氯离子扩散性能

氯离子扩散性能（精选7篇）

氯离子扩散性能 篇1

0前言

沿海及近海地区的混凝土结构,由于海洋环境对混凝土的腐蚀,导致钢筋锈蚀而使结构发生早期破坏,这已成为实际混凝土工程面临的重要问题[1]。尽管我国从20世纪80年代就开始了对混凝土结构的耐久性研究,但总的来说,涉及耐久性研究的内容系统性和试验方法的规范性仍有待完善,其中荷载作用下海工混凝土的耐久性研究显得尤为突出。事实上,由于泌水、收缩、温度梯度、冻融以及碱-骨料反应等原因,浇筑后的混凝土在使用前就已经存在微裂缝,而外部荷载和环境条件作用会使混凝土产生更多的微裂缝并使混凝土中的原始微裂缝扩展和相互连通。这些微裂缝可以形成潜在的传输通道,使侵蚀性介质更容易进入混凝土内部。

最早研究荷载与混凝土离子扩散性能之间关系的是法国的R.Francois和J.C.Maso[2],其采用两种钢筋混凝土梁,通过三点弯曲的方法对梁施加荷载,并通过喷洒盐雾来促进氯离子在混凝土中的渗透。研究发现,氯离子的渗透与所施加荷载引起的混凝土微裂缝发展有关;氯离子在受拉区的渗透显著大于受压区的渗透,氯离子主要沿着裂缝与钢筋交叉渗透,渗透区域为裂缝附近的狭窄区域。R.Francois[3]还通过试验研究了以不同胶结料制备的钢筋混凝土在不同荷载水平下的氯离子渗透性能。试验中利用两种荷载方式分别使混凝土产生纵向裂缝和横向裂缝,在盐雾和干燥交替环境下进行氯离子侵蚀,试验发现随着拉应力提高,通过裂缝进入混凝土的氯离子含量显著提高。

A.Konin和R.Francois[4]对受拉混凝土的氯离子渗透性做了进一步研究,将试件拉伸到产生裂缝,卸载后放入盐雾室内。12个月后的结果表明,混凝土受拉荷载对氯离子渗透有显著影响,扩散系数与荷载水平之间存在指数关系。

Olga Garces Rodriguez等人[5]通过人工方法使混凝土产生平滑和粗糙的两种平行裂缝,裂缝宽度控制在0.08~0.68mm。对混凝土试件进行40d的高浓度氯离子渗透试验,然后用能量散射X射线和扫描电镜技术对通过裂缝面进入混凝土内部的氯离子进行分析,结果发现,裂缝宽度和裂缝面粗糙程度对氯离子渗透没有影响。在裂缝面光滑情况下,通过断面的氯离子渗透与通过表面的渗透情况相同,由此产生的两个方向的同时渗透使氯离子渗透深度加大。文献[6]则用分析的方法对各向异性和各向同性的裂缝网络进行了理论上的评估。B.Gérard假设裂缝尺寸一致并沿一维或二维网格均匀分布,将理论分析结果与试验数据相比较。两个系列的结果都表明裂缝能明显改变材料的扩散性能。该文提出了一个基于裂缝密度和平均裂缝宽度预测裂缝对混凝土扩散性影响的简单方法。

邢峰[7]等利用自行设置的加载装置对长期荷载对混凝土氯离子渗透性的影响进行了研究。结果显示,氯离子渗透深度随荷载水平的提高而逐步加速增大,并且两者之间的关系可以用三次多项式来模拟。何世钦[8]等研究了持续弯曲荷载作用下氯离子在混凝土中的扩散渗透规律,结果分析说明在持续弯曲荷载作用下,混凝土截面产生拉应力,增多了混凝土中的微裂缝,加快了氯离子扩散速度,且随着时间的增加氯离子扩散系数减小、氯离子渗透深度处的含量增大。

由于在荷载作用下研究混凝土的渗透性难度大,试验过程不易操作,试验方法的不同也会影响数据结果,为了更好地指导工程实践,仍需要进一步的研究。为此,本文基于海洋环境暴露条件,研究了力学荷载作用下混凝土中的氯离子扩散性能。

1 试验方案

1.1 原材料及试块制备

试验中制备试块的原材料包括P·Ⅰ52.5级硅酸盐水泥、青岛某电厂产二级粉煤灰、青岛某公司产S95磨细矿粉、细度模数为3.1的河砂、最大粒径为20mm的碎石,为保证混凝土拌合料的流动性,拌合时添加了一种聚羧酸高效减水剂。混凝土试块的配合比如表1所示。

kg/m3

本试验的试块大小为100mm×100mm×400mm,按照GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》[9]的有关规定制作,试块在Ca(OH)2饱和溶液中养护至56d龄期。

1.2 试块加载及暴露环境

对养护56d的试块进行抗折强度的测定,然后以抗折强度的30%和60%作为应力水平值对试件施加不同水平的弯曲荷载。试验采用自行设计制作的持载复合腐蚀试验仪作为持载装置,见图1,使用千斤顶加载、弹簧持载。用松香石蜡封住试块成型时的上表面、下表面及两个端面。加载完毕后,分别放置在位于青岛小麦岛的海边大气区、潮汐区位置,以及浸泡于5%的Na Cl溶液中。试块暴露或浸泡达到预定时间后,按图2所示的受压区和受拉区,对试块逐层磨粉取样,根据JTJ 270-98《水运工程混凝土试验规程》[10]检测混凝土中水溶性氯离子含量,得出各种暴露环境下混凝土的氯离子含量分布。

2 试验结果分析

实际海洋暴露环境下未加载混凝土的氯离子含量分布如图3、图4所示,图中9m、12m表示暴露时间为9个月、12个月。从图中结果可以看出,位于大气区的混凝土氯离子含量明显低于潮汐区。另外,潮汐区的混凝土距离表面一定深度存在对流区,氯离子含量会在此聚集达到一个峰值。这主要是由于,相当一部分氯离子是由盐水向干燥混凝土内的毛细吸收带入,而且在吸收和蒸发下氯离子还有在混凝土中积聚的趋势。在混凝土表层区域内,水分含量受环境情况影响较大,而在混凝土内部较深的区域,水分含量则较为稳定或变化较慢。所以在混凝土内部,氯离子的传输才接近理论意义上的扩散,而表层区域的氯离子运动则与扩散模型偏差较大。相同的暴露环境和暴露时间下,双掺矿粉和粉煤灰的混凝土SC1中的氯离子含量及渗透深度都要小于未掺掺合料的混凝土SC3,说明掺加适量的粉煤灰和矿粉有利于提高混凝土的密实性和抗渗性能,从而对氯离子的传输有较大影响。

