取代率對(duì)再生混凝土的抗氯離子侵蝕特性影響研究

王多財(cái)

(新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司,烏魯木齊 830000)

0 引 言

再生混凝土能夠?qū)崿F(xiàn)建筑廢料的再循環(huán)利用,處于腐蝕環(huán)境中的水工結(jié)構(gòu)如臨海工程,對(duì)混凝土構(gòu)件的抗腐蝕性有較高要求,因此再生混凝土的抗腐蝕性特征成為該類水工結(jié)構(gòu)在一定時(shí)期內(nèi)有效發(fā)揮其功能的關(guān)鍵。

目前,許多學(xué)者對(duì)混凝土的抗腐蝕性問(wèn)題進(jìn)行了相關(guān)研究。劉冰宇等[1]通過(guò)自行設(shè)計(jì)的方法,研究了陶粒混凝土對(duì)重污染水的抗侵蝕性能。結(jié)果表明,通過(guò)自行設(shè)計(jì)方法得到的混凝土抗侵蝕系數(shù)與實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果值相關(guān)系數(shù)最高。梁詠寧等[2]通過(guò)對(duì)摻入不同摻合料與摻量的混凝土進(jìn)行抗硫酸鹽侵蝕特性分析,結(jié)果表明,不同的摻合料在混凝土的抗硫酸鹽侵蝕方面發(fā)揮著不同的作用,且摻量大小影響其作用強(qiáng)度大小。王軍等[3]通過(guò)試驗(yàn)方法,研究了普通混凝土和高強(qiáng)混凝土在硫酸鹽、碳酸鹽、氯鹽復(fù)合溶液的抗侵蝕特性,結(jié)果表明,高強(qiáng)混凝土在復(fù)合溶液中的抗侵蝕性優(yōu)于普通混凝土,復(fù)合溶液的侵蝕性大于單一溶液。王信剛等[4]通過(guò)X射線衍射儀和環(huán)境掃描電鏡,研究了采用不同水泥預(yù)制的混凝土在硫酸鹽溶液和堿溶液中的抗侵蝕性能。結(jié)果表明,普通水泥預(yù)制的混凝土對(duì)硫酸鹽溶液的抗侵蝕性優(yōu)于堿性水泥預(yù)制的混凝土,堿性水泥預(yù)制的混凝土對(duì)堿溶液抗侵蝕性優(yōu)于普通水泥。

上述文獻(xiàn)針對(duì)各類不同材料預(yù)制的混凝土抗侵蝕性能進(jìn)行了分析,主要研究了添加外摻劑的混凝土抗腐蝕性,而有關(guān)粗骨料取代率不同的再生混凝土抗腐蝕性研究較少。因此,本文通過(guò)開(kāi)展對(duì)不同粗骨料取代率的混凝土抗氯鹽溶液的腐蝕性試驗(yàn),研究氯鹽溶液的腐蝕性環(huán)境下的粗骨料最優(yōu)取代率,以期為再生混凝土在海洋、湖泊等氯離子侵蝕環(huán)境下的水利工程中的合理應(yīng)用提供借鑒。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本文試驗(yàn)工況設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。干濕循環(huán)按照3天一個(gè)周期進(jìn)行,循環(huán)方法按照2∶1進(jìn)行,即兩天干燥、一天浸泡;混凝土試樣水灰比為0.5,設(shè)置再生粗骨料替代率分別為0%、30%、50%、70%、100%,按照水∶水泥∶砂∶石子/粗骨料質(zhì)量比為1∶2∶2∶3的比例預(yù)制混凝土試件,試樣尺寸100mm×100mm×100mm。

表1 試驗(yàn)工況設(shè)計(jì)(質(zhì)量比)

