電通量法測試水灰比對混凝土抗氯離子滲透性能的影響

■祝曉燕

（福建省交通建設(shè)工程試驗(yàn)檢測有限公司，福州 350002）

由于水泥混凝土具有生產(chǎn)耗能低、 適用范圍廣、使用便捷等優(yōu)點(diǎn)，已成為當(dāng)代建設(shè)工程中不可代替的重要材料之一。 受到外界種種因素的影響，混凝土的原材料中有可能存在有害元素，而且混凝土本身脆性較大、抗沖擊性能低、抗拉強(qiáng)度低，所以混凝土容易脆性開裂，直接影響到混凝土的抗?jié)B性能、抗凍性能、抗化學(xué)介質(zhì)侵入和鋼筋抗銹蝕性能等，從而導(dǎo)致混凝土的使用壽命大大減短[1-2]。 這就要求混凝土不僅僅要有優(yōu)良的強(qiáng)度，還應(yīng)具有良好的耐久性能和適應(yīng)各種環(huán)境的工作性能，得以滿足當(dāng)前和將來的各種建設(shè)工程的性能需求[3]。

氯離子侵入混凝土內(nèi)部之后，將造成混凝土脆性開裂，從而造成混凝土的耐久性變差。 氯離子對混凝土的滲透作用主要是經(jīng)過毛細(xì)作用、靜水壓和擴(kuò)散作用來進(jìn)行的。 混凝土對氯離子的吸附效果只作用于混凝土的表面層，而靜水壓作用下的氯離子運(yùn)動在實(shí)際混凝土結(jié)構(gòu)中很少見， 氯離子的擴(kuò)散作用產(chǎn)生是由混凝土中氯離子濃度梯度變化引起的。 在混凝土結(jié)構(gòu)中，擴(kuò)散作用是氯離子侵蝕混凝土結(jié)構(gòu)，達(dá)到鋼筋位置最主要的方式，氯離子通過擴(kuò)散作用侵入鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)， 經(jīng)過電化學(xué)反應(yīng)引發(fā)并加快混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)鋼筋的銹蝕， 從而導(dǎo)致整個混凝土結(jié)構(gòu)的損毀[4]。因此，通過對混凝土氯離子滲透性能的研究，能夠有針對性地采取有效的防范措施，以提高混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性能。 本研究采用不同水灰比制作混凝土試塊構(gòu)件，通過測量電通量的方法，對混凝土的抗氯離子滲透性能進(jìn)行分析研究。

1 電通量法介紹

電通量法是在一定條件下通過混凝土規(guī)定大小截面積的電荷總量，用來評價混凝土抵抗水和氯離子等介質(zhì)向混凝土內(nèi)部滲透的能力。

電通量試驗(yàn)方法是利用外界強(qiáng)加電場來加快混凝土構(gòu)件兩端的溶液離子的運(yùn)動速度，在這種情況下，外界電場成為氯離子運(yùn)動主要動力。 在外界直流電壓的作用驅(qū)動下， 溶液中的離子快速運(yùn)動，向正極方向運(yùn)動， 測量規(guī)定的時間內(nèi)經(jīng)過的電量，就能反映混凝土構(gòu)件的抵抗氯離子滲透的能力。 電通量試驗(yàn)方法采用的試驗(yàn)裝置、用具和試劑見圖1[2]。

圖1 電通量試驗(yàn)裝置安裝示意圖

電通量試驗(yàn)結(jié)束后， 得到6 h 通過的電量，每個構(gòu)件的總電通量可以用簡化公式計算：

式中：Q—通過構(gòu)件的總電通量（C）；I0—初始電流（A）；It—在時間t（min）的電流（A）。

由上述公式計算得到的總電通量應(yīng)當(dāng)換算成為標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件直徑為95 mm 的電通量值，換算過程按下述公式計算：

式中：Qs—通過直徑為95mm 構(gòu)件的電通量（C）；Qx—通過直徑為x（mm）構(gòu)件的電通量（C）；x—構(gòu)件的實(shí)際直徑（mm）。

每組構(gòu)件的試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)取3 個構(gòu)件總電通量的算術(shù)平均值作為該組構(gòu)件的電通量試驗(yàn)值。 當(dāng)其中一個構(gòu)件的總電通量值與中值的差超過中值的15%時，應(yīng)取其他兩個構(gòu)件的總電通量的算術(shù)平均值作為該組構(gòu)件的試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)值。 當(dāng)有2 個構(gòu)件的總電通量值與中值的差都超過中值的15%時，應(yīng)當(dāng)取中值作為該組構(gòu)件電通量試驗(yàn)值。

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)原材料

水泥：P.O42.5 普通硅酸鹽水泥；外加劑：聚羧酸高性能減水劑；粉煤灰：F 類Ⅱ級；砂：河沙（細(xì)度模數(shù)2.54）；石子：碎石（5～25）mm。