为了分析力学荷载对混凝土中氯离子传输的影响,图4给出了实际海洋潮汐区环境下暴露12个月的加载及非加载混凝土试块的氯离子含量分布曲线,图5和图6给出了浸泡时间为12个月、实

此外,本研究中,实验室暴露条件下得到的氯离子渗透性结果比实际海洋潮汐区暴露条件下得到的结果略大。

3 氯离子扩散系数

目前已经了解的氯离子侵入混凝土的方式主要包括:毛细管作用、渗透作用、扩散作用和电化学迁移。由于暴露条件的不同,氯离子侵入的机理也不相同,通常是几种方式组合作用的结果,另外还受到氯离子与混凝土材料之间的化学结合、物理粘结、吸附等作用的影响。而对应特定的条件,其中的一种侵蚀方式是主要的。比如在干湿循环条件下,虽然混凝土表面的氯离子可以通过毛细管快速进入混凝土,但毛细管吸收的深度不大[11],所以,当深度超过一定范围后,氯离子主要还是以扩散机理在混凝土中传输。

尽管氯离子在混凝土中的传输机理非常复杂,但在许多情况下,扩散被认为是一个最主要的传输方式之一。Fick定律是处理匀质体扩散的经典方程,多被用来分析氯离子在混凝土中的扩散,由Fick第二扩散定律建立的一维扩散方程为:

式中,t为时间,x为距混凝土表面的距离,D为氯离子扩散系数,C为距混凝土表面x处的氯离子浓度。当初始条件为t=0,x>0时,C=C0;边界条件为x=0,t>0时,C=Cs,方程(1)的数学解为:

式中,Cs为表面氯离子平衡浓度,C0为混凝土初始氯离子浓度,erf(z)为误差函数。

本文利用Fick第二扩散定律误差函数解法的模型曲线拟合试验得到的氯离子含量分布曲线,以相关系数R尽可能接近1作为拟合优度检验[12],得到氯离子的表观扩散系数Dap,混凝土拟合数据见表2。

从表2的计算结果可以看出,当荷载水平为30%时,荷载作用对氯离子传输的影响相对较小,在有的情况下,还出现了氯离子扩散系数随受压区应力水平先减小后增加的现象。这主要是由于,在压应力较小的阶段,荷载对混凝土微裂缝有一定的闭合效应,但随着应力水平进一步增加,混凝土表层及内部产生新的裂缝并发展,氯离子扩散性重新上升。而在荷载水平为60%时,荷载作用对混凝土中氯离子的扩散性影响显著。受拉区的氯离子扩散系数则随着荷载水平的增加而增加,而且受拉区的氯离子扩散系数都明显大于受压区。在配合比对混凝土氯离子扩散性影响方面,以实验室浸泡条件下的试验结果为例,当荷载水平为30%时,不管是受压区还是受拉区,未掺加矿物掺合料的SC3配合比试块的氯离子扩散系数及含量都要明显大于双掺矿粉和粉煤灰的SC1配合比,说明在相同的荷载水平下,氯离子在有一定矿物掺合料的混凝土中的传输性能明显小于未掺掺合料的混凝土。

从表2还可以看出,氯离子扩散系数随着时间有逐渐衰减的规律,比较符合Maage提出的氯离子扩散系数随时间的变化规律[13],见式(3):

式中,D0为t=t0时测得的扩散系数值,α是时间衰减系数,经计算,潮汐区SC1的α=0.57。

4 结论

(1)不同的暴露环境对氯离子在混凝土中的传输有很大的影响,在实际海洋环境中,潮汐区较大气区更为恶劣。

(2)在普通混凝土中掺加适量的粉煤灰和矿粉有利于提高混凝土的密实性和抗渗性能,氯离子含量及渗透深度在掺加一定矿物掺合料的混凝土中相对较小。试验结果中,氯离子扩散系数随着时间有逐渐衰减的趋势。

(3)对同一种混凝土,受压区的氯离子扩散系数存在随荷载水平先减小再增加的趋势,受拉区的氯离子扩散系数随荷载水平的增加而增加。当荷载水平为60%时,受拉区的氯离子扩散系数几乎是未加载时的2倍,因而荷载对混凝土中氯离子传输的影响十分显著。在利用氯离子扩散模型预测暴露海洋环境下混凝土结构的使用寿命时,需要考虑荷载因素的影响。

摘要：基于实际海洋环境暴露条件,研究了力学荷载作用下混凝土中的氯离子扩散性能。以Fick第二定律理论为基础,用误差函数对混凝土中随深度变化的氯离子含量分布进行了曲线拟合,从而得到氯离子表观扩散系数,并以此表征氯离子在混凝土中的传输性。分析了氯离子的扩散系数与原材料、配合比、暴露环境以及力学荷载间的关系。结果表明,力学荷载对海洋环境下混凝土中的氯离子传输性能有显著影响,在利用氯离子扩散模型预测暴露海洋环境下混凝土结构的使用寿命时,需要考虑荷载因素的影响。

关键词：海洋环境,混凝土,持续荷载,氯离子扩散性,Fick第二定律

氯离子扩散性能 篇2

关键词：活性粉末混凝土,聚丙烯纤维,钢纤维,氯离子扩散系数

0 前言

混凝土的氯离子扩散性能为评价混凝土耐久性的重要指标[1], 活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete, 简称RPC), 是20 世纪开发出的超高强度、高韧性、高耐久性、体积稳定性良好的新型材料,具有广阔的工程应用前景[2,3]。 近年来,国内学者对单掺钢纤维或聚丙烯纤维的RPC进行了较多的试验研究[4,5,6,7,8],这两种纤维都能不同程度地提高RPC的性能,但对于在混合掺入这两种纤维后还能否更进一步改善RPC各项性能方面的研究较少。 本文着重对混合掺入这两种纤维后,混凝土的抗氯离子扩散性进行分析和研究, 设计了16 组不同纤维掺量的RPC试件, 并对它们进行了抗氯离子扩散性试验,分析了两种纤维掺量对RPC抗氯离子扩散性能的影响以及混合掺入两种纤维能否有效的提高RPC抗氯离子扩散性能。 由于经过湿热养护的RPC各方面性能可得到改善[9,10],本文对16 组试件分别采用了三种养护方案,分析了不同养护条件对掺纤维活性粉末混凝土性能的影响。

1 试验概况

1.1 试验用原材料

水泥:42.5 级普通硅酸盐水泥,细度3400cm2/g,初凝时间160min,终凝时间220min,标准稠度用水量27%,烧失量0.5。

石英砂:粒径0.4~0.6mm,Si O2含量99.6%以上,颗粒形状为球形。

硅粉:平均粒径为0.1~0.2μm,比表面积>20m2/g, 45μm筛余量≤3%,需水量比<120%,28d活性指数<90%,密度200~600kg/m3,其主要化学成分见表1 所示。

