海工高性能混凝土抗氯離子滲透性能研究
研究背景
鋼筋腐蝕引起的混凝土結(jié)構(gòu)破壞已成為影響混凝土耐久性的首要原因
海工混凝土 :氯離子侵入是引起鋼筋腐蝕,混凝土結(jié)構(gòu)壽命縮短的主要因素
研究混凝土的抗氯離子滲透性能,是提高混凝土對(duì)鋼筋保護(hù)能力,改善鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的重要研究方向
采用高性能混凝土是提高海工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性措施的發(fā)展趨勢(shì)和必要手段
高性能混凝土配合比的特征在于,除了水泥、水、砂、石這些傳統(tǒng)組分外,化學(xué)外加劑和礦物摻合料也作為必需組分,而且混凝土應(yīng)具備盡可能低的水膠比,適當(dāng)?shù)偷乃嘤昧亢捅M可能高的礦物摻合料用量。
砂漿性能試驗(yàn)
考察以下因素對(duì)砂漿性能的影響 :
不同水泥品種(硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣水泥)及不同水泥強(qiáng)度等級(jí)(42.5、32.5)
不同品質(zhì)的硅粉(昆明硅粉、丹江口硅粉)
不同等級(jí)的粉煤灰(安徽淮南Ⅰ級(jí)灰、福建漳平Ⅱ級(jí)灰)
不同細(xì)度磨細(xì)礦渣(6000cm²/g和8000cm²/g)
不同的外加劑品種
不同礦物摻合料的摻量
重點(diǎn):抗氯離子滲透性能
砂漿配合比(不同原材料品質(zhì))
不同原材料品質(zhì)對(duì)高性能砂漿性能的影響
注:粉煤灰為內(nèi)摻,硅粉、礦渣的摻量均為水泥與粉煤灰重量之和的百分?jǐn)?shù)。
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原材料因素改變導(dǎo)致砂漿性能變化并不明顯 。
摻合料復(fù)摻抗氯離子滲透性能比單摻外加劑組高4~7倍,證明礦物摻合料是使混凝土具有優(yōu)良抗氯離子滲透性能的主要因素。
不同外加劑品種對(duì)高性能砂漿性能的影響
注:電導(dǎo)值越大,氯離子滲透速度越快,混凝土抵抗氯離子滲透性能越差。
綜合考慮減水、增強(qiáng)、抗氯離子滲透能力等因素后采用外加劑N-32進(jìn)行后續(xù)混凝土試驗(yàn) 。
不同粉煤灰摻量對(duì)高性能砂漿性能的影響
不同硅粉摻量對(duì)高性能砂漿性能的影響
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不同礦渣摻量對(duì)高性能砂漿性能的影響
粉煤灰摻量從10%~15%,砂漿電導(dǎo)變化不大,強(qiáng)度隨摻量的增加而增加;隨著硅粉摻量的增加,砂漿電導(dǎo)明顯減小,強(qiáng)度逐漸增加;磨細(xì)礦渣的摻量從3.5%增加到11.5%,砂漿電導(dǎo)變化不大,強(qiáng)度相近。
綜合考慮各變量因素對(duì)砂漿的強(qiáng)度及電導(dǎo)性能的影響及相關(guān)規(guī)范對(duì)水灰比的要求后,最終選擇粉煤灰摻量15%,硅粉摻量8.5%~10%,磨細(xì)礦渣摻量5%,外加劑N-32并以水灰比0.45為基準(zhǔn)混凝土,進(jìn)行海工高性能混凝土的性能試驗(yàn)。
海工高性能混凝土的物理力學(xué)性能
混凝土試驗(yàn)用原材料
水泥:中國(guó)水泥廠生產(chǎn)的石城牌42.5普通硅酸鹽水泥;
硅粉:湖北丹江口硅粉,活性二氧化硅含量為92.8%;
粉煤灰:南京熱電廠Ⅰ級(jí)灰;
磨細(xì)礦渣:武鋼產(chǎn),細(xì)度為8000cm2/g;
砂:河砂,表觀密度2630kg/ m3,細(xì)度模數(shù)2.33;
石:碎石,表觀密度2810kg/ m3,二級(jí)配,Dmax=40mm,5~20mm占40%,20~40mm占60%。
混凝土拌和物性能
海工高性能混凝土的泌水率為0,含氣量為3.15~3.35%,初凝時(shí)間延緩1小時(shí)44分~1小時(shí)52分,終凝時(shí)間延緩1小時(shí)42分~2小時(shí)22分。
摻硅粉、粉煤灰、礦渣海工高性能混凝土的物理力學(xué)性能
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特點(diǎn):配制的摻硅粉、粉煤灰、礦渣混凝土具有早強(qiáng)、高強(qiáng)特性。與水灰比0.45的普通對(duì)比混凝土相比,混凝土抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、抗壓彈模、軸心抗壓強(qiáng)度、抗沖磨強(qiáng)度都有大幅度提高。
