电通量法测试纤维混凝土抗氯离子渗透性能的试验研究

丛晓红 丛晓强 张玉栋 白启敬

(1.河北建筑工程学院,河北 张家口 075000；2.赤峰锐邦建筑工程有限公司,内蒙古 赤峰 024000)

电通量法测试纤维混凝土抗氯离子渗透性能的试验研究

丛晓红1丛晓强2张玉栋1白启敬1

(1.河北建筑工程学院,河北 张家口 075000；2.赤峰锐邦建筑工程有限公司,内蒙古 赤峰 024000)

氯离子渗透造成钢筋混凝土锈蚀，引起混凝土的结构破坏和耐久性不良.选取多种纤维作为研究对象，配合硅灰使用，采用电通量法来进行纤维混凝土的抗氯离子性能对比试验研究.试验结果表明：纤维种类、矿物掺合料等因素均会提高混凝土抗氯离子渗透性能.

混凝土;抗氯离子渗透;电通量;纤维;硅灰

0 前 言

当今国内外土木工程界一致认为，钢筋锈蚀是引起混凝土结构破坏和耐久性问题的首要因素.引起钢筋锈蚀的主要原因有混凝土的碳化、氯离子引起的钢筋去钝化以及酸性介质引起的钢筋腐蚀.工程实践和现有文献指出，氯离子渗入混凝土是造成钢筋锈蚀的最重要原因.在大多地区，冬季在公路、桥梁上喷洒大量的除冰盐，对钢筋混凝土的锈蚀破坏很大.一些沿海地区由于其特殊的环境及其施工不当，问题尤为突出.

氯离子进入混凝土的方式主要有两种，一是作为混凝土拌合物的组分掺入混凝土中，包括水泥中含的氯化物、某些工程使用的海砂中的氯化物、拌合水中氯化物、化学外加剂中的氯化物等；另一种是环境中的氯离子通过混凝土的宏观、微观缺陷侵入混凝土中，主要有以下几种方式：(l)扩散作用，氯离子从浓度高的地方向浓度低的地方移动；(2)渗透作用，在水压力作用下，盐水向压力较低的方向移动；(3)毛细管作用，含有氯离子的溶液向混凝土内部移动；(4)电化学迁移，在存在电位差的前提下，氯离子向电位高的方向移动.大量的试验研究表明，上述四种氯离子侵入混凝土的方式中，扩散被认为是最主要的侵入方式.

氯离子在混凝土中的迁移渗透可以采用很多方法来进行测试.按试验测定周期将混凝土抗氯离子渗透试验方法分为三种：慢速法、快速法和其他方法.本文中采用的是快速法中的电量法(库伦法)，电通量法是1981年由Whiting提出的通过施加外电场来加速测量氯离子渗透性的方法，该方法分别于1983年和1991年被AASHTO T277和ASTM C1202标准采用，已成为当前国际上最有影响的混凝土氯离子渗透性试验方法之一，其实质是测定饱水混凝土的电导率.电通量越小，混凝土抗氯离子渗透性能越好.

本文尝试采用电通量法探索纤维种类、矿物掺合料等因素对纤维混凝土抗氯离子渗透性能的影响规律.

1 试件制备

1.1 原材料

碳纤维：长度19 mm，抗拉强度1000 MPa，弹性模量100 Gpa，断裂伸长率15%.

玄武岩纤维：长度19 mm，抗拉强度2169 MPa，弹性模量129 Gpa，断裂伸长率1.68%.

聚丙烯纤维：长度19 mm，抗拉强度560 MPa，弹性模量5600 Mpa，断裂伸长率22.3%.

硅灰：活性指标≥90%，比表面积15000～27000 m2/kg,需水量比≥85%

水泥：42.5级普通硅酸盐水泥.

粗骨料：碎石，连续粒级4.75～19 mm.

细骨料：河砂，细度模数2.8.

减水剂：萘系，掺量1%.

水：本实验中的水分为两种水.一种是拌制混凝土用的水为普通自来水；第二种是电通量实验时做真空饱水用的纯净水.

1.2 配合比设计

考虑到混凝土强度等级对抗氯离子渗透能力的影响，并结合前期相关试验，本文中混凝土选择C40强度等级，矿物掺合料硅灰掺量为8%，各种纤维掺量均为1.0 g/L.