%

硅微粉:白色粉末,平均粒径0.1~0.3μm,比表面积8000m2/kg,主要化学成分见表2。

%

石英粉: 平均粒径30μm, 粒径范围为15~60μm,颗粒多呈球形,Si O2含量不低于99%。

钢纤维:直径0.22mm,长度12~15mm,抗拉强度2300MPa以上。

聚丙烯纤维:束状单丝,长19mm,弹性模量>35GPa,导热性极低,燃点580℃,无吸水性,抗拉强度>440MPa,熔点171~173℃,抗酸碱性极好,直径22~44μm。

减水剂:淄博某公司产,棕褐色粉末,减水率≥25%,密度(1.09±0.02)g/m3,固含量(40±2)% ,p H值6~8,氯离子含量为0.04%,碱含量≤0.2%。

水:普通自来水。

1.2 活性粉末混凝土配合比

试验用活性粉末混凝土配合比见表3。

1.3 试件制作及养护

表3 活性粉末混凝土配合比

注:表中各组分含量均为质量分数。

注:表中的各纤维掺量为体积百分率。

首先按表3 配合比将称量后的材料放入强制式搅拌机中搅拌4min,再按表4 的纤维掺量将纤维加入搅拌机,继续搅拌6min,待搅拌完成后入模,将制作成尺寸为ø50mm×100mm的圆柱型试件,如图1。 试件制作成型24h后拆模,随后将试件分别采用在不同的养护条件进行养护,具体养护方案如下:

方案一:将拆模后的RPC试件放入标准养护箱中进行标准养护,养护时间28d。

方案二:将拆模后的RPC试件放入恒温箱中进行45°C水热养护,72h后再移到标准养护箱养护25d。

方案三:将拆模后的RPC试件放入恒温箱中进行75°C水热养护,72h后再移到标准养护箱养护25d。

1.4 氯离子渗透试验方法及原理

试验采用由清华大学路新瀛教授基于离子扩散和电迁移提出的试验方法[11,12],简称NEL法,这是一种测饱盐混凝土电导率的方法。 本试验将已养护完毕的活性粉末混凝土试件放入全自动真空饱水机中用4mol/L的Na Cl溶液真空饱盐, 使之成为线性元件,擦去饱盐试件表面盐水并置于试样夹具上的直径尺寸为50mm的两个紫铜电极之间, 利用NEL型氯离子快速测定仪在低电压下(1~10V)对饱盐活性粉末混凝土试件的电导率 σ 进行测定,如图2。 然后用Nernst-Einstein方程[13]确定混凝土中的氯离子扩散系数D。 NEL法的原理是把饱盐混凝土看成是固体电解质, 那么带电粒子i在混凝土中的D与偏导率 σ 有关,氯离子在混凝土中的扩散系数与混凝土饱盐电导率关系方程为:

式中,Di(cm2/s)和 σi(S/cm)分别是粒子i的扩散系数、偏导数;Ci是粒子浓度,取值0.004mol/cm3;Zi为电荷数或者价数,取-1;R是气体常数,为8.314J/(mol·K);F是Faraday常数, 为96500C/mol;T是绝对温度,取值301K。

式中,σ 为混凝土i的电导率;ti为粒子i的迁移数。

把式(2)带入式(1)可得到:

2 试验结果与分析

表5 为本文试验用16 组试件的抗压、 抗折强度对比表,图3、图4 和图5 为氯离子扩散系数试验结果。 由图可见,经过45℃湿热养护的RPC试件相比常温养护的RPC试件,其抗氯离子系数扩撒系数平均降低约5%;经过75℃湿热养护的RPC试件相比于常温养护的RPC试件,其抗氯离子扩撒系数平均降低达10%。

另外,从表5 可以看出,经过湿热养护的RPC试件的抗压和抗折强度都得到了提高,这说明湿热养护可提高掺纤维RPC试件的力学性能,并使试件的抗氯离子扩散性能得到提高。

图3 为单掺钢纤维的RPC试件与不掺纤维RPC试件的氯离子扩散系数对比。 由图3 可以看出, 钢纤维掺量从0~2%、3%、4%时,RPC试件的氯离子扩散系数逐渐增加,增幅为5%~12.5%。 这由于钢纤维和钢筋一样不耐氯盐腐蚀,钢纤维在RPC内部杂乱交织,使得RPC试件的孔隙率增加。 所以,掺入钢纤维降低了RPC试件的抗氯离子渗透性能。 但由于钢纤维在RPC试件内部为混乱分布,所以形成电池腐蚀的几率较低,同时,钢纤维能增加RPC试件的韧性,所以,在依照混凝土结构耐久性设计与指南(SSES—2004),掺入钢纤维的RPC试件的氯离子扩散系数依旧达到较低水平。 经过湿热养护的钢纤维RPC,其氯离子扩散系数随纤维掺量变化的增幅有所下降。

图4 为单掺聚丙烯纤维的RPC试件与不掺纤维RPC试件的氯离子扩散系数对比, 由图4 可见,试件的氯离子扩散系数达低水平,且掺入聚丙烯纤维试件的氯离子扩散系数均低于不掺纤维的RPC试件。 由图4 还可以看出,随着聚丙烯纤维掺量的增加,RPC试件的氯离子扩散性系数逐渐降低,其增量和聚丙烯纤维的掺量成反比,氯离子扩散性系数降幅平均为7%。 这主要是因为聚丙烯纤维降低了活性粉末混凝土的孔隙率, 使试件的密实性提高,难以被氯离子入侵,并且聚丙烯纤维不会被氯盐腐蚀。 所以,聚丙烯纤维能很好地改善RPC试件的抗氯离子扩散性能。 但从图4 中可看出, 掺入0.2%和0.3%聚丙烯纤维RPC试件的氯离子扩散系数基本持平,降幅不足1%,这说明聚丙烯纤维掺入量已趋于上限。

图5 为混合掺入钢纤维和聚丙烯纤维二种纤维的RPC试件和不掺纤维RPC试件的氯离子扩散系数对比。 由图可见,氯离子扩散系数均达低水平,且掺入2%钢纤维RPC试件的氯离子扩散系数均低于不掺纤维的RPC试件。 由图5 还可看出,随着钢纤维掺量的增加,氯离子扩散系数逐渐升高,但增幅不大;氯离子扩散系数随着聚丙烯纤维的掺量增加而降低。 与图3 中单掺钢纤维的RPC试件相比,混掺纤维RPC试件的氯离子扩散系数降低了5%~15%。 而从表5 中也可看出, 混掺两种纤维的RPC试件的力学性能有很大的提高。

