复杂环境下氯离子在超高性能混凝土（UHPC）中的传输性能研究.docx

复杂环境下氯离子在超高性能混凝土(UHPC)中的传输性能研究摘要：模拟海洋环境的特点，测定各腐蚀环境中氯离子在UHPC中的渗透(扩散)深度和UHPC不同深度处自由氯离子浓度；对各腐蚀环境中混凝土试件做XRD生成产物分析、扫描电镜分析和液氮法孔结构分析，以确定碳化和氯化钠溶液干湿循环对UHPC抗氯离子渗透(扩散)性能的影响。结合测定数据和微观分析，从微观碳化反应、孔结构变化和水分向UHPC内部迁移的物理扩散、毛细管吸收作用等方面对各腐蚀环境下氯离子在UHPC中的传输机理进行分析。实验研究显示：干湿循环作用下UHPC中氯离子浓度最高，表明干湿循环加快了氯离子的侵蚀；碳化和氯离子侵蚀耦合作用下UHPC中自由氯离子浓度次之,氯化钠溶液持续浸泡下UHPC中自由氯离子浓度最低，表明碳化作用密实了UHPC的孔结构，减缓了氯离子在RPC中的传输。O引言20世纪末诞生的高性能混凝土可以有很高的抗压强度,很大程度上解决了普通混凝土结构存在的自重大、比强度低的缺点。安明吉吉，杨新红等通过NEL法测得RPC和HPC的扩散系数、渗透性等级划分和评价结果，RPC和HPC的氯离子扩散系数分别为22.7×1014m2s和15444×1014m2s,可知,RPC的抗渗能力远高于HPCo宋少明，未翠霞通过NEL-PD法测RPC和C60混凝土的扩散系数分别为0.405乂10-8cm2s和2.556xl()-8cm2s,可见，RPC的氯离子扩散系数远低于C60普通混凝土,RPC能够很好的保护钢筋不发生锈蚀，通过对RPC>FRPC和C80混凝土使用NEL-PD法测得氯离子扩散系数分别为0.405x10-8Cm2/s、O.5O8xlO-8Cm2/s和1.08x10-8Cm2/s。RPC与FRPC的氯离子扩散系数相当，均比普通高强混凝土低一倍以上，可见，活性粉末混凝土具有优异的抗氯离子传输性能。LiuJUan-hong等采用氯离子渗透性电测仪测定5组活性粉末混凝土试件的氯离子扩散系数，其最大值为9.53×1013m2s,比普通混凝土高出一个数量级。N.Roux等使用加速渗透的方法测得RPC的氯离子扩散系数为0.02xl()-8cm2soChiSuanPoond等用电量法研究表明粉煤灰的掺入增加了粉煤灰混凝土的抗氯离子扩散性能。MichaelD.A.ThomaS等通过现场暴露实验，研究表明，在短期条件下，粉煤灰和矿粉的掺入能够大大增强结构的抗氯离子扩散没有明显影响，但随着时间的持续，两者的掺入使结构抗氯离子渗透的能力显著增强。叶青等利用抗氯离子渗透性能实验方法测试了RPC的氯离子迁移量，表明活性粉末混凝土的氯离子迁移量约为HSC的l20o李忠，黄立东实验研究表明钢纤维分散了RPC毛细管收缩应力，防止局部应力集中，抑制了RPC的收缩，从而减少裂缝的产生，并且钢纤维RPC的抗渗性能良好，具有极佳的耐久性。纪玉岩对RPC试件进行了电通量实验，表明各种配比试件的电通量都不足30库仑，而普通混凝土的电通量值在1000左右。由于其高密实性带来的优异的耐久性，工程应用也越来越广泛。但是随着工程应用的不断出现，在实际工程中由于耐久性出现的问题却层出不穷。本文针对海洋氯盐环境对RPC的耐久性进行了相关研究，以期在RPC耐久性方面做出贡献。1原材料水泥：实验用水泥为福建炼石牌水泥有限公司生产的R0425普通混凝土硅酸盐水泥，其主要物理性能见表1。表1水泥的主要物理性能指标比表面积M2Kg烧失量LOI(%)凝结时间(min)抗折强度(MPa)抗压强度(MPa)初凝终凝3d28d3d28d3611.071251855.78.527.545硅灰：西宁铁合金厂生产的硅灰，SiCh含量90%,粒径为0.10.2Um,平均粒径.