客運專線高性能混凝土電通量影響因素的試驗研究*

李健，趙棟，謝咸頌，張邦平

（1. 衢州學院建筑工程學院，浙江 衢州 324000；2. 衢州金夏非凡建材有限公司，浙江 衢州 324002）

0 引言

目前，我國正興起大規模的鐵路建設，為了把高速鐵路的經濟效益發揮到最大化，鐵道等相關部門在廣泛吸收國外和國內重點建筑工程經驗的基礎上，提出了客運專線的混凝土結構采用具有高耐久性的高性能混凝土，以使混凝土結構體系達到正常的使用壽命，并相繼發布了《鐵路混凝土工程施工質量驗收補充標準》（鐵建 [2005]160 號）、《鐵路混凝土結構耐久性設計暫行規定》（鐵建設 [2005]157 號）、《客運專線高性能混凝土暫行技術條件》（科技基 [2005]101號）、《客運專線鐵路混凝土耐久性工程施工技術指南》等多部技術條件和規范，給客運專線用高性能混凝土提出了明確的技術要求和耐久性設計指標。其中電通量作為鐵路高性能混凝土的常規必做耐久性指標之一，氯離子的抗滲透性是評價混凝土抵抗氯離子侵蝕的一個重要性能。[1]

1 試驗用原材料

（1）水泥： 衢州虎山水泥有限公司 P·O42.5；

（2）細骨料：衢州河砂， 中砂，表觀密度 2620kg/m3，細度模數 2.6；

（3）石子：石灰巖，粒徑為 5～16 mm、16～25mm 兩級配碎石，各占 50%，組成連續級配；

（4）粉煤灰：巨化熱電廠生產的Ⅱ級灰，表觀密度2200kg/m3；

（5）礦粉：浙江衢州元立金屬制品有限公司生產的 S95型粉煤灰；

（6）外加劑：金華市高恒混凝土外加劑有限公司生產的DH-A 聚羧酸高效減水劑，減水率大于 25%。

2 試驗設備及試驗步驟

2.1 試驗設備

ASTM C1202 氯離子滲透測定儀、SR 型智能混凝土真空保水機。

2.2 試驗步驟

（1）制作試件直徑為 100mm、厚度為 50mm，試驗以三塊為一組。編上編號，放入標準養護條件下養護[2]；

（2）在 28d 和 56d 試驗齡期前，將試件暴露于空氣中至表面干燥，以硅膠密封材料涂于試件側面，以保證側面完全密封；

（3）將試件放入真空干燥器中啟動真空泵，保持真空3h，維持這一真空度并注入足夠的蒸餾水，直至淹沒試件，試件浸泡 1h 后恢復常壓，再繼續浸泡 18h 左右；

（4）取出試件，抹掉多余水分，將試件安裝于試驗槽內，用橡膠密封環密封，并用螺桿將兩試驗槽和試件夾緊，以確保不會滲漏；

（5）將質量濃度為 0.3% 的氯化鈉和 0.3 mol/L 的氫氧化鈉溶液分別注入試件兩側的試驗槽中，注入氯化鈉溶液試驗槽內的銅網連接電源負極，注入氫氧化鈉溶液試驗槽內的銅網連接電源正級；

（6）最后接通電源，對上述銅網施加 60V 直流恒電壓，通電 6 個小時；

（7）記錄電流，計算最后通過的電量。

3 正交試驗設計

試驗以水膠比、膠材總量、礦物摻合料的摻量、砂率、粉煤灰與礦粉比等五個因素對電通量的影響[3]，各個因素選 4個水平。以混凝土試件 28d、56d 電通量作為考核指標，分析各因素對抗氯離子滲透能力的影響規律及顯著性，確定出試驗最佳方案。

采用 L16(45) 正交表，其因素和水平的安排如表1 所示，正交試驗方案及結果如表2 所示。

4 試驗結果分析

4.1 極差分析

極差分析如表3 所示。

由表3 可知：對于高性能混凝土的 28d 和 56d 電通量，因素影響順序為：水膠比 A＞膠凝材料的用量 B＞礦物摻合料的摻量 C＞粉煤灰與礦粉摻量比 E＞砂率 D。混凝土內部的裂隙孔隙是影響其電通量的重要因素之一，氯離子可經裂隙孔隙滲入混凝土內部。隨著混凝土的水膠比的增加，水泥漿中多余水分的蒸發和泌水，會使混凝土內部的毛細管道增加，從而增加了氯離子在混凝土中運輸的通道，提高了氯離子在混凝土內的傳輸速度。因此，不利于混凝土抗氯離子滲透性能的提高。其次粉煤灰和礦粉中的細微顆粒均勻分布在水泥漿內，填充孔隙和毛細孔，可改善混凝土的孔隙結構，降低了氯離子在混凝土內的傳輸速度，有利于混凝土抗氯離子滲透性能的提高。膠凝材料的用量，砂率等雖然都會對混凝土內部的裂隙孔隙結構產生影響，但影響程度不大。

表1 L16(45) 因素水平表

表2 L16(45) 正交試驗方案及結果

表3 極差分析結果

4.2 方差分析

方差分析見表4 。

由表4 可知，水膠比 A 對混凝土 28d 和 56d 的電通量影響均高度顯著；膠凝材料的用量 B 對混凝土 28d 影響為顯著，而對 56d 電通量影響為高度顯著；礦物摻合料 C 對混凝土 28d 和 56d 電通量有影響但不顯著；粉煤灰與礦粉摻量比E對混凝土 28d 電通量有影響但不顯著；砂率 D 對混凝土 28d的電通量影響顯著，但隨著時間的增加，對混凝土 56d 的電通量影響表現為有影響但不顯著。根據 GB146—90《粉煤灰混凝土應用技術規范》規定，粉煤灰混凝土設計強度等級的齡期一般為 28d[4]，在達到標準養護齡期后，隨著時間的推移，粉煤灰中的 SiO2，Al2O3與水泥的水化產物反應越充分，生成了水化硅酸鈣和鋁酸鈣[5]，填充了部分孔隙，減小了混凝土的孔隙率，改善了混凝土的結構，使其更加致密，因此粉煤灰礦粉的摻量對混凝土 28d、56d 電通量影響的顯著性不同。

表4 方差分析結果

5 結語

（1）正交試驗結果表明，影響混凝土電通量的主次因素依次為：水膠比＞礦物摻合料的摻量＞膠凝材料的用量＞粉煤灰與礦粉比＞砂率。

（2）實驗表明：綜合考慮高性能混凝土的和易性和混凝土電通量性能，其最佳配合比為：A1 B4 C4 D4 E4。

（3）對在配合比設計過程中，除限制最小水泥用量外，也要控制膠凝材料不能超過一定用量，以保證混凝土的耐久性滿足設計要求。

[1] 張勇，杜修力，李悅，等.混凝土電通量的試驗研究及影響因素分析[C].2011年混凝土與水泥制品學術討論會論文集[A]，2011.

[2] GB/T50082—2009.普通混凝土長期性能和耐久性能實驗方法標準[S].

[3] 陳樹亮.混凝土碳化機理影響因素及預測模型[J].水利水力科技，2010(6): 13-33.

[4] 葉青，丁鑄.土木工程材料[M].北京：中國計量出版社，2012.

[5] 史雨.粉煤灰對高性能混凝土強度和電通量的影響[J].山西建筑，2012(9):141-143.