氯化鈉溶液濃度為2.5%,循環(huán)天數(shù)分別為90、180、270天。表1中的NO.1-NO.18不同工況試樣,在氯化鈉腐蝕性溶液中按照2∶1的干濕循環(huán)方案,經(jīng)歷不同的循環(huán)天數(shù)后,將試樣從溶液中取出,通過(guò)臺(tái)式多用鉆床鉆取試樣不同深度處的粉末,采用ZDJ-4A自動(dòng)電位滴定儀對(duì)其內(nèi)的自由氯離子濃度和總氯離子濃度進(jìn)行測(cè)量。

2 試驗(yàn)結(jié)果

為了研究不同粗骨料替代率的混凝土試樣,按照2∶1的干濕循環(huán)制度,在氯化鈉溶液中經(jīng)歷不同的循環(huán)天數(shù)干濕循環(huán)試驗(yàn)后,分析其抗氯離子擴(kuò)散能力和混凝土材料與氯離子結(jié)合能力的變化。采用試樣不同深度處的自由氯離子濃度,量化其抗氯離子擴(kuò)散能力的變化;采用總氯離子濃度與自由氯離子濃度的比,量化混凝土材料和氯離子的結(jié)合能力變化。通過(guò)測(cè)定表1中不同試驗(yàn)工況下試樣各循環(huán)天數(shù)后的自由氯離子濃度和總氯離子濃度,獲得不同干濕循環(huán)天數(shù)后試樣中自由氯離子濃度隨侵入深度變化的關(guān)系曲線圖,見(jiàn)圖1、圖2、圖3;不同干濕循環(huán)天數(shù)后,試樣中總氯離子濃度隨侵入深度變化的關(guān)系曲線圖見(jiàn)圖4、圖5、圖6。

圖1 自由氯離子濃度隨深度的變化(90天)

圖2 自由氯離子濃度隨深度的變化(180天)

圖3 自由氯離子濃度隨深度的變化(270天)

圖4 總氯離子濃度隨深度的變化(90天)

圖5 總氯離子濃度隨深度的變化(180天)

圖6 總氯離子濃度隨深度的變化(270天)

2.1 自由氯離子濃度變化

為了研究不同粗骨料替代率的混凝土試樣,按照2∶1的干濕循環(huán)制度,在氯化鈉溶液中經(jīng)歷90天的循環(huán)天數(shù)干濕循環(huán)試驗(yàn)后,分析其抗氯離子擴(kuò)散能力,不同干濕循環(huán)天數(shù)后NO.1-NO.18試樣中自由氯離子濃度隨侵入深度變化的關(guān)系曲線圖見(jiàn)圖1。

由圖1可知,在同一深度處,隨著替代率的增大,自由氯離子濃度逐漸增大,如在2.5mm深度處,替代率分別為0%、30%、50%、70%、100%的試樣,對(duì)應(yīng)的氯離子濃度分別為0.72%、0.74%、0.75%、0.78%、0.85%;每一替代率的試樣,氯離子含量隨著侵入深度的增加而逐漸減小,如替代率70%的試樣在2.5、7.5、12.5、17.5mm侵入深度處的自由氯離子含量分別為0.78%、0.4%、0.26%、0.22%,表明粗骨料替代率的增大使得混凝土中的自由氯離子增大。

為了研究不同粗骨料替代率的混凝土試樣,按照2∶1的干濕循環(huán)制度,在氯化鈉溶液中經(jīng)歷180天的循環(huán)天數(shù)干濕循環(huán)試驗(yàn)后,分析其抗氯離子擴(kuò)散能力,不同干濕循環(huán)天數(shù)后NO.1-NO.18試樣中自由氯離子濃度隨侵入深度變化的關(guān)系曲線圖見(jiàn)圖2。

