曾 力，朱蘊東，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性能是評價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)，經(jīng)實踐證明，已難以表征高強度等級混凝土的密實性能［1］.對于高性能或高強度等級混凝土，目前較多采用氯離子擴散系數(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)護方式等對混凝土滲透性能等的影響［4-5］，而針對混凝土滲透性能與其它耐久性能指標(biāo)相關(guān)關(guān)系的研究則相對較少，且較多集中于抗壓強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、氯離子擴散系數(shù)、快速碳化試驗以及動彈性模量的試驗測試，分別研究了原材料、立方體抗壓、碳化深度、動彈性模量與不同齡期混凝土氯離子擴散系數(shù)間的相關(guān)關(guān)系.

1 試驗研究

1.1 試驗原材料

水泥:天瑞集團鄭州水泥股份有限公司生產(chǎn)的普通硅酸鹽水泥，強度等級42.5，比表面積354 m2/kg;細骨料:焦作產(chǎn)天然中砂，細度模數(shù)2.8，表觀密度2 630 kg/m3;人工機制砂:細度模數(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，細度18.5%;磨細礦渣粉: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)計規(guī)程》和已有實際工程經(jīng)驗，試驗所用混凝土配合比如表1所示.

1.3 試驗內(nèi)容

按照GB/T 50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》［8］測試4個試驗編號混凝土試塊28 d和84 d齡期的立方體抗壓強度.混凝土試塊尺寸150 mm×150 mm×150 mm，每試驗編號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《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》［9］測試4個試驗編號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，每試驗編號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《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》測試4個試驗編號84 d齡期混凝土試塊的動彈性模量.混凝土試塊尺寸100 mm×100 mm×400 mm，每試驗編號每配合比各一組試件.

按照JTG/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法測試4個試驗編號混凝土試塊28 d和84 d齡期的氯離子擴散系數(shù).混凝土試塊尺寸150 mm×150 mm×150 mm，每試驗編號每配合比各一組試件.試驗前將試塊按直徑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，試驗用溶液均在試驗室配制.

1.4 試驗結(jié)果

混凝土立方體抗壓強度、碳化28 d后的碳化深度、84 d動彈性模量、氯離子擴散系數(shù)試驗結(jié)果如表2所示.

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

2 分析與討論

2.1 原材料對氯離子擴散系數(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 立方體抗壓強度與氯離子擴散系數(shù)的關(guān)系

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

由圖3和圖4可知，混凝土的氯離子擴散系數(shù)隨立方體抗壓強度的提高而降低.當(dāng)混凝土處于28 d齡期時，其立方體抗壓強度與氯離子擴散系數(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度的線性相關(guān)性相對較低.

隨著混凝土齡期的增長，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，氯離子擴散系數(shù)與立方體抗壓強度之間呈現(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性和堿性儲備的大小，碳化深度與84 d齡期混凝土氯離子擴散系數(shù)線性相關(guān)性良好.

2.4 動彈性模量與氯離子擴散系數(shù)的關(guān)系

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

圖6 84 d齡期動彈性模量與不同齡期混凝土氯離子擴散系數(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散系數(shù)均隨84 d齡期動彈性模量的提高而降低，這是由于混凝土動彈性模量的大小可反映混凝土內(nèi)部的整體性和密實性.

3 結(jié)論

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

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

(4)不同齡期混凝土氯離子擴散系數(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散系數(shù)具有良好的線性相關(guān)性.

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

［2］中華人民共和國交通部.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)計規(guī)范［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2009.

［4］謝友均，馬昆林，龍廣成，等.礦物摻合料對混凝土中氯離子滲透性的影響［J］.硅酸鹽學(xué)報，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度的關(guān)系［J］.建筑材料學(xué)報，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］中華人民共和國建設(shè)部.GB/T 50081—2002普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2003.

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