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矿物掺合料对混凝土氯离子结合能力的影响分析

作者: 发布时间:2019-12-05 11:18:14 阅读: 72 次

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矿物掺合料对混凝土氯离子结合能力的影响分析

 

摘要:混凝土的氯离子结合能力对提高建筑的耐久性和寿命具有重要作用,在实际的应用过程中,主要是以结合的形式,防止对钢筋混凝土中的钢筋锈蚀产生危害,对延长钢筋混凝土结构的寿命,降低氯离子的扩散速率具有重要作用。本文主要是对矿物掺合料对混凝土氯离子结合能力的影响进行分析。

关键词:掺合料;混凝土;氯离子;影响

 

前言:判断钢筋是否存在锈蚀现象,需要将钢筋混凝土建筑结构的耐久性能作为主要指标。混凝土通常会暴露在含有氯盐的侵蚀环境中,会通过吸附、扩散、渗透和毛细作用等方式入浸到混凝土内部,扩散是氯离子在混凝土中迁移的主要方式,需要在一定初始条件和边界条件下,对混凝土中氯离子的扩散性能进行研究,明确矿物掺合料对混凝土氯离子结合能力的影响。

一、不同掺合料及其掺量对氯离子结合能力的影响

(一)粉煤灰单掺

粉煤灰作为一种新型的材料制品,在混凝土、水泥和烧结砖生产中被广泛应用,粉煤灰自身具有优化新拌混凝土的性能,有助于提高混凝土结构的耐久性,按照其物理性能指标,可以将粉煤灰分为3个等级,具体分类方式如表1所示。实验研究表明,当粉煤灰的形貌特征与化学成分一致时,自身的粒度越小,有助于提升混凝土的强度,将其与水泥颗粒填充在一起,能够起到润滑作用,从而改变混凝土的流动性。

1 粉煤灰的分类

指标(含量,不大于)

I

II

III

细度,%

13

26

46

需水量比,%

96

106

116

烧失量,%

6

9

16

含水量,%

2

2

-

三氧化硫,%

4

4

4

通过表1中的数据可知,I级煤粉的粒度更小,为了明确粉煤灰对混凝土氯离子结合能力的影响,主要是通过控制粉煤灰的产量来实现。粉煤灰的具体掺量如表2所示:

2 粉煤灰掺量

编号

0

F1

F2

F3

F4

F5

取代水泥用量

0

10%

20%

30%

40%

50%

试验结果表明,如果采用Ca(OH)2溶液来配置侵蚀液时,需要将矿物掺合料掺入到混凝土中,产生Ca(OH)2,导致混凝土的碱度下降,给混凝土氯离子的结合能力造成了较大的影响。为了明确这一影响结果,需要将Ca(OH)2溶液与氯离子的盐溶液进行饱和处理,运用电极法来测量掺粉煤灰的点位置,进而计算出氯离子的浓度。当粉煤灰的掺量较低时,粉煤灰掺量的增加,会导致氯离子的结合能力增强。当粉煤灰的掺量超过30%后,粉煤灰渠道水泥用量增多,氯离子的结合能力会逐渐下降[1]

(二)矿渣单掺

矿渣是混凝土矿物掺料的重要组成部分,在水泥中掺入矿渣,有助于改善水泥的物理性能,降低企业的生产成本。矿渣在使用过程中能够取代水泥进行使用,有助于改善混凝土的综合指标。在混凝土中掺入矿渣能够有效控制水化热温升,提高了混凝土的强度和耐久性能。由于矿渣自身具有微弱的水硬性,当加入混凝土后会与Ca(OH)2发生二次反应,生成CSH凝胶,有助于改善混凝土的内部结构,降低CO2和氯离子的扩散系数。本实验会设置不同的掺量,主要是研究混凝土氯离子结合能力和矿渣掺量之间的关系,分析了矿渣对混凝土表观氯离子的扩散系数影响规律。矿渣取代水泥的用量如表3所示:

3 矿渣掺入方式

编号

0

S1

S2

S3

S4

S5

S6

取代水泥用量

0

10%

20%

30%

40%

50%

60%

通过采用Ca(OH)2溶液来配置侵蚀液,运用离子电极法来测量水溶性氯离子和酸溶性氯离子的浓度。当掺入矿渣后,氯离子的结合能力会随着矿渣掺量的增加而逐渐变强。当矿渣的产量一旦超过50%时,混凝土的结合能力会缓慢变弱,需要将矿渣掺量的范围控制在40%-60%范围内,提升混凝土砂浆的结合能力。