由圖2可知,在同一深度處,隨著替代率的增大,自由氯離子濃度逐漸增大,如在7.5mm深度處,替代率分別為0%、30%、50%、70%、100%的試樣,對(duì)應(yīng)的氯離子濃度分別為0.55%、0.57%、0.6%、0.75%、0.95%;每一替代率的試樣,氯離子含量隨著侵入深度的增加而逐漸減小,如替代率50%的試樣在2.5、7.5、12.5、17.5mm侵入深度處的自由氯離子含量分別為0.98%、0.6%、0.4%、0.32%,表明粗骨料替代率的增大使得混凝土中的自由氯離子增大。

為了研究不同粗骨料替代率的混凝土試樣,按照2∶1的干濕循環(huán)制度,在氯化鈉溶液中經(jīng)歷270天的循環(huán)天數(shù)干濕循環(huán)試驗(yàn)后,分析其抗氯離子擴(kuò)散能力,不同干濕循環(huán)天數(shù)后NO.1-NO.18試樣中自由氯離子濃度隨侵入深度變化的關(guān)系曲線圖見(jiàn)圖3。

由圖3可知,在同一深度處,隨著替代率的增大,自由氯離子濃度逐漸增大,如在12.5mm深度處,替代率分別為0%、30%、50%、70%、100%的試樣,對(duì)應(yīng)的氯離子濃度分別為0.62%、0.68%、0.7%、0.78%、0.84%;每一替代率的試樣,氯離子含量隨著侵入深度的增加而逐漸減小,如替代率30%的試樣在2.5、7.5、12.5、17.5mm侵入深度處的自由氯離子含量分別為1.22%、0.94%、0.68%、0.62%,表明粗骨料替代率的增大使得混凝土中的自由氯離子增大。

2.2 總氯離子濃度變化

為了研究不同粗骨料替代率的混凝土試樣,按照2∶1的干濕循環(huán)制度,在氯化鈉溶液中經(jīng)歷90天的循環(huán)天數(shù)干濕循環(huán)試驗(yàn)后,分析其混凝土材料和氯離子的結(jié)合能力,不同干濕循環(huán)天數(shù)后NO.1-NO.18試樣中總氯離子濃度隨侵入深度變化的關(guān)系曲線圖見(jiàn)圖4。

由圖4可知,排除替代率為0%的試樣,在同一深度處,隨著替代率的增大,總氯離子濃度逐漸增大,如在2.5mm深度處,替代率分別為30%、50%、70%、100%的試樣對(duì)應(yīng)的氯離子濃度分別為0.84%、0.96%、1.0%、1.15%;每一替代率的試樣,總氯離子含量隨著侵入深度的增加而逐漸減小,如替代率70%的試樣在2.5、7.5、12.5、17.5mm侵入深度處的總氯離子含量分別為1.0%、0.6%、0.4%、0.34%。可以看出,粗骨料替代率的增大對(duì)混凝土的抗侵蝕特性不利,但考慮0%替代率和30%替代率之間的反差可以得出,適當(dāng)?shù)拇止橇咸娲士梢越档突炷僚c氯離子的結(jié)合能力,提高抗侵蝕特性。

為了研究不同粗骨料替代率的混凝土試樣,按照2∶1的干濕循環(huán)制度,在氯化鈉溶液中經(jīng)歷180天的循環(huán)天數(shù)干濕循環(huán)試驗(yàn)后,分析其混凝土材料和氯離子的結(jié)合能力,不同干濕循環(huán)天數(shù)后NO.1-NO.18試樣中總氯離子濃度隨侵入深度變化的關(guān)系曲線圖見(jiàn)圖5。

由圖5可知,排除替代率為0%的試樣,在同一深度處,隨著替代率的增大,總氯離子濃度逐漸增大,如在2.5mm深度處,替代率分別為30%、50%、70%、100%的試樣對(duì)應(yīng)的氯離子濃度分別為1.18%、1.34%、1.5%、1.6%;每一替代率的試樣,總氯離子含量隨著侵入深度的增加而逐漸減小,如替代率50%的試樣在2.5、7.5、12.5、17.5mm侵入深度處的總氯離子含量分別為1.34%、0.76%、0.55%、0.51%。可以看出,粗骨料替代率的增大對(duì)混凝土的抗侵蝕特性不利,但考慮0%替代率和30%替代率之間的反差可以得出,適當(dāng)?shù)拇止橇咸娲士梢越档突炷僚c氯離子的結(jié)合能力,提高抗侵蝕特性。