3 结论

(1)湿热养护对掺加纤维RPC试件的各项性能有良好的影响,能够使PRC性能充分发挥,大幅改善钢纤维和聚丙烯纤维RPC的抗氯离子扩散性能,对比本文的三个养护方案,最佳为方案三。

(2)掺入钢纤维可使PRC的抗氯离子扩散性能下降,当钢纤维掺量为2%时,RPC的抗氯离子扩散性能最优;聚丙烯纤维使RPC的抗氯离子扩散性能得到很大改善, 但掺入0.2%和0.3%聚丙烯纤维RPC的抗氯离子扩散性能变化不大,从经济方面考虑,建议聚丙烯纤维的掺量为0.2%。

氯离子扩散性能 篇3

关键词：钢筋混凝土,锈蚀,持续荷载,湿度,温度,氯离子扩散模型

1 引言

桥梁设施的耐久性正被人们持续关注。导致混凝土桥梁结构耐久性性能下降的因素包括钢筋锈蚀、冻融破坏、有害介质侵蚀等,其中钢筋锈蚀是影响钢筋混凝土耐久性和使用寿命的重要因素之一。而氯离子侵蚀是沿海环境下引起钢筋锈蚀的首要因素。

我国东部沿海及南方地区处于亚热带海洋性气候,温度和湿度较高,氯盐腐蚀严重,对混凝土桥梁可靠度及寿命造成严重威胁。现有的氯离子扩散模型未能充分考虑其影响。

2 蚀钢筋混凝土氯离子的扩散模型

2.1 基准模型—Fick 扩散定律及发展

Fick扩散定律采用了如下的理想假定 :1)氯离子的扩散系数是一个常数,不随时间变化。2)氯离子扩散时不与混凝土结合。3)混凝土是半无限均匀介质。根据上述基本假定,Fick扩散定律可表示为:

式中:x为混凝土深度,t为时间,D为扩散系数,CX为x处空隙溶液中氯离子的浓度。Collepordi等引入边界条件:CX(t=0)=C0,CX(x=0)=CS,首先给出了在非稳定条件下Fick扩散定律的解析解:

文献[3]基于王元战模型,结合考虑了荷载影响因子f(δ)和氯离子结合能力R两种因素 ,提出了两种因素耦合的氯离子扩散的修正模型,

模型中参数值确定:王元战[4]等针对不同环境条件下氯离子扩散系数与载荷试验结果利用二次多项式进行拟合,得到的载荷影响因子公式,多伦多大学土木工程系的Thomas等通过实验得出不同混凝土材料下R的值。衰减系数m引用文献[6]和[7]的建议。

2.2 改进的氯离子扩散模型

当持续荷载发生时,温湿度对氯离子扩散的影响更加突出,然而这一重要因素却甚少被大家提及,被考虑进去,笔者结合持续荷载的影响,并做出以下讨论:

(1)温度的影响

混凝土桥梁内部温度随着周围环境温度变化,温度升高时,氯离子相对活跃,扩散能力增强,本研究采用公式:

式中:为混凝土养护28d后的温度,一般取293 K;U为整个扩散过程中激活的能量 ,Martin-perez的试验结果表明 , 对于普通 混凝土 , 水灰比为0.4时 ,U取41.8±4.0 k J/mol; 水灰比为0.5时 ,U取44.6±1.3k J/mol;水灰比为0.6时 ,U取32.0±2.1 k J/mol。R为气体常数,R=8.314 J/(mol.K)。

(2)湿度的影响

混凝土中水分的存在是氯离子发生扩散的必要条件,混凝土中湿度的增加能提高氯离子的扩散速率.因此,在分析氯离子的扩散系数时,必须考虑环境湿度的影响。本研究采用如下公式进行计算:

式中:hc为临界相对湿度,一般取75%;大气区,取75%;潮差区,95%;浪溅区,取90%。

综上所述,氯离子扩散系数的改进模型为:

式中各参数同上。

3 计算实例

针对已有的以小尺度的试块实验未能反映实际混凝土结构在荷载与氯盐耦合作用效应,金伟良自行设计了持续荷载作用下的加速锈蚀实验,并对实验后混凝土梁的力学性能进行研究。本文采用其实验数据并结合上述方法进行研究。

3.1 试验步骤

采用“电渗 - 恒电流 - 干湿循环”方法对钢筋混凝土梁进行持续荷载作用下的加速锈蚀。为使试验更加符合实际情况, 持续荷载试验和干湿交替循环试验同时进行。事先通过静载试 验测得参考 梁的极限 承载力F(135 k N),然后分别以0.2 Fu和0.5 Fu进行持续荷载试验(试验梁编号分别为Rc-0.2、Rc-0.5),并以未进行荷载施加试验梁(Rc-0)进行参考。

3.2 试验结果

采用RCT—快速氯离子检测方法对试验梁保护层范内内(30 mm)的氯离子质量分数进行测定。结果如图1所示。

从图1中可以清楚地看到: 在保护层厚度范围内随着持续荷载等级的增加, 氯离子的质量分数明显变大;在一定深度范围内,氯离子质量分数均呈下降趋势达到一定深度(>20 mm)后,施加持续荷载的试验梁的氯离子质量分数均出现增加,而参考梁Rc-0持续降低模型参数值如表1。

试验梁Rc-0.2与Rc-0.5的预测值和实测值如图2、3。

从图3中可以看到,考虑温湿度的改进氯离子扩散模型的预测值与试验值更接近,这是因为室内试验环境下,环境相对稳定,利于改进氯离子扩散模型的预测。

4 结束语

沿海地区的钢筋混凝土桥梁更易受到氯离子侵蚀,造成结构性劣化甚至损坏。在现有学者研究基础上,综合考虑了氯离子结合能力、荷载影响系数、温度及湿度的影响,提出了改进的氯离子扩散模型。该模型相较于传统仅考虑单一因素影响的氯离子扩散模型,能更加合理、更加准确,为钢筋混凝土桥梁的寿命预测提供理论依据。两个实例验证了改进的氯离子扩散模型的合理性,并较之原有模型更加贴近实际。