1.3 试件制备

按规定方法拌制混凝土，将拌合物添加到电通量实验试件模具中，然后把模具放到振实台上振实、抹平、编号.考虑到我国混凝土试件的模具和操作方便，以及为了与RCM法能够通用模具，标准规范试件直径(99～101) mm，厚度为(48～52) mm的范围，与美国ASTMC1202的规定基本一致.本实验试件直径为100 mm，厚度为50 mm的混凝土试件.将制作好的试件放入到室温20±2 ℃的养护室中养护28 d.

2 电通量测试

电通量实验需要配制浓度为0.3 mol/L的NaOH溶液和浓度为0.03 g/L的NaCl溶液.电通量试验仪器外加智能真空饱水仪、混凝土电测仪和装有测试软件的电脑等.

图1 智能真空饱水 图2 电通量实验

依次将做好28 d养护的试件从养护室里拿出来，把试件的上表面的水泥浆磨掉后，放在真空饱水仪中进行饱水24 h，如图1所示.试件抽气饱水后装入外加电压池，分别在溶液槽的阴阳极灌入按规定配制的氢氧化钠溶液和氯化钠溶液，然后分别连接到电源的正负极上，如图2.用电测仪测试，最后电脑自动记录数据生成结果.

3 试验数据分析

由图3可以清晰地看到：在硅灰的作用下，混凝土的电通量明显小于未加硅灰的混凝土，硅灰作为常用矿物掺合料中粒径较小的品种，其超细填充能力发挥了细化孔隙，增加密实度等作用，这些变化降低了氯离子的渗透速率.

图3 硅灰对混凝土电通量的影响

图4 纤维对混凝土电通量的影响 图5 配合硅灰使用时纤维对混凝土电通量的影响

图4所示数据为加入四种纤维的混凝土电通量值与未掺纤维的基础试件的百分比，可以看出聚丙烯网状纤维、聚丙烯单丝纤维和碳纤维都有较小的比值，说明它们均在一定程度上提高了抗氯离子渗透性能，其中碳纤维效果最明显，碳纤维良好的抗氯离子渗透性能与其自身良好的物理化学性能有关系；而聚丙烯纤维作为常用的合成纤维，无论是单丝的还是网状的，均可降低电通量值；玄武岩纤维在试验中表现为增加了混凝土的电通量，这是其真实影响还是试验偏差呢，结合图5的试验数据可得出玄武岩纤维降低氯离子渗透的性能并不弱于聚丙烯单丝及网状纤维，造成玄武岩纤维结果异常的原因可能与纤维的结团，分散不均匀有关.

图5所示数据为四种纤维与硅灰共同作用时的混凝土电通量值与空白基础试件的百分比，纤维与矿物掺合料共同作用下，其叠加效应明显，混凝土电通量下降明显；呈现出碳纤维>玄武岩纤维>聚丙烯单丝纤维>聚丙烯网状纤维的改善效果.

4 结 论

(1)选择硅灰等矿物掺合料提高混凝土抗氯离子渗透性能效果明显.

(2)纤维在分散性好、掺量适宜的情况下可降低混凝土电通量，提高抗氯离子渗透性能，其效果与纤维的品种有关.

(3)纤维配合硅灰使用时，取得较好的叠加效应，可使混凝土电通量降低60%～80%；纤维的抗氯离子渗透能力顺序为：碳纤维>玄武岩纤维>聚丙烯单丝纤维>聚丙烯网状纤维.

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Experimental Study on the Anti-chloride Ion Permeability Test of Fiber Reinforced Concrete by Electric Flux Method

CONGXiao-hong1,CONGXiao-qiang2,ZHANGYu-dong1,BAIQi-jing1

(1.Hebei Institute of Architecture and Civil Engineering,Zhanjiakou 075000;2.Chifeng Ruibang Construction Engineering Co.,Ltd.)

The corrosion of reinforced concrete,caused by chloride ion penetration,may bring about damage and poor durability of concrete structure.A variety of fiber is selected as the research object in this paper,with the use of silica fume,a contrast test is made to study the anti-chloride ion performance of fiber reinforced concrete by using electric flux method.The results show that the fiber type,mineral admixture and other factors will improve the concrete resistance to chloride ion penetration.

concrete;resistance to chloride ion penetration performance;fiber;silica fume

2016-08-20

河北省建设厅建设科技研究指导性计划项目(20122034)，张家口市科学技术研究与发展指导计划项目(1221004B)河北建筑工程学院校级科研基金项目(2016XJJYB02)

丛晓红(1979-)，女，讲师，从事材料学研究.

10.3969/j.issn.1008-4185.2017.01.011

TU 5

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