載荷作用后粉煤灰混凝土氯離子滲透性能試驗研究

1、2015年第3期(總第305期)Number3in2015(TotalNo305)混凝土Concrete理論研究THE0RETICALRESEARCHdoi：103969~issn1002—3550201503003載荷作用后粉煤灰混凝土氯離子滲透性能試驗研究姜慧。喻孟雄，劉榮桂，殷惠光(1徐州工程學(xué)院土木工程學(xué)院，江蘇徐州221111；2江蘇大學(xué)土木工程與力學(xué)學(xué)院，江蘇鎮(zhèn)江212013)摘要：粉煤灰混凝土大量應(yīng)用于海工昆凝土結(jié)構(gòu)，其耐

2、久性對結(jié)構(gòu)耐久性至關(guān)重要。海工環(huán)境下，混凝土受到載荷與氯離子的雙重作用，極易出現(xiàn)耐久性問題。開展了載荷作用后粉煤灰混凝土氯離子滲透性能試驗研究。研究結(jié)果表明：粉煤灰摻量為20％的混凝土，從初期到后期始終具有良好的抗氯離子滲透性能；粉煤灰摻量為35％和50％的混凝土，初期抗氯離子滲透性能降低，后期有所改善。研究成果可為合理設(shè)計粉煤灰摻量提供參考。關(guān)鍵詞：海工環(huán)境；氯離子；鹽霧；混凝土結(jié)構(gòu)；耐久性中圖分類號：TU52801文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章

3、編號：1002—3550(2o15)03一O010—04Experimentalresearchonchlideionpermeabilityofflyashconcreteafterloading3／ANGHui，yUMengxiong，LIURonggui，YINHuiguang(1SchoolofCivilEngineering，XuzhnuInstituteofTechnology，Xuzhou221111，China；2Fac

4、ultyofCivilEngineeringandMechanics，JiangsuUnive~ity，Zhenjiang212013，China)Abstract：Flyashconcreteislargelyappliedtoconcre~structureinmarineenvironment，andtheirdurabilityiscriticaltothedurabilityofthestructureInmarineenvi

5、ronment，concreteweresubjectedtocouplingactionoftheloadandchlorideioncorrosionandeasilyap—peardurabilityproblemsThetestofchlorideionpermeabilityofflyashconcreteafterloadingwascarriedoutTheresultsshowthatwhentheflyashadmix

6、tureratiois20％，concretealwayshasgoodresistancetochlorideionpermeabilityfromtheearlytothelateWhentheflyashadmixtureratiois35％and50％，concreteofinitialresistancetochlorideionpermeabilitydecrease，laterimprovedTheresearchresu

7、ltsCanprovideareferenceforreasonabledesignvolumeofflyashKeyWOrds：marineenvironment；chlorideion；saltspray；concre~structure；durability0引言1混凝土原材料選用及試件制作目前，大多數(shù)沿?；炷两Y(jié)構(gòu)由于受到氯離子的侵蝕而過早報廢，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到設(shè)計使用壽命，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，也對人們的生命安全形成巨大的威脅。海工

8、環(huán)境下昆凝土結(jié)構(gòu)耐久性逐漸成為當(dāng)前研究的熱點之一?；炷潦腔炷两Y(jié)構(gòu)必不可少的組成部分，混凝土自身良好的耐久性對混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性至關(guān)重要。粉煤灰混凝土作為一種良好的海工用混凝土，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)有海工混凝土結(jié)構(gòu)，研究其耐久性具有重要意義。國內(nèi)外學(xué)者對粉煤灰混凝土的耐久性做了大量研究，得到一些重要結(jié)論，但如何全面合理地設(shè)計粉煤灰摻量尚未形成統(tǒng)一結(jié)論。考慮到實際工程中混凝土受到載荷和氯離子侵蝕的雙重作用，本設(shè)計制作一批不同粉煤灰摻量的混凝土試