抗氯離子滲透性能
檢測(cè)混凝土抗氯離子滲透性能的常用方法有快速法和慢速法兩種 。
快速法是通過(guò)對(duì)混凝土試件外加電場(chǎng)并比較在電場(chǎng)作用下氯離子透過(guò)混凝土試件的難易程度來(lái)判定混凝土的抗氯離子滲透性能,如ASTM C1202-97和《水運(yùn)工程混凝土試驗(yàn)規(guī)程》(JT270-98)7.9條。
慢速法(鹽水浸泡法)是將混凝土試件長(zhǎng)期浸泡在NaCl溶液中,定期測(cè)量試件不同深度的氯離子含量并由此計(jì)算混凝土的氯離子擴(kuò)散系數(shù)。以該系數(shù)的大小來(lái)判別混凝土的抗氯離子滲透性能
電導(dǎo)法
基本原理 :氯離子在直流電壓作用下,能透過(guò)混凝土試件向正極方向移動(dòng)。測(cè)量流過(guò)混凝土試件的電荷量或電導(dǎo),能反映出透過(guò)混凝土的氯離子總量。
海工高性能混凝土的抗氯離子滲透性能
鹽水浸泡法
試驗(yàn)方法:在20±3 ℃水中養(yǎng)護(hù)28天。試件在空氣中晾干,將五個(gè)表面用環(huán)氧樹脂封閉,僅留一側(cè)面用作外界氯離子滲透面。環(huán)氧樹脂固化后,試件先浸自來(lái)水飽水,后浸泡于3.5%NaCl溶液。浸泡一定齡期后,取出試件用自來(lái)水沖去表面鹽水,鉆取不同深度混凝土的粉末樣,測(cè)定其水溶性和酸溶性氯離子含量。
共摻海工高性能混凝土的氯離子滲透試驗(yàn)結(jié)果
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摻硅粉、粉煤灰、磨細(xì)礦渣海工高性能混凝土不同深度的氯離子含量均低于普通混凝土,且減少的幅度隨深度遞增。以水溶性氯離子含量為例,表層0~10mm處,共摻混凝土為普通混凝土的41%~56%,第二層降至18%~27%,從第三層開(kāi)始,共摻混凝土的氯離子含量基本上恒定在一微量值。
共摻混凝土氯離子結(jié)合量均大于普通混凝土,膠凝材料能夠結(jié)合更多的氯離子,混凝土孔隙中對(duì)鋼筋起銹蝕作用的游離氯離子量相應(yīng)減少,因而具有更高的抗氯離子滲透性。
混凝土耐久性年限推算
摻硅粉、粉煤灰、磨細(xì)礦渣海工高性能混凝土鋼筋銹蝕啟動(dòng)年限
注:設(shè)混凝土保護(hù)層厚度為6.5cm
共摻混凝土中氯離子有效擴(kuò)散系數(shù)僅為普通混凝土的26%~28%,其中的鋼筋銹蝕啟動(dòng)年限為38.3年~41.2年,為普通
混凝土的3.5~3.8倍。
結(jié) 論
砂漿試驗(yàn)表明,原材料因素改變導(dǎo)致性能變化并不明顯,即非主要因素;但是否摻礦物摻合料非常重要,共摻組抗氯離子滲透性能比單摻外加劑組高4~7倍,證明礦物摻合料是使混凝土具有優(yōu)良抗氯離子滲透性能的主要因素。
砂漿試驗(yàn)顯示:粉煤灰摻量從10%~15%,砂漿電導(dǎo)變化不大,強(qiáng)度隨摻量的增加而增加;隨著硅粉摻量的增加,砂漿電導(dǎo)明顯減小,強(qiáng)度逐漸增加;磨細(xì)礦渣的摻量從3.5%增加到11.5%,砂漿電導(dǎo)變化不大,強(qiáng)度相近。
設(shè)計(jì)的摻硅粉、粉煤灰、磨細(xì)礦渣海工高性能混凝土與普通混凝土相比,新鮮混凝土具有不泌水、緩凝的特點(diǎn);硬化混凝土的抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、抗壓彈模、軸心抗壓強(qiáng)度、抗沖磨強(qiáng)度都有大幅度提高。
電導(dǎo)法測(cè)得的摻硅粉、粉煤灰、磨細(xì)礦渣海工高性能混凝土的相對(duì)氯離子滲透系數(shù)僅為普通混凝土的8%~9%。
鹽水浸泡法測(cè)得的摻硅粉、粉煤灰、磨細(xì)礦渣海工高性能混凝土的氯離子滲透系數(shù)為普通混凝土的26%~28%。
根據(jù)費(fèi)克定律的計(jì)算結(jié)果,當(dāng)混凝土保護(hù)層厚度為6.5cm時(shí),摻硅粉、粉煤灰、磨細(xì)礦渣海工高性能混凝土中鋼筋銹蝕啟動(dòng)年限為38.3~41.2年,約為普通混凝土的4倍。
摻硅粉、粉煤灰、磨細(xì)礦渣海工高性能混凝土的抗氯離子滲透性能遠(yuǎn)優(yōu)于普通混凝土,在海洋環(huán)境下必然具有更優(yōu)異的耐久性。
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監(jiān)督:0571-85871667
投稿:news@ccement.com