(三)混掺粉煤灰和矿渣

不同的矿物细掺料在混凝土中运用时会展现出不同的使用特点,在单掺粉煤灰时,会导致混凝土的需水量逐渐降低,抗碳化性能逐渐变差。如果粉煤灰的掺量过多时,也会导致混凝土的强度偏低。矿渣在混凝土的内部结构中使用时,有助于提高混凝土的密实性,有助于提升抗碳化性能,具有良好的保水性,掺入不同的矿渣,会导致混凝土的性能发生较大的变化。实验研究表明,不同的矿物细掺料会产生“超叠效应”,矿物的面积、活性和粒度范围存在较大的差异,导致混凝土的工作性能、耐久性能和力学性能等均有所提高。通过粉煤灰和矿渣复掺对混凝土砂浆的氯离子结合能力影响情况进行分析,可知矿物掺合料在取代水泥总量的情况,需要改变矿渣和粉煤灰的用量,具体的掺入方式如表4所示:

4 混掺时矿物掺和料掺入方式

编号

H1

H2

H3

H4

H5

取代水泥用量

10%F+50%S

20%F+40%S

30%F+30%S

40%F+20%S

50%F+10%S

主要是运用Ca(OH)2溶液来配置侵蚀液,需要按照矿渣和粉煤灰的产量此消彼长的掺入方式来完成破碎、养护、成型和终止水化工序,与氯离子充分结合,防止矿物掺合料不同对混凝土的碱度造成的影响。需要采取干燥、过滤和再浸泡等工序,来测量出各组试样的电位值,结合水溶性氯离子浓度和酸溶性氯离子浓度来甲酸各组试样的水溶性。

二、侵蚀环境对氯离子结合能力的影响

(一)实验设计

由于侵蚀液中的阳离子和阴离子的种类和浓度不同,侵蚀液的PH值等因素,都会对混凝土中氯离子的结合过程造成较大的影响,为了明确侵蚀液中氯离子度和PH值对混凝土氯离子结合能力造成的影响,需要合理设置氯离子浓度,对侵蚀液浸泡后各实验组的氯离子结合情况进行测量,找出侵蚀环境中影响混净土氯离子结合能力的影响机理。在实验前,需要破碎同一龄期的混凝土试块,浸泡在NaC1侵蚀液中,浸泡的时间为10天,对混凝土颗粒进行干燥处理研磨,用解离液来解离氯离子[2]

(二)实验结果

氯离子浓度会直接影响氯离子的渗透速率和扩散的原动力,需要合理设置不同的浓度梯度,对氯离子的结合能力进行测量,明确氯离子浓度对混凝土砂浆的氯离子结合能力的影响机理。本次试验主要包括磨粉、浸泡、干燥等工序,主要是运用等量去离子水进行浸泡,用离子选择电极法来测量各试验组溶液的电位值,有助于降低试验误差,结合得到的电位值,再来计算酸溶性氯离子和水溶性氯离子的浓度。

计算结果表明,氯离子浓度的增加会随着外环境侵蚀液影响,降低了混凝土砂浆氯离子的结合能力,通过掺入矿物掺合料有助于增加混凝土的氯离子结合性能。图1表明了在不同的外环境侵蚀液浓度下,氯离子的结合能力。

 

 1 不同外环境侵蚀液浓度下的氯离子结合能力

从图1中可以看出,混凝土砂浆与外环境侵蚀液浓度之间具有密切的关系,会随着外环境中氯离子浓度的增加,混凝土氯离子的结合能力会逐渐变小。侵蚀液中的氯离子浓度对混凝土氯离子的结合能力会造成较大的影响,氯离子浓度的增大,酸溶性氯离子、水溶性氯离子和结合氯离子的浓度均会得到一定程度的增加。浸泡液中氯离子浓度的增加,会导致混凝土颗粒内外氯离子的化学梯度增大,会有更多的氯离子渗入到混凝土的内部,水溶性氯离子和总氯离子的浓度会随之增加。同时,混凝土的碱度也是影响混凝土耐久性能的主要因素,通常会以PH值的形式展现出来,PH值对混凝土中钢筋锈蚀的影响主要体现在氯离子的扩散性能,由于PH值会影响混凝土氯离子的结合能力,进而导致混凝土中氯离子的扩散性能[3]

结论:本文主要是针对矿物掺合料对混凝土氯离子结合能力的影响因素进行分析,运用的掺合料主要包括粉煤灰单掺、矿渣单掺和混掺粉煤灰和矿渣,对这三种掺量对氯离子结合能力的影响进行分析,并总结出了影响结论。结合讨论的要点,通过实验的形式,探究侵蚀环境对氯离子结合能力的影响,可知掺入矿物掺合料与混凝土的氯离子结合性能有直接关系,混凝土砂浆与外环境侵蚀液浓度之间具有密切的关系,矿物掺合料会直接影响混凝土氯离子的结合能力。

参考文献:

[1]李梅,温勇,张广泰,唐巍,董海蛟. 矿物掺合料对混凝土抗氯离子渗透性的影响综述[J]. 材料导报,2013,11:107-110.

[2]王喆,王栋民. 不同复合矿物掺合料对混凝土长期性能的影响差异[J]. 硅酸盐通报,2015,08:2392-2397.

[3]韩建国,李克非. 混凝土抗氯离子渗透能力测试方法的适用性[J]. 建筑材料学报,2015,04:704-709+715.