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浅谈常用掺合料对混凝土氯离子电通量的影响

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来源:
2017/01/15 10:19
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       近年来,高性能钢筋混凝土大范围的使用于各种建筑工程,混凝土钢筋锈蚀成为影响混凝土耐久性能的一个重大问题,例如美国仅在桥梁维修方面所花的费用就高达700亿美元,其中20%是由于钢筋锈蚀造成的。在氯离子含量较高的环境中,氯离子通过扩散进入到混凝土内部,破坏钢筋表面的钝化膜,引发钢筋生锈和膨胀,进一步导致表面混凝土剥落、结构使用功能和力学性能的不断退化。钢筋混凝土结构使用功能和力学性能的退化通常分为氯离于扩散、钢筋锈蚀膨胀和混凝土保护层开裂三个阶段一旦混凝土保护层开裂,对结构的使用功能和力学性能均产生较大的影响,因此必须采用一定的措施对结构进行加固和维修以阻止使用功能和力学性能的进一步退化。为了最有效的措施延缓钢筋锈蚀,降低混凝土氯离子电通量成为高性能混凝土配合比设计时必须考虑的问题之一。 
  对于混凝土的耐久性来说,另一个重要方面就是要考虑氯离子渗透引起的混凝土及钢筋混凝土的破坏。氯离子是各种侵蚀介质中最具腐蚀性的一种离子。氯盐和水泥中的水化物反应,生成易溶解的盐,并和铝酸钙水化物反应,生成膨胀性很大的复盐(C3A・CaCl2・10H2O),使混凝土胀裂破坏;另外,寒冷条件下,掺入氯盐还会导致混凝土中存在高浓度的过冷水而造成“盐冻”破坏。因此,氯离子抗透性也是评价混凝土耐久性的重要指标 

    PER-6A型混凝土电通量测定仪是通过快速量测6小时流过混凝土的电量来快速间接评价混凝土密实性,只要用于高速铁路、海港工程的生产质量控制与工程验收,也是科研院混凝土耐久性实验室的必备仪器。本机可不用电脑,只通过主机的宽屏液晶显示整个实验过程,实验完成后自动打印电通量数据;也可以通过串口与电脑连接,用软件进行试验操作,简单便捷,直接输出试验报告,整机技术达到国内领先水平。

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  2、 常见掺合料对混凝土氯离子电通量的影响 
  2.1 配合比设计时降低混凝土氯离子电通量的方法 
  降低混凝土氯离子电通量措施主要包括以下两个方面:一是提高混凝土的致密性,降低氯离子在混凝土保护层中的渗透速度,延长氯离子到达钢筋表面并积累至一定浓度的时间;另一个是对混凝土进行改性,将部分氯离子消耗在混凝土保护层中。这两个技术措施须同时采用,单纯采用其中的一种措施虽然能够降低混凝土氯离子电通量,但其混凝土的耐久性仍增加不够大。 
  从提高混凝土密实性的角度来看,在混凝土中采用较多的胶凝材料和使用较低的水胶比是必须的。 
  从对混凝土进行改性的角度来看,在混凝土中掺加矿物掺合料是必须的。矿物掺合料对混凝土的改性机理可以分为以下四个方面:一是矿物掺合料能够和水泥水化产物氢氧化钙发生化学反应,从而减少混凝土中的薄弱环节氢氧化钙的数量;二是矿物掺合料的微集料效应和二次水化产物堵塞了混凝土中部分毛细孔,从而使混凝土孔隙率减少,密实度增加;三是由于混凝土中氢氧化钙减少,混凝土中毛细孔水溶液的碱度降低,使钙矾石和石膏结晶速度和数量大为减少,从而使混凝土的抗硫酸盐侵蚀能力增加;四是混凝土中掺加某些种类的矿物掺合料(如矿渣微粉等)能够和侵入的氯离子发生化学反应,将部分氯离子固定在混凝土保护层中,从而起到增强钢筋混凝土耐久性的作用。而当前使用比较多的掺合料技术包括:硅灰或者硅灰和粉煤灰(或矿渣微粉)复合使用、掺粉煤灰、大掺量矿渣微粉等。 
  2.2 掺入粉煤灰对混凝土电通量的影响 
  粉煤灰等掺合料的使用可以有效地抑制氯离子侵蚀,其机理目前已有大量研究。普遍观点认为,氯离子侵蚀过程与材料的孔结构有着十分密切的关系。从粉煤灰在混凝土中的效应来看,随着温度升高或龄期延长,粉煤灰水泥中的火山灰反应程度不断提高。一方面,反应产物C-S-H 凝胶和水化铝酸钙在毛细孔中形成,堵塞了孔道,使孔的连通性下降;另一方面,也在反应中消耗了Ca(OH)2,增强了界面薄弱区,减少相连通的孔道。可以认为这是粉煤灰水泥浆体抗氯离子侵蚀能力高的两个重要原因。 
  同样水灰比、砂率以及同样外加剂用量条件下,进行掺有粉煤灰和不掺的混凝土氯离子电通量试验。从表1试验数据中可以看出,掺有粉煤灰的一组混凝土28天和56天氯离子电通量明显低于没有掺粉煤灰的一组混凝土,其电通量甚至接近没有掺粉煤灰一组的二分之一,可见掺入粉煤灰对降低混凝土氯离子电通量有明显效果。 
  2.3 掺入矿渣粉对混凝土电通量的影响 
  矿渣微粉用作水泥的混合材或混凝土的掺合料均能改善或提高混凝土的综合性能,其作用表现在物理、化学两个方面。一是微集料效应,填充集料与胶凝材料之间空隙,提高混凝土密实性,降低氯离子电通量。二是对氯离子的物理吸附作用矿渣微粉对氯离子具有初始固化作用,提高混凝土抗氯离子渗透的性能。 
  同样水灰比、砂率以及同样外加剂用量条件下,进行掺有磨细矿渣粉和不掺任何掺合料的混凝土氯离子电通量试验。从表2试验数据中可以看出,掺有矿渣粉的一组混凝土28天和56天氯离子电通量也明显低于没有掺矿渣的一组混凝土,但没有粉煤灰效果还好。 
  2.4 掺入硅灰对混凝土电通量的影响 
  同样水灰比、砂率以及同样外加剂用量条件下,进行掺有硅灰和不掺的混凝土氯离子电通量试验。从表3试验数据中可以看出,掺有硅灰的一组混凝土28天和56天氯离子电通量还是明显低于没有掺硅灰的一组混凝土,而且效果远远比矿渣粉和粉煤灰都好。 
  2.5 组合掺合料对混凝土电通量的影响 
  同样水灰比、砂率以及同样外加剂用量条件下,进行同时掺有矿渣、粉煤灰的混凝土和不掺的混凝土氯离子电通量试验。从表4、表1、表2试验数据对比中可以看出,掺有组合掺合料的一组混凝土28天和56天氯离子电通量低于单独掺矿渣和单独掺粉煤灰的一组混凝土。 
  3、 结论 
  (1)相同条件下,掺掺合料混凝土比不掺掺合料混凝土氯离子电通量低的多;(2)相同条件下,降低氯离子电通量效果:硅灰>粉煤灰>矿渣粉;(3)硅灰对降低混凝土氯离子电通量效果最好,但是考虑经济效益,除非重点工程,一般采用矿渣和粉煤灰灰双掺法效果更佳。

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