黄河水利职业技术学院 河南开封 475000
摘要：目前，我国的科技发展十分迅速，采用干湿交替方式研究了粉煤灰混凝土的氯离子结合性能，得到了混凝土中自由氯离子含量和总氯离子含量的分布，探讨了粉煤灰对氯离子结合性能的影响，分析了氯离子结合性能随深度的变化规律．结果表明：粉煤灰的掺入提高了混凝土中的结合氯离子含量，但粉煤灰混凝土的氯离子结合率和相对氯离子结合系数均低于未掺粉煤灰混凝土，且两者均随着粉煤灰掺量的增加呈降低趋势；混凝土中结合氯离子含量随深度的增加呈先降低再升高的趋势；氯离子结合能力随深度的增加呈上升趋势并逐渐趋于平稳．
关键词：氯离子结合性能；自由氯离子；总氯离子；粉煤灰混凝土；扩散深度
引言
高性能混凝土的质量，耐久性是核心。而混凝土耐久性根本上取决于混凝土的渗透性，所以提高混凝土的抗渗性才能有效的提高混凝土的耐久性，保证混凝土质量。混凝土破坏原因按递降顺序排列是钢筋锈蚀、寒冷气候下的冻害、侵蚀环境的物理化学作用。可见，钢筋腐蚀是钢筋混凝土耐久性的重要影响因素。国内外学者经过大量调查和研究表明：绝大多数高性能混凝土结构的破坏是由于氯离子侵入到混凝土钢筋表面，并达到一定临界浓度时引起的钢筋锈蚀所致；钢筋锈蚀使其与混凝土的黏结力下降，同时产生的膨胀使保护层开裂破坏，最终导致整个结构的破坏。强调氯离子的渗透性可以用来评定高性能混凝土的耐久性能。现在大部分工程在混凝土中加入粉煤灰、矿粉来改善混凝土耐久性。粉煤灰混凝土和矿粉混凝土的早期强度比较低。混凝土中早强组分的加入已经普遍。这样只是保证了混凝土的早期强度，对混凝土的耐久性的影响并不确定。所以，掺硫酸钠的混凝土抗渗性的研究是必不可少的。该问题国内外尚未报道。对于高性能混凝土传统的抗渗性测试方法已经失效。为此采用NEL法，对矿物掺合料混凝土的氯离子扩散系数和掺硫酸钠的矿物掺合料混凝土的氯离子扩散系数进行了探讨。
1试验
1.1原材料及混凝土配合比
混凝土原材料为：Ｐ·Ｏ ４２．５普通硅酸盐水泥，Ⅱ级粉煤灰，细度模数为２．６２的河砂，粒径为５～２０ｍｍ的碎石，自来水．胶凝材料化学组成见表１，混凝土配合比见表２．
表１ 胶凝材料化学组成
1.2配合比设计
粉煤灰活性对改善混凝土性能至关重要.根据化学组成分析,本试验漳州后石Ⅰ级粉煤灰中SiO2含量为53.82%,Al2O3含量为27.34%,SiO2和Al2O总含量为81.16%;而福州华能Ⅲ级粉煤灰中SiO2含量为55.90%,Al2O3含量为24.49%,SiO2和Al2O3总含量为80.39%.因此,本试验所用的Ⅰ,Ⅲ级粉煤灰中活性成分的总含量相近.对于掺加福州华能Ⅲ级粉煤灰混凝土和掺加漳州后石Ⅰ级粉煤灰混凝土,在同掺量同配合比情况下,水泥用量是相同的,水泥水化生成的Ca(OH)2的量在相同龄期时是一样的,而2种粉煤灰中的SiO2和Al2O3总含量又相近,所以从理论上讲,到一定龄期时,粉煤灰二次水化反应生成的水化物数量应相差不多.因此,在相同配合比时,Ⅲ级粉煤灰混凝土的抗压强度、抗氯离子渗透和抗钢筋锈蚀性能应不比同掺量Ⅰ级粉煤灰混凝土的差.根据以上分析,共设计19组混凝土配合比,见表2.表2中,高效减水剂掺量为胶凝材料用量的1%.
