试块接触NaCl 溶液时间很短) , 从试验操作角度来看, 有助于试块的重复利用。

　　不同的试块制备方法对这两种氯离子渗透性电测法的试验结果影响很大, 因此浇筑成型的制备方法更适用于砂浆试块的试验检测, 考虑到工程上混凝土的骨料选用情况, 建议《规程》中的混凝土抗氯离子渗透性试验评定方法尤其是交流电法应对试块的制备方法提出更明确的要求。

参考文献:

　　[1] 赵铁军.混凝土渗透性[M]. 北京: 科学出版社, 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] 赵铁军.高性能混凝土的渗透性研究[博士学位论文][D].北京: 清华大学, 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, 混凝土结构耐久性设计规程[S].2005.

　　[10]朋改非, 刘叶峰, 等译.混凝土标准规范中水泥用量的作用(下) [J].建筑科技情报, 2004,( 1) :37- 40, 16.