矿物掺合料对混凝土抗氯离子渗透性影响研究

何松晟，高 玮，汪 磊

(武汉工业学院土木工程与建筑学院，湖北武汉430023)

矿物掺合料对混凝土抗氯离子渗透性影响研究

何松晟，高 玮，汪 磊

(武汉工业学院土木工程与建筑学院，湖北武汉430023)

氯离子渗透腐蚀是引起钢筋混凝土腐蚀的主要原因，然而氯离子渗透性和矿物掺合料有直接关联。主要通过实验研究了掺入矿物掺合料后混凝土中孔结构的特征，进而分析了矿物掺合料对混凝土抗氯离子渗透性的影响。

混凝土;矿物掺合料;氯离子;渗透性

我国从建国至今，经历了飞速的发展时期，建设和改建了大量的混凝土建筑物和构筑物，规模达到近百亿平方米，如今多数钢筋混凝土构件已经不同程度受到腐蚀，钢筋混凝土锈蚀［1－3］已成为全世界土木工程界所关注的重大技术问题，在当今被确认是影响混凝土结构耐久性的首要原因，然而氯离子腐蚀［4－5］又是引起混凝土腐蚀的首要原因，影响氯离子在混凝土中的渗透的主要因素有龄期的影响、水灰比变化的影响、矿物掺合料及外加剂的影响、环境温度及湿度的影响和应力状态及表面裂缝的影响等。本文主要研究了矿物掺合料对混凝土抗氯离子渗透性的影响。

1 实验材料与仪器

1.1 实验材料

水泥：32.5普通硅酸盐水泥;粉煤灰：青海某电厂生产的风选Ⅰ级粉煤灰(FA);砂：中沙，含水量小于3%;石子：5—25mm 连续 级配;盐 水：浓 度0.5 mol/L的氯化钠溶液。

1.2 实验仪器

水泥砂浆搅拌机JJ6型;水泥砂浆震动台;电子台秤;150 mm×150 mm×150 mm模具。

1.3 混凝土试件制备

本实验按照GBJ 82－85“普通混凝土长期性能和耐久性试验方法”制样。采用150 mm×150 mm×150 mm混凝土试样，混凝土试样采用的配比为：水泥(C)∶砂(S)∶石子(G)∶水(W)=450∶500∶1000∶225(重量比)，矿物掺合料选用风选I级粉煤灰，掺量分别为10%、20%和30%，然后放置于恒温恒湿养护室内养护28 d后取出，浸入浓度0.5 mol/L的氯化钠溶液中3个月后取出实验，混凝土的配比如表1所示。

表1 新老混凝土试件中新混凝土的配合比

2 实验方法

2.1 混凝土孔隙率测定方法

本试验将采用“可蒸发水含量法”来测定混凝土试件体积孔隙率，即根据混凝土试件在完全饱水的情况下，由90%相对湿度条件下的失水量求得混凝土的粗毛细孔(包括气孔)的孔隙率;然后在高温下将混凝土试件烘干，直到混凝土质量恒重，这时候用测得的失水量来求得混凝土试件的总孔隙率。最后总孔隙率与气孔、粗毛细孔孔隙率的差值即为混凝土细毛细孔的孔隙率。

为了方便分析混凝土试件孔隙率，将混凝土孔径大于30 nm粗毛细孔和气孔定义为大孔，将孔径小于30 nm的细毛细孔定义为毛细孔，毛细孔可以由混凝土试件总孔隙率与大孔孔隙率差值得到。采用ASTM C1202相关规定，试件按照规定的真空饱水过程饱水。试件饱水后，将试件表面水抹去.称的其质量为试件饱水质量M0，然后饱水混凝土试件放置于90%的相对湿度环境中放置30 d后，混凝土试件失水质量与时间关系曲线趋于平缓，就可认为混凝土内部水分扩散达到平衡状态，此时可以测定混凝土的大孔孔隙率。具体计算公式如下：

式中：P大孔—试件大孔孔隙率(%);

P总孔—试件大孔孔隙率(%);

P大孔—试件大孔孔隙率(%);

V水—真空饱水试件90%相对湿度下的失水体积(m3);

M0—真空饱水试件质量(kg);

M1—真空饱水试件90%相对湿度干燥后质量(kg);

M2—试件105℃干燥后质量(kg);

V试件—试件的体积(m3)。

2.2 混凝土氯离子渗透性测定(ASTM C1202法)

按照ASTM C1202方法的规定，采用FW－Ⅲ八通道混凝土电通量测定仪进行混凝土氯离子渗透性测试，取同组3个试件通过的电量的平均值作为改组试件的电通量，以6 h内通过混凝土电量的高低来判断混凝土的渗透性。利用上述方法计算得到的混凝土试块6 h电通量可由表2评价混凝上抗氯离子渗透性能等级。