氯离子扩散性能 篇4

我国海域辽阔, 大规模的基础建设集中在沿海地区, 海洋腐蚀环境按严重程度可分为水下区、潮汐区、浪溅区和大气区[1], 钢筋混凝土结构在不同区域因使用环境劣化而危害到其耐久性, 其中氯盐侵蚀导致的钢筋锈蚀和混凝土开裂是公认影响结构耐久性的首要因素[2]。同时, 混凝土的早期开裂和承载作用下产生的裂缝也会加速氯离子侵蚀。国内外学者针对混凝土材料脆性和应变软化的特性, 采用纤维来改善混凝土性能。王可良[3]对掺加聚丙烯纤维的C25混凝土进行早期塑性收缩性能研究, 发现聚丙烯纤维体积含量是影响混凝土和砂浆的裂缝主要影响因素。杨华美[4]对掺入聚丙烯纤维水下混凝土的力学性能及断裂性能进行研究, 发现聚丙烯纤维对混凝土的极限拉伸值提高了10%。Okan等[5]对掺量为0、0.05%、0.1%、0.2%的聚丙烯纤维进行试验研究, 发现聚丙烯纤维可有效减小混凝土的干缩裂缝。

相较于大量对聚丙烯纤维混凝土的早期收缩性能和力学性能的研究, 对于氯离子在聚丙烯纤维混凝土中的扩散性能研究较少。本文将开展聚丙烯纤维混凝土在模拟海洋水下区和海洋潮汐区的侵蚀试验, 为滨海环境的聚丙烯纤维混凝土耐久性研究与设计提供试验参考。

1 试验

1.1 原材料及混凝土配合比

水泥:陕西秦岭P.O42.5R级普通硅酸盐水泥。粉煤灰:渭河电厂Ⅱ级粉煤灰。粗骨料:陕西泾阳碎石, 粒径5-16mm。细骨料:西安灞河河砂, 中砂, 细度模数为2.6。外加剂:西安红旗外加剂厂GJ-1高效减水剂。水:普通自来水。纤维:聚丙烯纤维。试验采用四种纤维掺量来研究聚丙烯纤维混凝土的耐久性, 配合比见表1。

1.2 试件制作及试验方法

按照设计配合比制作试件, 试件尺寸为100mm×100mm×100mm。采用长期浸泡的方式模拟海洋水下区环境, 将试件浸泡在3.5%的Na Cl溶液中, 浸泡时间分别为30、60、90天;采用干湿交替方式模拟海洋潮汐区环境, 以3天为一个循环周期, 浸泡1天, 在干燥通风条件下放置2天, 试验时间同长期浸泡。浸泡到预定时间后, 按照《水运工程混凝土试验规程》 (JTJ270-98) [6]中的方法测试每个试样中自由氯离子含量。

2 试验结果及分析

2.1 纤维混凝土中氯离子分布规律

图1列出纤维掺量为0.1%的试件不同浸泡时间的氯离子含量分布图, 分布曲线有相似的趋势, 随着浸泡时间的增长, 试件中的氯离子含量逐渐增大, 但增大幅度有所减少。曲线中的拐点从浸泡30天时的7.5mm后移到试验结束时的9.5mm, 拐点之后的氯离子浓度曲线呈现逐步接近趋势。曲线拐点之前为浸泡初期的毛细吸附影响区域, 曲线拐点之后为以扩散为主要作用下的氯离子迁移, 试件内部水化程度随着浸泡时间增加而不断提高, 内部更加致密, 扩散作用减缓。

图2列出纤维掺量为0.1%的试件不同干湿交替次数的氯离子含量分布图。曲线先上升再下降, 最后趋于平缓, 在距离试件表面一定深度处存在峰值。干湿交替30次时峰值点含量为干湿交替10次时的1.25倍, 且峰值点出现的深度由1.5mm延伸至2.5mm。对流作用引起水分传输的滞后性, 氯离子在混凝土表层一定深度处产生富集区, 氯离子含量沿渗透深度出现峰值点, 峰值点以外认为是毛细吸附与对流的影响区, 峰值点以内为毛细吸附、对流和扩散的共同影响区, 其中以扩散为主要传输方式。

2.2 氯离子分布影响因素分析

图3以C2组试件为例列出海洋环境对氯离子浓度分布的影响。相同的测试时间, 干湿交替状态下氯离子峰值点浓度要大于长期浸泡状态, 峰值点浓度为长期浸泡时的1.07倍, 为相同深度处的1.33倍。干湿交替状态下, 氯离子以毛细吸附、对流与扩散三种方式在试件内部迁移, 相较于试件中的氯离子在长期浸泡状态下只发生一次毛细吸附至饱和后以扩散的方式向内部迁移, 干湿交替状态下情况有所不同, 试件内部的水分在外界湿度与内部湿度差的作用下发生蒸发与吸入, 内部的氯离子跟随水分迁移, 形成距试件表面一定深度处的富集区。

图4为干湿交替30次后各组试件中氯离子含量变化趋势图。由图可见, 干湿交替30次后, C1组和C2组试件的氯离子含量在渗透深度为2.5mm处达到峰值, C3组和C4组试件对应峰值点的深度为3.5mm, C2组试件的峰值点自由氯离子含量为C1组试件的92%, C4组试件在相同位置处的氯离子含量为C1组试件的1.035倍。纤维掺量的变化影响试件内部的氯离子含量分布, 其中掺量为0.1%的试件氯离子含量最低。混凝土内部的孔结构和孔隙率被掺入的纤维改变, 适量纤维的掺入可有效改善孔隙结构, 提高混凝土内部的密实度, 而大掺量纤维降低试件的密实度, 增加了混凝土内部的界面, 提高了进入试件的氯离子的总量, 同时也加速了氯离子的扩散。

3 结论

(1) 海洋水下区氯离子在纤维混凝土的毛细吸附影响深度大致为8-10mm, 海洋潮汐区氯离子在距试件表层3mm附近富集。

(2) 纤维掺入改变了混凝土内部的孔结构, 掺量为0.1%的纤维混凝土试件内部结构致密, 其中氯离子含量最低。

(3) 氯盐晶体附着在纤维和水泥基体上, 干湿交替状态氯盐晶体的沉积量要明显多于长期浸泡状态。

摘要：对聚丙烯纤维混凝土在氯盐溶液进行长期浸泡和干湿交替试验, 研究了海洋环境和纤维掺量对混凝土中氯离子分布的影响。结果表明, 纤维掺量改变试件的抗氯离子侵蚀能力;与长期浸泡相比, 干湿交替使试件距表层3mm处产生富集区, 加速了氯离子的扩散。

关键词：海洋环境,聚丙烯纤维混凝土,长期浸泡,干湿交替,氯离子

参考文献

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氯离子扩散性能 篇5

因此,研究荷载作用下氯离子侵蚀机理及其模型,揭示混凝土结构损伤后的氯离子传输性能,不仅具有理论指导意义,而且对混凝土结构抗氯离子侵蚀耐久性设计、正确预测混凝土结构抗氯离子侵蚀耐久性寿命等具有重要应用价值。