9、件，進(jìn)行載荷作用后的海洋環(huán)境劣化試驗，研究了粉煤灰混凝土氯離子滲透性能。11混凝土原材料(1)水泥采用徐州中聯(lián)水泥廠生產(chǎn)的PO425級水泥，其化學(xué)成分見表1。表1水泥的化學(xué)成分％材料名稱SiO2A12O3Fe2O3CaOMgONa2OK2OSO3Loss(2)粉煤灰選用徐州茅村電廠生產(chǎn)的I級粉煤灰，粉煤灰的化學(xué)成分見表2。表2粉煤灰的化學(xué)成分％材料名稱SiO2A12O3Fe2O3CaOMgONa2OK2OSO3Loss粉煤灰549258

10、69871803010602(3)細(xì)骨料河砂，細(xì)度模數(shù)28，級配良好，中砂，表觀密度為2680kg／m，含泥量為249％。收稿日期：2014—08—17基金項目：國家自然科學(xué)基金(51278230)；徐州工程學(xué)院重點專項基金項目(XKY2012102)；國家建筑材料行業(yè)科技創(chuàng)新計劃——面上研究項目(2013一M3—10)10，／ram(6)270d圖4氯離子濃度隨深度的變化規(guī)律開始，氯離子濃度低于未摻粉煤灰混凝土；摻量越大，同一深度、同

11、一腐蝕時間下，摻粉煤灰混凝土的氯離子濃度越大。產(chǎn)生這些現(xiàn)象的原因一方面是“粉煤灰效應(yīng)的時效性”，即粉煤灰的二次水化作用(化學(xué)作用)隨時間發(fā)生變化；另一方面是“粉煤灰摻量的合理性”，即粉煤灰摻量改變混凝土的孔隙結(jié)構(gòu)(物理作用)。分析試驗結(jié)果可知，粉煤灰摻量為20％的混凝土，氯離子濃度始終最小，是一個合理的摻量，能較好地提高混凝土抗氯離子滲透性能。312腐蝕時間對氯離子濃度變化規(guī)律的影響50％o等級載荷加載作用下，不同粉煤灰摻量的混凝土，深

12、度0～5mm范圍內(nèi)的氯離子濃度隨腐蝕時間的變化規(guī)律，如圖5所示。12t／d圖5氯離子濃度隨腐蝕時間的變化規(guī)律由圖5可以看出：(1)混凝土中氯離子濃度隨腐蝕時間逐漸增加，且在30～90d時間段，增加速度較大，在19O～270d時間段，增速放緩。這是由氯離子濃度梯度降低、粉煤灰二次水化反應(yīng)以及氯離子與混凝土成分反應(yīng)的生成物填充孔隙等綜合因素引起的。(2)與未摻粉煤灰混凝土相比，粉煤灰摻量為35％和50％的混凝土，氯離子濃度分布基本以某一時刻

13、為分界點(35％對應(yīng)50d，50％對應(yīng)190d)，分界點以前氯離子濃度高，分界點以后氯離子濃度低。(3)摻粉煤灰混凝土的氯離子濃度隨摻量的增加，逐漸增大。(4)任意腐蝕時刻，粉煤灰摻量為20％的混凝土，氯離子濃度均為最小，說明其抗氯離子滲透性能最好。32氯離子擴(kuò)散系數(shù)變化規(guī)律目前，國內(nèi)外對氯離子在混凝土中的遷移規(guī)律有多種解釋和描述方法，其中擴(kuò)散得到廣泛認(rèn)同。氯離子擴(kuò)散系數(shù)是表征氯離子擴(kuò)散的重要參數(shù)，也可較好地反映混凝土的滲透性能。本研究

14、應(yīng)用Fick第二定律對氯離子擴(kuò)散進(jìn)行描述，F(xiàn)ick第二定律可以表示為：一OC：D蜂(1)dfa。單面侵蝕時，氯離子在混凝土中擴(kuò)散的邊界條件可以表示為：c(，=0)=C00(2)C(X=0，t)=C。0t∞式中：Co——混凝土任意截面處初始氯離子質(zhì)量濃度，取000001％：C——任意t時刻混凝土表面氯離子質(zhì)量濃度。將邊界條件式(2)代入式(1)，計算并簡化得到擴(kuò)散方程的解析解為：c(，)=Co(cs—Co)(一P()式中：D——氯離子擴(kuò)散