表2 混凝土氯离子渗透性能与电通量的关系

3 实验结果及分析

采用可蒸发水含量法测试了混凝土试件的孔隙结构，各组混凝土孔隙率试验结果如表3所示。不同混凝土试件6 h电通量试验结果如表4所示。

表3 混凝土孔隙率试验结果 /%

表4 不同混凝土试件6 h电通量试验结果

图1 混凝土孔隙率实验结果图

由图1可知，与未添加粉煤灰的混凝土试件(X1)相比，在混凝土中掺粉煤灰能大幅降低混凝土孔隙率，与基准混凝土相比，粉煤灰混凝土X2的总孔孔隙率减少10.26%，大孔孔隙率减少13.55%，毛细孔孔隙率减少1.61%;粉煤灰混凝土试件X3总孔孔隙率减少 21.26%，大孔孔隙率减少39.93%，毛细孔孔隙率减少13.63%;粉煤灰混凝土试件X4总孔孔隙率减少25.08%，大孔孔隙率减少42.86%，毛细孔孔隙率减少16.12%，以上相比较而言，增加粉煤灰的用量可以降低混凝土的孔隙率，进而对氯离子的渗透有阻碍作用。

图2给出了添加矿物掺合料的条件下各混凝土试件基准混凝土试件的6 h电通量测试结果。由图2可知，与基准新混凝土(X1)试件相比，掺粉煤灰混凝土X2的6 h电通量降低29.05%，掺粉煤灰混凝土X3的6 h电通量降低55.96%;掺粉煤灰混凝土X4的6h电通量降低61.76%，由此可见，电通量的降低在一定程度上阻碍了氯离子的渗透机能，对混凝土的耐久性有很大的保障作用。

2 混凝土试件6 h库仑电量试验结果图

根据各试件的6 h电通量与孔隙率测试结果，以下分别分析试件6 h电通量与相应混凝土试件总孔隙率、大孔孔隙率以及毛细孔孔隙率的相关性。表5为线性相关性分析回归参数与相关系数，回归方程为Y=A+BX，图3分别为相关性分析回归曲线。

表5 电通量与混凝土孔隙率的线性相关性分析

图3 混凝土试件6 h电通量与孔隙率的相关性分析图

对于混凝土试件而言，其6 h电通量与混凝土总孔隙率、大孔孔隙率之间的相关性较好，而与毛细孔孔隙率相关性较差。由此可见孔隙率的降低可以降低混凝土试件的电通量，进而对氯离子渗透其阻碍作用。

4 实验结论

4.1 混凝土试件中添加粉煤灰能有效降低混凝土试件的总孔孔隙率、大孔孔隙率和毛细孔孔隙率，对氯离子渗透有一定阻碍作用。

4.2 混凝土试件中添加粉煤灰能有效降低混凝土试件的电通量，对氯离子渗透有一定阻碍作用。

4.3 电通量与总孔隙率、毛细孔隙率和大孔孔隙率之间存在一定的线性相关性，降低孔隙率也能够起到降低电通量的作用，对混凝土抗氯离子能力有促进作用。

［1］ 胡红梅.矿物功能材料对混凝土氯离子渗透性影响的研究［D］.武汉：武汉理工大学，2002.

［2］ 谢友均，刘宝举，刘伟.矿物掺合料对高性能混凝土抗氯离子渗透性能的影响［J］.铁道科学与工程学报，2004(2).

［3］ 杨钱荣，朱蓓蓉.混凝土渗透性的测试方法及影响因素［J］.低温建筑技术，2005(5)：7－10.

［4］ 刘伟.混凝土抗氯离子渗透性能研究：［D］.长沙：中南大学，2003.

［5］ 施惠生，王琼.混凝土中氯离子迁移的影响因素研究［J］.建筑材料学报，2004(3).

Research on mineral admixtures influence on concrete resistance to chloride ion penetration

HE Song －cheng，GAO Wei，WANG Lei
(School of Civil Engineering and Architecture，Wuhan Polytechnic University，Wuhan，430023，China)

The reinforced concrete corrosion is mainly caused by chloride ion penetration.Chloride ion penetration is directly related with mineral admixtures.This paper mainly studies pore structure characteristics after incorporation of mineral admixtures in concrete，analyses mineral admixtures influence on concrete resistance to chloride ion penetration，and provides an important basis in the concrete durability research.

concrete;mineral admixture;chloride ion;permeability

TU 528.041

A

1009-4881(2011)04-0080-04

10.3969/j.issn.1009-4881.2011.04.021

2011-09-09.

何松晟(1985－)，男，硕士研究生，E-mail：hsc-cool@126.com.

高玮(1971 －)，男，教授，E-mail：wgaowh@163.com.