1试验

1.1原材料

水泥:沈阳冀东水泥厂生产的42.5级水泥,粉煤灰采用沈阳市昊木建筑材料厂生产的I级粉煤灰,矿粉采用S95级矿粉,细集料:采用河沙,中砂,细度模数为2.7,粗集料为:5-16mm碎石。硅灰采用鞍山意通生产的微硅灰,外加剂采用:羧酸高效减水剂,减水率35%。试验采用水胶比为0.4,配合比见表1所示。其中编号A为饱和盐溶液作用,编号B为饱和盐溶液与荷载共同作用。

试件的养护与加载方式见图1所示。

1.2试件制作

混凝土试件的尺寸为400×240×60mm3为实现单边浸泡侵蚀,在混凝土试件的五个面上(保留一侧400×240mm2不涂抹环氧树脂和环氧树脂固化剂的混合物)涂抹环氧树脂和环氧树脂固化剂的混合物。

1.3试验过程

混凝土试件浸泡于纯水、饱和盐溶液、饱和盐溶液和荷载共同作用三种不同的环境中至测试龄期,将混凝土试件放置于真空保水机进行混凝土试件饱水饱盐[4]。依据《公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范》(JTG/TB07-01-2006),采用RCM法测定混凝土不同龄期的氯离子扩散系数,试验设备为RCM型氯离子扩散系数测定仪,试件尺寸为100 mm×50 mm,三个试块为一组。

2试验结果与讨论

测试获得了不同龄期下的氯离子扩散系数,见表2和图2所示。

实验结果表明:随着龄期的增长,浸泡于饱和盐溶液中的混凝土试件的氯离子扩散系数趋近于浸泡于饱和盐溶液与荷载共同作用环境的混凝土试件的氯离子扩散系数。随着水化反应的持续进行,荷载对混凝土试件的氯离子扩散系数的影响明显小于饱和盐溶液中的氯离子浓度和微观孔隙结构的变化对混凝土试件的氯离子扩散系数的影响,故而荷载的影响可以忽略。

对图2数据进行回归分析得到:

其中,a,b的取值见表3。

3理论模型的建立

基于Fick第二定律的基础上[5],将上面的公式(3)带入得到修改的模型,

式中,Cs表示距离浸泡表面x位置在t时刻的氯离子浓度,mol/m3;C0表示t=0时刻混凝

土材料内部初始氯离子浓度,mol/m3;Cs表示浸泡溶液中的氯离子浓度,mol/m3;D表示氯离子扩散系数,m2/s;t表示浸泡时间,s;x表示到达浸泡表面的距离,m;erfc为误差函数。

4数模有限元分析

根据有限元软件进行数值分析,得到在饱和盐溶液及饱和盐溶液与荷载共同作用下的氯离子在混凝土中的扩散过程。如图3所示。

数值模拟得出的氯离子渗透深度与试验中测定的氯离子深度比较接近;浸泡于饱和盐溶液与荷载共同作用下的混凝土试件的氯离子渗透深度略大于浸泡于饱和盐溶液中的混凝土试件的氯离子渗透深度;在混凝土试件同一深度的横截面上,浸泡于饱和盐溶液与荷载共同作用的混凝土试件的氯离子浓度值大于浸泡于饱和盐溶液中的混凝土试件的氯离子浓度值。

5结论

5.1混凝土中氯离子的扩散系数随着龄期的增加而降低。

5.2在混凝土试件同一深度的横截面上,浸泡于饱和盐溶液与荷载共同作用的混凝土试件的氯离子浓度值大于浸泡于饱和盐溶液中的混凝土试件的氯离子浓度值。

5.3荷载作用下的氯离子扩散系数比无荷载作用下的氯离子扩散系数稍大一些,扩散深度更深一些。

摘要：为考察荷载作用下氯离子的扩散性能,采用RCM法测定了不在条件下氯离子扩散系数,分析了荷载和未加荷载作用下的氯离子经时变化规律,运用Fick第二定律建立了数值模拟的模型,运用有限元进行了模拟分析,结果表明:荷载作用下的氯离子扩散系数比无荷载作用下的氯离子扩散系数稍大一些,扩散深度更深一些。

关键词：荷载,氯离子,扩散系数,混凝土

参考文献

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[4]金伟良,延永东,王海龙.氯离子在受荷混凝土内的传输研究进展[J].硅酸盐学报,2010,38(11):2217-2224.

氯离子扩散性能 篇6

海洋环境中钢筋混凝土的破坏主要是钢筋受到离子侵蚀破坏钝化膜而锈蚀, 其中最主要的侵蚀离子是氯离子, 而混凝土保护层作为阻止离子侵蚀的第一道防线, 其作用至关重要, 如何提高混凝土的抗氯离子侵蚀能力成为研究要点。

目前, 国内外学者对此方面进行了许多研究。周胜兵等人考虑时间因素, 得出混凝土中氯离子的扩散系数随着养护时间的延长而降低[1]。Tang等人通过大量试验, 研究得出不同类型混凝土的氯离子扩散系数与养护时间之间为指数函数关系[2]。姚昌建等人对工程现场混凝土内部氯离子的浓度进行了取样检测, 总结出混凝土内部氯离子扩散系数随深度的增加而增大[3]。但是大多数人只是研究长期侵蚀的混凝土, 对于早龄期混凝土的研究还是不足。

我国规范[4]规定的钢筋混凝土性能是以标准养护28 d龄期所测定数据为准, 但是在海工混凝土的施工过程中, 多数采取现场浇筑, 部分桥梁工程中, 甚至水下浇筑, 钢筋混凝土在刚成型后就受到周围环境的侵蚀, 根本满足不了试验所要求的养护条件, 当然也就达不到规范规定的性能要求。本文结合工程实践的需要, 模拟海洋中水下区、浪溅区环境的作用, 分别设置水中浸泡的标准养护、海水中浸泡标准养护、水中干湿循环养护和海水中干湿循环养护4种养护条件。通过测量混凝土在3 d之前, 7 d, 14 d, 21 d及28 d的氯离子渗透系数, 研究早龄期混凝土在不同养护条件下的氯离子渗透性能。

1 试验原材料及配合比

1.1 试验原材料

水泥:生华牌P.C32.5级水泥;细集料:福建产河沙, 连续级配, 各项指标符合标准的规定;粗集料:温州地区碎石5 mm~20 mm连续级配;水:自来水。

1.2 试验配合比

混凝土试样的水胶比分别为0.45, 0.40, 0.35, 试件分别在3 d之前, 7 d, 14 d, 21 d, 28 d的时间进行试验, 同一批试验的试件个数不少于3个。

