曾 力，朱蘊(yùn)東，趙 卓

(1.鄭州大學(xué)土木工程學(xué)院，河南鄭州450001;2.河南省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，河南鄭州450014)

0 引言

混凝土的抗?jié)B性能是評(píng)價(jià)混凝土耐久性的重要指標(biāo)之一，傳統(tǒng)所采用的混凝土抗高壓水滲透的能力(即抗?jié)B標(biāo)號(hào))，經(jīng)實(shí)踐證明，已難以表征高強(qiáng)度等級(jí)混凝土的密實(shí)性能［1］.對(duì)于高性能或高強(qiáng)度等級(jí)混凝土，目前較多采用氯離子擴(kuò)散系數(shù)來表征混凝土的抗?jié)B透性能［1-3］.

工程界一般通過摻加礦物摻和料、高效減水劑、降低混凝土水膠比等措施來提高混凝土的抗?jié)B性能，這些措施也將不同程度上影響混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度、抗碳化能力以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)等，而這些影響有可能是不一致的.目前針對(duì)混凝土滲透性能的研究較多集中于原材料因素如礦物摻和料、水泥種類、輕骨料、其它各類添加或替代物以及養(yǎng)護(hù)方式等對(duì)混凝土滲透性能等的影響［4-5］，而針對(duì)混凝土滲透性能與其它耐久性能指標(biāo)相關(guān)關(guān)系的研究則相對(duì)較少，且較多集中于抗壓強(qiáng)度與混凝土滲透性能間相關(guān)關(guān)系的研究［6-7］.

筆者通過開展摻礦物摻和料混凝土的立方體抗壓、氯離子擴(kuò)散系數(shù)、快速碳化試驗(yàn)以及動(dòng)彈性模量的試驗(yàn)測(cè)試，分別研究了原材料、立方體抗壓、碳化深度、動(dòng)彈性模量與不同齡期混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)間的相關(guān)關(guān)系.

1 試驗(yàn)研究

1.1 試驗(yàn)原材料

水泥:天瑞集團(tuán)鄭州水泥股份有限公司生產(chǎn)的普通硅酸鹽水泥，強(qiáng)度等級(jí)42.5，比表面積354 m2/kg;細(xì)骨料:焦作產(chǎn)天然中砂，細(xì)度模數(shù)2.8，表觀密度2 630 kg/m3;人工機(jī)制砂:細(xì)度模數(shù)2.8，表觀密度2 680 kg/m3，石粉含量12%;粗骨料:新密產(chǎn)碎石，粒徑5～20 mm連續(xù)級(jí)配碎石，表觀密度2 708 kg/m3;水:飲用水;粉煤灰:洛陽首龍粉煤灰廠生產(chǎn)，F(xiàn)類Ⅱ級(jí)，細(xì)度18.5%;磨細(xì)礦渣粉:焦作市丹陽水泥有限公司生產(chǎn)，比表面積409 m2/kg，密度2.85 g/cm3;高效減水劑:河南新星建材有限公司生產(chǎn)的FN-S2高效減水劑，脂肪族系，水劑，減水率19.5%.

1.2 混凝土配合比

依據(jù)JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》和已有實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，試驗(yàn)所用混凝土配合比如表1所示.

1.3 試驗(yàn)內(nèi)容

按照GB/T 50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》［8］測(cè)試4個(gè)試驗(yàn)編號(hào)混凝土試塊28 d和84 d齡期的立方體抗壓強(qiáng)度.混凝土試塊尺寸150 mm×150 mm×150 mm，每試驗(yàn)編號(hào)每配合比各兩組試件.

表1 混凝土配合比Tab.1 Mix proportion of concrete kg·m-3

按照GB/T 50082—2009《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》［9］測(cè)試4個(gè)試驗(yàn)編號(hào)28 d齡期混凝土試塊碳化28 d后的碳化深度.混凝土試塊尺寸100 mm×100 mm×300 mm，每試驗(yàn)編號(hào)每配合比各一組試件.按照規(guī)范的要求，設(shè)置二氧化碳濃度為20%(±3%)、濕度為70%(±5%)、溫度為20℃(±2℃).

按照GB/T 50082—2009《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》測(cè)試4個(gè)試驗(yàn)編號(hào)84 d齡期混凝土試塊的動(dòng)彈性模量.混凝土試塊尺寸100 mm×100 mm×400 mm，每試驗(yàn)編號(hào)每配合比各一組試件.

按照J(rèn)TG/TB 07-01—2006《公路工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐技術(shù)規(guī)范》［2］采用RCM法測(cè)試4個(gè)試驗(yàn)編號(hào)混凝土試塊28 d和84 d齡期的氯離子擴(kuò)散系數(shù).混凝土試塊尺寸150 mm×150 mm×150 mm，每試驗(yàn)編號(hào)每配合比各一組試件.試驗(yàn)前將試塊按直徑100 mm取芯柱，并加工成規(guī)程所要求的高50 mm的圓柱體試樣.試驗(yàn)所用的溶液包括陽極和陰極兩種溶液，陽極溶液為KOH溶液，陰極溶液為KOH+NaCl溶液，試驗(yàn)用溶液均在試驗(yàn)室配制.

1.4 試驗(yàn)結(jié)果

混凝土立方體抗壓強(qiáng)度、碳化28 d后的碳化深度、84 d動(dòng)彈性模量、氯離子擴(kuò)散系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果如表2所示.

表2 混凝土試驗(yàn)結(jié)果Tab.2 Test result of concrete

2 分析與討論

2.1 原材料對(duì)氯離子擴(kuò)散系數(shù)的影響

單方水泥用量與不同齡期混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)間的回歸關(guān)系如圖1所示.單方膠凝材料用量與不同齡期混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)間的回歸關(guān)系如圖2所示.