2.2 混凝土配合比

混凝土配合比見表1， 該配合比以普通硅酸鹽水泥P.O42.5 作為基準(zhǔn)混凝土A0 膠結(jié)料， 水灰比為0.45，粉煤灰是按超量取代普通硅酸鹽水泥的方法加入膠凝材料系統(tǒng)的，摻加量分別為普通硅酸鹽水泥的12%、14%、16%、18%， 這樣得到的混凝土A1、A2、A3、A4 的水灰比分別為0.40、0.39、0.38、0.37。

表1 混凝土配合比(單位：kg/m3）

2.3 試驗(yàn)設(shè)計

（1）該電通量試驗(yàn)采用直徑100 mm，高度50 mm的圓柱體混凝土試件，養(yǎng)護(hù)到規(guī)定齡期后，將混凝土試件暴露于空氣中至表面干燥，以硅膠或樹脂密封材料涂刷混凝土試件圓柱表面，以保證混凝土試件圓柱面完全密封。

（2）測試前應(yīng)進(jìn)行真空飽水，將混凝土試件放入真空干燥容器中，啟動真空泵使真空干燥器中的負(fù)壓保持在1～5 kPa，保持這一狀態(tài)3 h 后，注入足夠多的蒸餾水直至混凝土試件被淹沒，浸泡1 h 有恢復(fù)常壓后，繼續(xù)浸泡18 h。

（3）混凝土試件浸泡18 h 后取出，抹擦干凈多余的水分（保持混凝土試件所在周圍環(huán)境的相對濕度95%以上），然后把混凝土試件安裝在試驗(yàn)槽內(nèi)，采用螺桿把兩個試驗(yàn)槽和端面裝有硫化橡膠墊的混凝土試件夾緊。

（4）將質(zhì)量濃度為3%的NaCl 溶液和物質(zhì)量濃度為0.3 mol/L 的NaOH 溶液分別注入兩側(cè)試驗(yàn)槽內(nèi)，注NaCl 溶液的試驗(yàn)槽內(nèi)的銅網(wǎng)接電源的負(fù)極，注NaOH 溶液的試驗(yàn)槽內(nèi)的銅網(wǎng)接電源的正極。

（5）保持兩側(cè)試驗(yàn)槽內(nèi)充滿溶液狀態(tài)下接通電源，對兩側(cè)試驗(yàn)槽內(nèi)銅網(wǎng)施加（60±0.1）V 直流恒電壓，采用自動采集數(shù)據(jù)的裝置進(jìn)行記錄電流值。 記錄下電流初始讀數(shù)I0后，接下來每間隔5 min 記錄1 次電流值， 若電流值變化比較小的時候， 每間隔10 min 記錄1 次， 若電流值變化非常小的時候，每間隔30 min 記錄1 次，直到通6 h 電[2]。

3 結(jié)果與分析

從表2 和圖2 可知，隨著水灰比的逐漸增大，硬化后的水泥漿體內(nèi)部的毛細(xì)孔的孔隙率逐漸增大，連通的毛細(xì)孔也逐漸增多，混凝土在拌合過程中，水會在砂石料表層形成水膜，使混凝土在水泥漿與砂石料之間形成一個過渡界面， 混凝土的內(nèi)部縫隙和連通孔隙會更進(jìn)一步導(dǎo)致混凝土的滲透性增強(qiáng)， 從而使混凝土的抗氯離子滲透能力大大降低。

通過對不同水灰比的混凝土構(gòu)件在7 d 和28 d齡期分別進(jìn)行電通量試驗(yàn)，結(jié)果表明隨著水灰比逐漸變大，電通量測量值隨之逐漸增大，表明混凝土抗氯離子性能逐漸變差。

表2 不同水灰比的混凝土構(gòu)件的電通量測試結(jié)果

圖2 電通量與水灰比關(guān)系曲線

4 結(jié)語

混凝土滲透性是評價混凝土質(zhì)量好壞和混凝土耐久性的重要指標(biāo)，水灰比是其中比較重要的一個影響因素。 但還有一些其它的影響因素也需要注意，例如在條件允許的情況下，適當(dāng)調(diào)整粉煤灰的摻量比例，一方面可以改善混凝土的和易性，增加混凝土的密實(shí)性能， 來提高混凝土的滲透性能；另一方面可以替代一部分的水泥，從經(jīng)濟(jì)效益方面考慮，可以節(jié)約成本。 因此，在今后的混凝土配合比設(shè)計中應(yīng)綜合考慮實(shí)際工程的使用功能、條件和環(huán)境因素的影響進(jìn)行綜合計算，為滿足實(shí)際工程的要求選擇一個合適的水灰比。