具体的配合比如表1所示。

2 试验方案

2.1 模拟环境条件

溶液浓度:根据浙江地区的环境监测资料, 本实验将氯离子浓度扩大为5%;试验温度:夏季平均温度为26℃, 试验保持恒温26℃;试验湿度:浙江属沿海地区, 湿度大, 试验取85%的相对湿度。根据统计数据显示, 浙江沿海范围内夏季的月平均干湿比例为6.15∶1, 本试验取1 d为一个循环周期, 试件浸泡4 h后取出在26℃的恒温箱中干燥20 h。

2.2 试验步骤

本试验根据ASTM C1202的规定进行。混凝土试件的尺寸为φ100 mm×50 mm, 每个试验组制作3个试件, 试验数据取平均值。试件浇筑24 h后拆模, 侧面涂刷两道环氧树脂, 保留圆截面作为渗透面, 放入不同养护条件中养护至指定龄期。试验前将试件进行真空饱水, 饱水后将试件固定在试验槽内, 采用螺杆将两端试验盒子夹紧, 在阳极盒中注入0.3 mol/L的Na OH, 阴极盒中注入3%的Na Cl。试验过程中保持施加60 V的直流恒压电, 记录6 h内的电流值。

3 试验结论与讨论

3.1 混凝土的导电量

用上述方法测定不同水胶比、不同养护条件及不同养护龄期的混凝土氯离子导电量。试验结果见表2。

如表2所示, 各配合比混凝土试件的导电量随养护时间增加而降低, 1 d~7 d内下降速率较大, 7 d之后衰减速度减缓。特别是1 d~3 d龄期, 其导电量是28 d龄期的250%~550%, 原因是在混凝土养护初期, 水泥的水化作用还没有充分完成, 孔隙率较大, 氯离子容易渗入混凝土中;随着养护龄期的增长, 水化作用充分, 密实度提高, 混凝土的抗氯离子侵蚀能力得到加强。

3.2 混凝土的渗透系数

清华大学冯乃谦等人[6]得出导电量和氯离子扩散系数的关系:

其中, D为氯离子扩散系数, ×10-9cm2/s;Q为6 h总导电量, C。

根据表2的数据计算出氯离子的扩散系数, 以此判断氯离子的渗透性能。在相同水胶比, 不同养护条件下, 混凝土的氯离子扩散系数如图1所示。

C

干湿养护条件下对氯离子扩散系数有着明显的影响, 特别是在5%Na Cl溶液中干湿养护的混凝土试件, 其每个时段的扩散系数都比标准养护的试件要高出许多。例如水胶比为0.40时, 在5%Na Cl溶液中干湿养护的混凝土试件28 d扩散系数是水中干湿养护的142%, 是5%Na Cl溶液中标准养护的140%。其原因在于, Na Cl溶液进入混凝土表层, 在烘干情况下, 水分蒸发, 混凝土表层孔隙溶液中盐分增高, 再次浸泡时, 混凝土表层与内部将形成氯离子浓度差, 这将驱使氯离子向混凝土内部扩散。但是, 在水中干湿养护的试件对比水中标准养护的试件, 其28 d氯离子的扩散系数并没有显著的区别, 只是在早龄期有一定的差距, 说明干湿循环作用下并没有影响水中养护混凝土的抗氯离子渗透性能。

4 结语

1) 混凝土的氯离子扩散系数随养护时间的增长而减小, 但减小的幅度随时间延长在后期趋缓。

2) 在水中养护时, 干湿循环作用对混凝土抗氯离子侵蚀能力的影响很小, 与标准养护相差不大;但在含有氯离子的溶液中养护时, 由于干湿循环作用, 加速了氯离子对混凝土的侵蚀, 使氯离子扩散系数显著增大, 明显降低了混凝土的抗氯离子侵蚀能力。

3) 降低水胶比可显著降低混凝土的氯离子扩散系数, 提高抗氯离子侵蚀能力。

摘要：通过开展干湿循环条件下混凝土受氯离子侵蚀的试验, 对比了标准养护的试件, 分析了氯离子的扩散系数, 并研究了混凝土的早期抗氯离子侵蚀能力, 试验结果表明, 干湿循环条件下, 混凝土氯离子扩散系数明显升高, 抗氯离子侵蚀能力大大降低, 特别是在早龄期, 差异较大。

关键词：干湿养护,早龄期混凝土,氯离子,扩散系数

参考文献

[1]周胜兵, 周剑, 张俊芝, 等.混凝土氯离子扩散性能与时间关系的试验研究[J].混凝土, 2011 (4) :46-47.

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混凝土中氯离子的迁移性能研究 篇7

1 研究目的与意义

21世纪,随着中国的经济迅速发展,大量的钢筋混凝土结构建筑物已经投入建设并生产,钢筋混凝土结构结合了钢筋与混凝土的优点,造价较低,是土木工程结构设计中的首选形式,其应用范围非常广泛。同时由于混凝土结构的耐久性问题越来越严重,不仅关系到混凝土结构维护与再建成本的控制,而且与环境保护和社会的可持续发展息息相关。氯离子侵蚀造成的混凝土结构的耐久性问题则是关注的重点,而其核心问题就是氯离子在混凝土中的输运。

混凝土结构耐久性,即是指混凝土结构在自然环境、使用环境及材料内部因素的作用下,在设计要求的目标使用期内,不需要花费大量资金加固处理而保持其安全、使用功能和外观要求的能力。混凝土结构耐久性是基于材料耐久性的进一步深化。混凝土结构在自然环境和使用条件下,随着时间的推移,材料逐渐老化和结构性能劣化,出现损伤甚至损坏,是一个不可逆的过程。它不是直接由力学因素引起的,首先是混凝土结构的物理化学作用的结果,继而影响到建筑物的使用功能和结构的承载力下降,最终会影响整个结构的安全。混凝土结构受到含有氯离子介质的侵蚀,而导致钢筋锈蚀,严重的锈蚀会使混凝土开裂,不仅影响使用功能和外观,甚至使钢筋截面削弱,结构构件承载力下降,对结构安全性造成威胁。

钢筋锈蚀是引起混凝土结构耐久性退化的最主要和最直接的因素,由此造成的直接和间接损失已远远超出人们的预料,给国家增加了很大的经济负担。根据专家的研究,混凝土中致使钢筋锈蚀有两种因素:1)海水中氯离子侵蚀;2)大气中的CO2使混凝土中性化。其中锈蚀破坏的主要因素是氯离子进入混凝土中,并在钢筋表面集聚,当钢筋表面的氯离子浓度超过一定的限值,钢筋钝化膜就会发生破坏,钢筋开始锈蚀。