2结果与分析
2.1氯离子含量随深度分布情况
环境中的氯离子通过混凝土保护层到达钢筋表面，聚集到一定含量时将引起钢筋脱钝锈蚀，因此氯离子在混凝土中的含量分布是评价混凝土抗氯离子侵蚀性能的重要参考．图１，２分别为混凝土中自由氯离子含量（Ｃｆ）和总氯离子含量（Ｃｔ）随深度的分布曲线．由图１，２可见，自由氯离子含量和总氯离子含量随深度的变化趋势一致，均呈先增加后降低最后趋于平稳的变化趋势．其原因是周期性暴露于海水或者氯盐溶液的混凝土内部按氯离子迁移方式的不同可分为３个区域：（１）对流区（氯离子含量分布曲线上升段），氯离子主要以毛细吸附和水分蒸发形成的对流方式迁移；（２）扩散区（曲线下降段），氯离子主要以扩散方式向混凝土内部传输；（３）外界氯离子未渗入区（曲线近乎水平段），氯离子主要随原材料混入混凝土内部．
图2硫酸钠粉煤灰混凝土氯离子扩散系数
图2可以看出：相同龄期的硫酸钠粉煤灰混凝土，随着粉煤灰掺量的增加混凝土氯离子扩散系数呈降低趋势，粉煤灰对混凝土的影响原因同上。此外还有硫酸钠的作用，使得混凝土密实。龄期60d时硫酸钠粉煤灰混凝土氯离子扩散系数低于龄期28d的。是由于水泥的进一步水化和粉煤灰的二次反应的发生。但是，龄期90d的硫酸钠粉煤灰混凝土氯离子扩散系数高于60d的，即混凝土抗渗性降低。表明硫酸钠对粉煤灰混凝土抗渗性在后期是不利的。图2还可看出：在龄期28d时，硫酸钠粉煤灰混凝土氯离子扩散系数比未掺硫酸钠相同粉煤灰掺量低。由于硫酸钠使得混凝土早强，表明在28d龄期时随粉煤灰掺量增加，硫酸钠对粉煤灰混凝土的抗渗性是有利的。60、90d时掺硫酸钠的粉煤灰混凝土氯离子扩散系数比未掺硫酸钠相同粉煤灰掺量的高。表明硫酸钠对粉煤灰混凝土抗渗性在后期是不利的。
2.3氯离子结合性能随深度变化规律
图３为混凝土中结合氯离子含量随深度分布曲线．由图３可见，混凝土中结合氯离子含量随深度的增加呈先降低再升高的趋势．结合图１，２可见，结合氯离子含量最低处基本对应氯离子含量分布曲线的拐点部位（即外渗氯离子所达深度处）．在氯离子含量分布曲线上升段和下降段，结合氯离子源于内掺和外渗氯离子；在曲线的水平段，结合氯离子主要来自内掺氯离子．对于内掺氯离子，氯离子的结合在２８ｄ内基本完成，由此说明试件在接触外界氯离子前已基本完成对内掺氯离子的结合．研究表明混凝土对外渗氯离子的结合能力为其对内掺氯离子的２～３倍．由图１～３可见，混凝土中结合氯离子含量随外渗氯离子含量的降低而先降低再升高，当外渗氯离子含量较高时（深度约４～１０ｍｍ处），其渗入提高了混凝土中的结合氯离子含量，而当外渗氯离子含量较低时（深度约１０～１４ｍｍ处），其渗入却降低了结合氯离子含量，由此形成了结合氯离子含量的谷底．据此可以推断，当混凝土中存在内掺氯离子时或许存在一个外渗氯离子临界值，低于此临界值时，外渗氯离子会降低混凝土中结合氯离子含量，高于此临界值时，外渗氯离子会提高混凝土中结合氯离子含量，其机理有待进一步研究．
图3 混凝土中结合氯离子含量随深度分布曲线
结语
（1）混凝土外貌破坏形态随冻融循环次数的增加有逐渐加剧的趋势。在相同条件下，强度等级越高的混凝土，其冻融破坏程度越小。强度等级相同的条件下，掺适量硅灰和高效引气剂可有效改善混凝土抗冻融破坏的能力。（2）混凝土经冻融150次后，浓度为5%的融雪剂对盐冻破坏程度最大，浓度20%的融雪剂对盐冻破坏程度最小。（3）盐冻对混凝土抗压强度和抗折强度都有重要的影响，随盐冻循环次数增加，混凝土强度逐渐降低，相对动弹性模量亦快速减小。
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作者简介：贾春燕，女，1983.03，毕业于华北水利水电学院桥梁与隧道工程专业，讲师。黄河水利职业技术学院青年科研项目2017QNKY003-干湿交替和荷载作用下掺粉煤灰砼的耐久性研究
论文作者:贾春燕
论文发表刊物:《防护工程》2018年第35期
论文发表时间:2019/3/29
标签：混凝土论文; 氯离子论文; 粉煤灰论文; 含量论文; 硫酸钠论文; 深度论文; 耐久性论文; 《防护工程》2018年第35期论文;