跖为0.162Unb表观密度夕M为2293kgm3o石英砂：石英砂由安徽晶优砂石销售有限公司生产，其物理及化学指标如表2所示。表2石英砂化学及物理指标规格化学成分目数粒径UmSiO2Fe2O328-90目600-16099.50.02石英粉：石英粉是安徽晶优砂石销售有限公司生产的325目以上的石英粉，粒径分布为50Um,其中Sio2含量达到了99.5%以上。减水剂：福州创先工程材料有限公司CX-8聚孩酸减水剂，减水率25%。钢纤维：江西赣州大业钢丝厂制的表面镀铜光面平直钢纤维，直径约0.150.2mm,长度13mm,长径比为6586.7。2试件制备2.1 活性粉末混凝土的配合比根据RPC的基本配置原理，通过提高组分的细度与活性，使材料的内部缺陷（孔隙与微裂缝）减少到最小极限，以适宜的水化硬化条件达到理想的密实度，从而改善微观结构，并优选钢纤维长径比及掺量，改善活性粉末混凝土的脆性，具体配合比如表3。表3常规RPC配合比（单位：g）水水泥硅灰石英砂石英粉减水剂钢纤维205.3877.6263.11026.7324.721.91562.2 搅拌1）将水泥、石英砂、石英粉和硅灰按照配合比称量，倒入搅拌机内，干拌3min；加入溶有减水剂的一半水，搅拌2min,在搅拌的过程中边搅拌边均匀的撒入钢纤维。2）最后加入溶有减水剂的另一半水，搅拌2-3min。2.3 成型与养护将RPC拌合物浇注100mm×100mm×100mm模具中，在振动台上振动4mi11o直至表面出浆后停止，然后用抹刀削去多余的混凝土并待一小时后将其表面抹平。试件制备完成标准养护24h后拆模，拆模后转入蒸压釜中进行蒸压养护，蒸压养护转入标准养护室与采用标准养护的试件进行同条件养护至规定龄期。蒸压养护制度为，抽真空0.5h,升温升压Ih,恒温恒压6h,降压2h,恒温温度为190200°C,恒压压力为1.2MPa。3实验方法氯化钠溶液持续浸泡实验采用100mm×100mm×100mm的RPC试件，将RPC试件使用石蜡密封5面，保留一个侧面作为氯离子一维侵入面，配制3.5%浓度的氯化钠溶液并将RPC试件放入溶液中淹没浸泡。氯化钠溶液浸泡干湿循环实验采用100mm×100mm×100mm的RPC试件,将RPC试件使用石蜡密封5面,保留一个侧面作为氯离子一维侵入面,配制3.5%浓度的NaCl溶液并将RPC试块放入溶液淹没浸泡。浸泡7d（干湿循环中的湿润部分）；取出全部试块并放置38。C烘箱中烘干2d,然后晾晒5d（干湿循环中的干燥部分）。碳化和氯化钠溶液浸泡耦合实验采用100mm×100mm×100mm的RPC试件，将RPC试件使用石蜡密封5面，保留一个侧面作为CO2和氯离子一维侵入面，配制3.5%浓度的NaCl溶液并将RPC试块放入溶液淹没浸泡。浸泡7d（干湿循环中的湿润部分）；取出全部试块并放置38。C烘箱中烘干2d,取出放入碳化箱中，20%浓度的CCh浓度碳化3d,然后晾晒2d（干湿循环中的干燥部分）。每7d更换一次氯化钠溶液，每14d取出3个试块，利用混凝土磨粉机，每1mm深度磨粉并收集粉末，利用莫尔法W检测每层RPC粉末中自由氯离子含量。4宏观实验及结果分析图IRPe中自由氯离子传输深度和不同深度处自由氯离子浓度()Uo-pooJOUoAEu。Uoo图2自由氯离子传输深度和不同深度处的自由氯离子浓度浓度图3碳化和氯化钠溶液浸泡耦合作用下自由氯离子传输深度和各深处自由氯离子浓度从图1可以看出：RPC在3.5%浓度氯化钠溶液持续浸泡182d时间中，传输深度非常浅，仅仅在5mm以内。A曲线中，14d至112dRPC0lmm磨粉测得自由氯离子含量分别为0.249%、0.408%>0.544%、0.662%、0.805%、0.912%>0.992%、1.057%o自由氯离子浓度随时间的平均增长率约为10.9%,而14d到28dRPC0lmm深度的自由氯离子浓度增加率为20.2%,要显著高于整个实验时间内自由氯离子浓度的平均增长率，但98d到112dRPC0lmm自由氯离子浓度增长率仅为6.1%,与平均增长率相差3.9%。