国内外由于氯盐而引起的腐蚀破坏的工程实例很多,例如华南某港油气码头,天津中环路上的桥梁仅使用了不到十五六年后,已有一些需要大修和更换。我国第一座大型城市立交桥——北京西直门立交桥,也只使用了不到19年就到了非拆不可的地步。即使像北京人民大会堂、北京展览馆这样显赫的建筑物,也因当初冬季施工时掺入氯盐防冻剂而引起钢筋腐蚀,不得不翻修加固。上面这些建筑物基本上都是由于氯盐而引起的腐蚀破坏,有些甚至到了不能再使用的地步。

2 研究现状

国内外许多学者致力于氯离子在混凝土内扩散的研究,提出了许多计算模型与公式。对于现有的没有开裂且水灰比不太低的结构,大量的检测结果表明氯离子的浓度可以认为是一个线性的扩散过程,这个扩散过程一般引用Fick第二定律。Fick第二定律可以很方便地将氯离子的扩散浓度、扩散系数与扩散时间联系起来,可以直观地体现结构的耐久性。由于Fick第二定律的简洁性及与实测结果之间较好的吻合性,已经成为预测氯离子在混凝土中扩散的经典方法。选择Fick第二扩散定律是基于一种经验的假定,由于它的模型能很好地拟合混凝土结构的实测结果,所以如今混凝土结构耐久性的评估方程很多都是以Fick第二扩散定律为基础的。

3 混凝土中氯离子对钢筋的锈蚀过程和作用机理

3.1 氯离子进入混凝土中的途径

氯离子进入混凝土中通常有两个途径:其一是“混入”,如掺用含氯盐外加剂、使用海砂、施工用水中含氯盐、在含盐环境中拌制、浇筑混凝土等;其二是“渗入”,是环境中的氯盐通过混凝土的宏观、微观缺陷,渗入到混凝土中并到达钢筋表面。“混入”大都是施工管理的问题,看似好解决,但仍时有发生;而“渗入”则是综合技术问题,与混凝土多孔性本质、密实性、工程质量、钢筋表面混凝土层厚度等多种因素有关。

3.2 混凝土中氯离子对钢筋锈蚀作用机理

由于氯离子的穿透能力非常强,当混凝土中钢筋周围混凝土孔隙液中氯离子达到一定浓度时,氯离子容易渗入钝化膜与铁离子结合,由于电化学反应,生成铁锈,使阳极(铁)产生蚀坑,并且在此过程中氯离子不减少。具体的锈蚀形式有以下几种。

3.2.1 破坏钝化膜

钢筋表面的钝化膜遭到破坏,钢筋处于活化状态。混凝土中的孔隙液主要成分是Ca(OH)2饱和溶液,碱度很高,pH值通常在12.5左右,由于混凝土中还含有少量Na2O,K2O等盐分,实际pH值可超过13。在这样高碱性的环境中,钢筋表面氧化形成一层水化氧化膜(γ-Fe2O3·nH2O)。这层致密的氧化膜牢固地吸附在钢筋表面,使钢筋处于钝化状态,即使在有水分和氧气的条件下钢筋也不容易发生腐蚀,故称为“钝化膜”,水泥水化的高碱性使混凝土内钢筋表面产生一种致密的钝化膜。该钝化膜只有在高碱度环境中才是稳定的,当pH<11.5时,就开始不稳定,当pH<9.88时,该钝化膜生成困难或已经生成的钝化膜逐渐破坏。氯离子是极强的去钝化剂,可使钢筋表面pH值降低到4以下,从而破坏钢筋表面的钝化膜。

3.2.2 形成腐蚀电流

氯离子对钢筋表面局部钝化膜的破坏,使这些部位裸露出铁体本身,与尚完好的钝化膜区域形成单位差;铁体作为阳极,大面积钝化膜区域作为阴极,致使钢筋表面产生坑蚀,由于大阴极对应于小阳极,坑蚀发展速度非常快。

3.2.3 去极化作用

氯离子不仅促成了钢筋表面的腐蚀电流,而且加速了电池的作用。由于电化学作用,氯离子将阳极产物及时地搬走,使阳极腐蚀过程顺利进行甚至加速进行。在这个过程中,氯离子并没有被消耗,而是周而复始地起到破坏作用。

3.2.4 导电作用

腐蚀电流的要素之一是要有离子通路。混凝土中氯离子的存在强化了离子通路,降低了阴阳极之间的欧姆电阻,提高了腐蚀电流的效率,从而加速了电化学腐蚀过程。氯离子还提高了混凝土的吸湿性,同时也能减小阴阳极之间的欧姆电阻。

4 实验设计及数据分析

4.1 实验设计

4.1.1 实验原料

1)水泥:上海水泥厂生产的P.S42.5级普通硅酸盐水泥;2)砂:中砂,级配良好;3)粗骨料:粒径5 mm～20 mm的连续级配碎石;4)水:上海市饮用水;5)氯盐:江西盐矿有限公司生产的工业盐。

4.1.2 实验仪器

实验仪器:实验混凝土搅拌器,振捣仪,烘箱。

4.1.3 实验步骤

1)制样。试件为100 mm×100 mm×100 mm立方体试块,成型后放置1 d后拆模,分别放在氯离子浓度1%,3%,5%,7%的溶液中。然后将放置在同一箱中的试块分别进行干湿循环与全浸泡两种条件试验。2)封闭。将龄期为28 d的试件取出,待试件晾干后,选择其中的一面为工作面,其四周侧面刷一道防锈漆,等到固化后,将试件在清水中浸泡1 d,取出试件并擦干。3)试验制作。将封闭好的试件分为干湿循环和全浸泡两种试验条件,使试件工作面朝上放入试验水槽,按试验方案分别注入4%,8%,10%的NaCl溶液,将水槽置于室温环境中。对于干湿循环的试件浸泡8 h后,将试件取出,放置在外面,8 h之后再放入实验水槽中;全浸泡试件则始终浸泡在水槽中。

4.2 数据处理及分析

在实验的过程中,通过实验数据可以看出环境氯离子浓度、试块在氯盐中的浸泡时间、干湿浸泡交替等都会对实验结果产生影响。

5 结语

通过实验数据可以看出:

1)环境氯离子浓度对混凝土中氯离子浓度的影响(见图1,图2),由浓度分别是1%,3%,5%,7%,从中可以看出混凝土中氯离子浓度随着浸泡试块溶液浓度的增加而逐渐增大,可以清楚看出这一规律。2)试块在氯盐中的浸泡时间,对比图1与图3,图2与图4,可以清楚的看出,浸泡时间的长短对混凝土中的氯离子浓度是有影响的。3)干湿浸泡交替等都会对实验结果产生影响。对比图1与图2,图3与图4可以看出,干湿交替和全浸泡对混凝土中的氯离子浓度的影响是很明显的。

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