圖1 單方水泥用量與不同齡期混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)間的回歸關(guān)系Fig.1 Regression relationship between chloride diffusion coefficient and cement amount per cube meter

不同齡期混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)均隨單方水泥用量的增大而降低，兩者之間具有一定的非線性回歸關(guān)系.不同齡期混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)均隨單方膠凝材料用量的提高而降低，84 d齡期混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)與單方膠凝材料用量具有良好的線性相關(guān)關(guān)系.

圖2 單方膠凝材料用量與不同齡期混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)間的回歸關(guān)系Fig.2 Regression relationship between chloride diffusion coefficient and cementitious material amount per cube meter

2.2 立方體抗壓強(qiáng)度與氯離子擴(kuò)散系數(shù)的關(guān)系

混凝土28 d與84 d立方體抗壓強(qiáng)度與不同齡期混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)間的回歸關(guān)系如圖3和圖4所示.

由圖3和圖4可知，混凝土的氯離子擴(kuò)散系數(shù)隨立方體抗壓強(qiáng)度的提高而降低.當(dāng)混凝土處于28 d齡期時(shí)，其立方體抗壓強(qiáng)度與氯離子擴(kuò)散系數(shù)具有一定的非線性回歸關(guān)系.楊錢榮［6］的研究表明:各種類型混凝土的滲透性與強(qiáng)度存在相關(guān)性，與普通混凝土相比，粉煤灰混凝土、引氣混凝土和粉煤灰引氣混凝土的滲透性與強(qiáng)度的線性相關(guān)性相對(duì)較低.

隨著混凝土齡期的增長(zhǎng)，粉煤灰等礦物摻和料發(fā)生“二次水化”，火山灰活性效應(yīng)及微填充效果逐步發(fā)揮出來，混凝土內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)得到改善，后期強(qiáng)度和抗?jié)B性能得到持續(xù)提高并趨于穩(wěn)定，84 d齡期時(shí)，氯離子擴(kuò)散系數(shù)與立方體抗壓強(qiáng)度之間呈現(xiàn)良好的線性相關(guān)關(guān)系.

2.3 碳化深度與氯離子擴(kuò)散系數(shù)的關(guān)系

28 d齡期混凝土快速碳化28 d后的碳化深度與不同齡期混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)間的回歸關(guān)系如圖5所示.

圖5 28 d齡期混凝土碳化深度與不同齡期混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)間的回歸關(guān)系Fig.5 Regression relationship between chloride diffusion coefficient and carbonation depth of 28 d concrete

由圖5可以看出，不同齡期混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)均隨碳化深度的提高而提高，這是由于影響碳化深度的主要因素是混凝土本身的密實(shí)性和堿性儲(chǔ)備的大小，碳化深度與84 d齡期混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)線性相關(guān)性良好.

2.4 動(dòng)彈性模量與氯離子擴(kuò)散系數(shù)的關(guān)系

84 d齡期混凝土的動(dòng)彈性模量與不同齡期混凝土的氯離子擴(kuò)散系數(shù)間的回歸關(guān)系如圖6所示.

圖6 84 d齡期動(dòng)彈性模量與不同齡期混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)間的回歸關(guān)系Fig.6 Regression relationship between chloride diffusion coefficient and 84 d dynamic elastic modulus

由圖6可以看出，不同齡期混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)均隨84 d齡期動(dòng)彈性模量的提高而降低，這是由于混凝土動(dòng)彈性模量的大小可反映混凝土內(nèi)部的整體性和密實(shí)性.

3 結(jié)論

(1)對(duì)于摻礦物摻和料混凝土，隨著齡期的增長(zhǎng)，混凝土的密實(shí)性提高，并體現(xiàn)于混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度和氯離子擴(kuò)散系數(shù)指標(biāo).

(2)不同齡期混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)隨單方水泥用量、單方膠凝材料用量的增大而降低，84 d齡期混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)與單方膠凝材料用量具有良好的線性相關(guān)關(guān)系.

(3)不同齡期混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)隨立方體抗壓強(qiáng)度的提高而降低，28 d立方體抗壓強(qiáng)度與84 d齡期混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)線性相關(guān)性良好，84 d立方體抗壓強(qiáng)度與不同齡期混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)線性相關(guān)性良好.

(4)不同齡期混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)均隨混凝土碳化深度的提高而提高，碳化深度與84 d齡期混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)具有良好的線性相關(guān)性.

［1］中華人民共和國(guó)鐵道部.TB 10005—2010鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2011.

［2］中華人民共和國(guó)交通部.JTG/T B07-01—2006公路工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范［S］.北京:人民交通出版社，2006.

［3］中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB/T 50476—2008混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2009.

［4］謝友均，馬昆林，龍廣成，等.礦物摻合料對(duì)混凝土中氯離子滲透性的影響［J］.硅酸鹽學(xué)報(bào)，2006，34(11):1345-1350.

［5］HASAN Y，TOLGA I，OZKAN S.Effect of cement type on the resistance of concrete against chloride penetration［J］.Construction and Building Materials，2011，25(3):1282-1288.

［6］楊錢榮.摻粉煤灰和引氣劑混凝土滲透性與強(qiáng)度的關(guān)系［J］.建筑材料學(xué)報(bào)，2004，7(4):457-461.

［7］AKBAR R A，AMIRREZA P，MAHDIL M，et al.Practical evaluation of relationship between concrete resistivity，water penetration，rapid chloride penetration and compressive strength［J］.Construction and Building Materials，2011，25(5):2472-2479.

［8］中華人民共和國(guó)建設(shè)部.GB/T 50081—2002普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2003.

［9］中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB/T 50082—2009普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.