客运专线高性能混凝土电通量影响因素的试验研究*

李健，赵栋，谢咸颂，张邦平

（1. 衢州学院建筑工程学院，浙江 衢州 324000；2. 衢州金夏非凡建材有限公司，浙江 衢州 324002）

0 引言

目前，我国正兴起大规模的铁路建设，为了把高速铁路的经济效益发挥到最大化，铁道等相关部门在广泛吸收国外和国内重点建筑工程经验的基础上，提出了客运专线的混凝土结构采用具有高耐久性的高性能混凝土，以使混凝土结构体系达到正常的使用寿命，并相继发布了《铁路混凝土工程施工质量验收补充标准》（铁建 [2005]160 号）、《铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定》（铁建设 [2005]157 号）、《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》（科技基 [2005]101号）、《客运专线铁路混凝土耐久性工程施工技术指南》等多部技术条件和规范，给客运专线用高性能混凝土提出了明确的技术要求和耐久性设计指标。其中电通量作为铁路高性能混凝土的常规必做耐久性指标之一，氯离子的抗渗透性是评价混凝土抵抗氯离子侵蚀的一个重要性能。[1]

1 试验用原材料

（1）水泥： 衢州虎山水泥有限公司 P·O42.5；

（2）细骨料：衢州河砂， 中砂，表观密度 2620kg/m3，细度模数 2.6；

（3）石子：石灰岩，粒径为 5～16 mm、16～25mm 两级配碎石，各占 50%，组成连续级配；

（4）粉煤灰：巨化热电厂生产的Ⅱ级灰，表观密度2200kg/m3；

（5）矿粉：浙江衢州元立金属制品有限公司生产的 S95型粉煤灰；

（6）外加剂：金华市高恒混凝土外加剂有限公司生产的DH-A 聚羧酸高效减水剂，减水率大于 25%。

2 试验设备及试验步骤

2.1 试验设备

ASTM C1202 氯离子渗透测定仪、SR 型智能混凝土真空保水机。

2.2 试验步骤

（1）制作试件直径为 100mm、厚度为 50mm，试验以三块为一组。编上编号，放入标准养护条件下养护[2]；

（2）在 28d 和 56d 试验龄期前，将试件暴露于空气中至表面干燥，以硅胶密封材料涂于试件侧面，以保证侧面完全密封；

（3）将试件放入真空干燥器中启动真空泵，保持真空3h，维持这一真空度并注入足够的蒸馏水，直至淹没试件，试件浸泡 1h 后恢复常压，再继续浸泡 18h 左右；

（4）取出试件，抹掉多余水分，将试件安装于试验槽内，用橡胶密封环密封，并用螺杆将两试验槽和试件夹紧，以确保不会渗漏；

（5）将质量浓度为 0.3% 的氯化钠和 0.3 mol/L 的氢氧化钠溶液分别注入试件两侧的试验槽中，注入氯化钠溶液试验槽内的铜网连接电源负极，注入氢氧化钠溶液试验槽内的铜网连接电源正级；

（6）最后接通电源，对上述铜网施加 60V 直流恒电压，通电 6 个小时；

（7）记录电流，计算最后通过的电量。

3 正交试验设计

试验以水胶比、胶材总量、矿物掺合料的掺量、砂率、粉煤灰与矿粉比等五个因素对电通量的影响[3]，各个因素选 4个水平。以混凝土试件 28d、56d 电通量作为考核指标，分析各因素对抗氯离子渗透能力的影响规律及显著性，确定出试验最佳方案。

采用 L16(45) 正交表，其因素和水平的安排如表1 所示，正交试验方案及结果如表2 所示。

4 试验结果分析

4.1 极差分析

极差分析如表3 所示。

由表3 可知：对于高性能混凝土的 28d 和 56d 电通量，因素影响顺序为：水胶比 A＞胶凝材料的用量 B＞矿物掺合料的掺量 C＞粉煤灰与矿粉掺量比 E＞砂率 D。混凝土内部的裂隙孔隙是影响其电通量的重要因素之一，氯离子可经裂隙孔隙渗入混凝土内部。随着混凝土的水胶比的增加，水泥浆中多余水分的蒸发和泌水，会使混凝土内部的毛细管道增加，从而增加了氯离子在混凝土中运输的通道，提高了氯离子在混凝土内的传输速度。因此，不利于混凝土抗氯离子渗透性能的提高。其次粉煤灰和矿粉中的细微颗粒均匀分布在水泥浆内，填充孔隙和毛细孔，可改善混凝土的孔隙结构，降低了氯离子在混凝土内的传输速度，有利于混凝土抗氯离子渗透性能的提高。胶凝材料的用量，砂率等虽然都会对混凝土内部的裂隙孔隙结构产生影响，但影响程度不大。

表1 L16(45) 因素水平表

表2 L16(45) 正交试验方案及结果

表3 极差分析结果

4.2 方差分析

方差分析见表4 。

由表4 可知，水胶比 A 对混凝土 28d 和 56d 的电通量影响均高度显著；胶凝材料的用量 B 对混凝土 28d 影响为显著，而对 56d 电通量影响为高度显著；矿物掺合料 C 对混凝土 28d 和 56d 电通量有影响但不显著；粉煤灰与矿粉掺量比E对混凝土 28d 电通量有影响但不显著；砂率 D 对混凝土 28d的电通量影响显著，但随着时间的增加，对混凝土 56d 的电通量影响表现为有影响但不显著。根据 GB146—90《粉煤灰混凝土应用技术规范》规定，粉煤灰混凝土设计强度等级的龄期一般为 28d[4]，在达到标准养护龄期后，随着时间的推移，粉煤灰中的 SiO2，Al2O3与水泥的水化产物反应越充分，生成了水化硅酸钙和铝酸钙[5]，填充了部分孔隙，减小了混凝土的孔隙率，改善了混凝土的结构，使其更加致密，因此粉煤灰矿粉的掺量对混凝土 28d、56d 电通量影响的显著性不同。

表4 方差分析结果

5 结语

（1）正交试验结果表明，影响混凝土电通量的主次因素依次为：水胶比＞矿物掺合料的掺量＞胶凝材料的用量＞粉煤灰与矿粉比＞砂率。

（2）实验表明：综合考虑高性能混凝土的和易性和混凝土电通量性能，其最佳配合比为：A1 B4 C4 D4 E4。

（3）对在配合比设计过程中，除限制最小水泥用量外，也要控制胶凝材料不能超过一定用量，以保证混凝土的耐久性满足设计要求。

[1] 张勇，杜修力，李悦，等.混凝土电通量的试验研究及影响因素分析[C].2011年混凝土与水泥制品学术讨论会论文集[A]，2011.

[2] GB/T50082—2009.普通混凝土长期性能和耐久性能实验方法标准[S].

[3] 陈树亮.混凝土碳化机理影响因素及预测模型[J].水利水力科技，2010(6): 13-33.

[4] 叶青，丁铸.土木工程材料[M].北京：中国计量出版社，2012.

[5] 史雨.粉煤灰对高性能混凝土强度和电通量的影响[J].山西建筑，2012(9):141-143.