图中A曲线的上升率随浸泡时间增加逐渐变小，曲线走势均渐渐放缓，即氯化钠溶液持续浸泡时间中，RPC中自由氯离子浓度随着时间的推移，传输速度在逐渐减小。B、C、D曲线中RPC自由氯离子浓度平均增长率分别为10.7%、10.6%、6.5%,表明随着时间推移，传输深度的不断增加，氯离子在RPC中的传输渐渐变缓，且可以看出自由氯离子浓度随渗透深度的增加也在逐渐增大，表明氯离子传输速度衰减加速。随着氯离子传输深度的持续进行，氯离子在RPC中传输越加困难。从图2曲线中可以看出：在氯化钠溶液干湿循环实验中，氯离子传输深度停留在6mm以内。曲线A为氯化钠溶液干湿循环实验中，RPC试件0lmm磨粉所测自由氯离子浓度时间变化曲线，从14d开始到112d结束，14d一个龄期，每个龄期自由氯离子浓度分别为0.279%、0.588%、0.856%、1.079%>1.257%、1.423%、1.572%、1.691%oRPC中0lmm自由氯离子浓度随时间增长率平均为11.9%o14d至28d的平均增长率高达52.6%,远远高于自由氯离子浓度平均增长率，说明实验初期氯离子传输速度很快。而98d至112d的增长率仅为7.4%,即曲线斜率随RPC浸泡时间增加而减小，RPC0lmm处的自由氯离子浓度随浸泡时间的上升速度逐渐放缓，表明在氯化钠溶液干湿循环中，氯离子向RPC内传输的速度随着时间推移逐渐减慢。曲线B、C、D代表RPC不同深度自由氯离子浓度随浸泡时间变化的增长率,分别为12.7%、13.0%、10.6%、9.8%、1.3%o从各曲线的增长率可以看出，在氯化钠溶液干湿循环实验中，12mm、23mm自由氯离子浓度的增长率比0lmm处增长率要高，随后基本比0lmm处的低，可能是干湿循环引起的氯离子溶液对流导致浓度增长率的变化。例如112(1和98(1时，图中A曲线到E曲线的自由氯离子差值也逐渐扩大,即随氯离子渗透深度的增加，自由氯离子浓度增长减速，表明氯离子向RPC内部传输速度衰减随着传输深度的增加而逐渐增大，也说明氯离子向RPC内部传输随着传输深度的增大，氯离子传输越加困难。从5条曲线的起点看出，氯离子在28d的时候传输到23mm,56d的时候才到达34mm处且浓度非常小，且越深处，传输过相同深度所需时间越长，即相同浸泡龄期内，氯离子传输深度越小，说明氯离子浓度在氯离子在RPC内部传输的过程中传输速度衰减越显著。从图3可以看出：碳化和氯化钠溶液浸泡耦合作用下，RPC中自由氯离子浓度在不断增加。A曲线表示RPCO-Imm深度磨粉所测自由氯离子含量随时间的变化曲线，从14d至112d各个龄期RPC中自由氯离子浓度分别为0.268%、0.549%、0.806%、1.009%>1.166%>1.332%>1.182%、1.593%oRPCOlmm深度自由氯离子浓度的平均增长率为11.9%.14d至28d自由氯离子浓度增长率却高达51.2%,远高于平均增长率，说明在耦合侵蚀实验初期，氯离子在RPC表层的传输速度最高，越往RPC试件深处氯离子的传输速度逐渐下降。98d至112d增长率却仅为7.0%,可知，随着RPC浸泡龄期的增长，自由氯离子浓度的增长率逐步下降，但是自由氯离子浓度仍然在持续上升。但是RPC中自由氯离子浓度上升趋势逐渐放缓，氯离子向RPC内部传输的速度随着时间推移逐渐减慢，氯离子传输随时间和深度的推移越加困难。例如112d,98d0t,A曲线到E曲线的自由氯离子差值也逐渐扩大，即随氯离子渗透深度的增加，自由氯离子浓度增长减速，表明氯离子向RPC内部传输速度衰减随着传输