為了研究不同粗骨料替代率的混凝土試樣,按照2∶1的干濕循環(huán)制度,在氯化鈉溶液中經(jīng)歷270天的循環(huán)天數(shù)干濕循環(huán)試驗(yàn)后,分析其混凝土材料和氯離子的結(jié)合能力,不同干濕循環(huán)天數(shù)后NO.1-NO.18試樣中總氯離子濃度隨侵入深度變化的關(guān)系曲線圖見(jiàn)圖6。

由圖6可知,排除替代率為0%的試樣,在同一深度處,隨著替代率的增大,總氯離子濃度逐漸增大,如在12.5mm深度處,替代率分別為30%、50%、70%、100%的試樣對(duì)應(yīng)的總氯離子濃度分別為0.8%、0.9%、1.06%、1.18%;每一替代率的試樣,總氯離子含量隨著侵入深度的增加而逐漸減小,如替代率70%的試樣在2.5、7.5、12.5、17.5mm侵入深度處的總氯離子含量分別為1.77%、1.44%、1.06%、0.84%。可以看出,粗骨料替代率的增大對(duì)混凝土的抗侵蝕特性不利,但考慮0%替代率和30%替代率之間的反差可以得出,適當(dāng)?shù)拇止橇咸娲士梢越档突炷僚c氯離子的結(jié)合能力,提高抗侵蝕特性。

經(jīng)過(guò)270天干濕循環(huán)后,不同粗骨料取代率試樣不同深度處的自由氯離子和總氯離子濃度之間的關(guān)系可以用線性關(guān)系進(jìn)行擬合,粗骨料取代率為0%、30%、50%、70%、100%試樣的擬合公式分別見(jiàn)式(1)-式(5),相應(yīng)粗骨料取代率下的氯離子與混凝土的結(jié)合能力分別為0.307 9、0.316 9、0.325 5、0.330 0、0.335 5。

Ct=1.3079Cf

(1)

Ct=1.3169Cf

(2)

Ct=1.3255Cf

(3)

Ct=1.3300Cf

(4)

Ct=1.3355Cf

(5)

式中:Ct為總氯離子濃度;Cf為自由氯離子濃度。

3 結(jié) 論

本文采用不同粗骨料取代率的混凝土試驗(yàn)進(jìn)行了抗氯離子腐蝕的試驗(yàn)研究,通過(guò)測(cè)定試樣不同深度處的自由氯離子和總氯離子含量變化情況,結(jié)論如下:

1)NO.1-NO.18組試樣經(jīng)過(guò)不同天數(shù)的循環(huán)后,不同深度處的自由氯離子均隨著粗骨料替代率的增大而增大,經(jīng)過(guò)相同天數(shù)的干濕循環(huán),粗骨料替代率的增大使得混凝土中的自由氯離子增大。

2)NO.4-NO.18組試樣經(jīng)過(guò)不同天數(shù)的干濕循環(huán)后,試樣中的總氯離子含量隨著替代率的增大而增大,單純考慮NO.1-NO.3試樣與 NO.4-NO.6組試樣,不同粗骨料取代率試樣不同深度處的自由氯離子和總氯離子濃度的關(guān)系符合線性比例關(guān)系。

3)粗骨料取代率為0%、30%、50%、70%、100%的氯離子,與混凝土的結(jié)合能力分別為0.307 9、0.316 9、0.325 5、0.330 0、0.335 5。在實(shí)際工程應(yīng)用再生混凝土?xí)r,應(yīng)根據(jù)其采用的粗骨料取代率,合理預(yù)測(cè)其有效服務(wù)年限。