海洋環(huán)境下振動時間對混凝土強度及氯離子滲透性能的影響研究

基金項目：

2020年廣西高校中青年教師科研基礎提升能力提升項目“方鋼管自密實橡膠混凝土柱軸壓性能試驗研究”（編號：2020KY34013）；2022年度廣西高校中青年教師基礎能力提升項目“再生骨料泵送混凝土性能研究與應用”（編號：2022KY1139）

作者簡介：

劉振華（1989—），碩士，講師，工程師，主要從事工程材料研究、混凝土組合結(jié)構(gòu)、橋梁工程施工、基建項目檔案建設與管理工作。

摘要：為研究海洋環(huán)境中振動時間對混凝土性能的影響，文章以振動時間分別為0 s、10 s、20 s開展了對混凝土抗壓強度、應力-應變、氯離子滲透深度的試驗研究。結(jié)果表明：混凝土振動后可提高其抗壓強度、抗變形能力及抗氯離子滲透性能，合理的振動時間對提高混凝土質(zhì)量和性能至關重要；與未振動V-0試件相比，振動后的V-10試件和V-20試件抗壓強度分別提高了34%和51%，應力-應變曲線上升斜率明顯增加，氯離子滲透深度分別降低了19%和23%，但隨著振動時間延長，對其抗壓強度、抗變形能力及抗氯離子滲透性能的影響效果不顯著。

關鍵詞：海洋環(huán)境；振動時間；抗壓強度；氯離子滲透

中圖分類號：U414.1文獻標識碼：A 08 023 2

0 引言

我國的海岸線有1.8×104 km，漫長的海岸線造福了發(fā)達的經(jīng)濟地區(qū)，隨著我國著眼于海洋經(jīng)濟巨大的市場空間，加快了海洋工程發(fā)展步伐，跨海大橋、港口、碼頭等海洋工程結(jié)構(gòu)越來越多。提高海洋工程混凝土結(jié)構(gòu)的力學性能和耐久性越來越受到學者們的關注。實際海洋環(huán)境中，氯離子侵入混凝土內(nèi)部，鋼筋出現(xiàn)嚴重銹蝕，鹽類對混凝土的侵蝕過程降低了混凝土結(jié)構(gòu)的力學性能和耐久性，是縮短海洋工程結(jié)構(gòu)壽命的主要原因。混凝土是一種復合型材料，由骨料、水、水泥組成，有時還包括化學添加劑，鹽類通過混凝土的孔隙進入其內(nèi)部，直接影響混凝土的力學性能和耐久性。為了減少混凝土孔隙率及較小孔徑含量，生產(chǎn)耐用的混凝土，必須減少困在混凝土內(nèi)部的空氣量，這通常是通過在攪拌階段或澆筑階段振動混凝土來實現(xiàn)的。［1］眾多學者對此進行了深入研究。鮑玖文等［2］研究表明：氯離子侵蝕已成為影響海洋環(huán)境下混凝土結(jié)構(gòu)耐久性最主要的因素。丁平祥等［3］研究表明：與普通強制攪拌相比，攪拌時間90～150 s范圍內(nèi)，養(yǎng)護齡期3 d和7 d時，振動攪拌提升了C50混凝土抗壓強度及其28 d抗氯離子滲透性能。李傳習等［4］研究表明：振動攪拌相較強制攪拌可顯著提升超高性能混凝土的擴展度；振動攪拌相較強制攪拌可顯著提升超高性能混凝土的抗壓強度。攪拌工藝對其力學性能有顯著影響。姚運仕等［5］研究表明：相比普通攪拌，采用振動攪拌時，新拌混凝土坍落度筒排空時間明顯減少；與普通攪拌相比，振動攪拌可以降低混凝土的塑性黏度，改善混凝土的工作性。

為研究海洋環(huán)境中振動時間對混凝土性能影響，本文考慮振動時間分別為0 s、10 s、20 s開展了對混凝土抗壓強度、應力-應變、氯離子滲透深度的試驗研究，以期為實際海洋工程的應用提供依據(jù)。

1 原材料及配合比

1.1 原材料

本次試驗所選用的水泥為海螺牌P·O42.5普通硅酸鹽水泥，密度為3 080 kg/m3；細集料采用Ⅱ區(qū)中砂，其表觀密度為2 580 kg/m3，粒徑大小為0～5 mm，細度模數(shù)FM為2.35；粗集料采用連續(xù)級配碎石，表觀密度為2 700 kg/m3，粒徑大小為5～20 mm；拌和水采用城市自來水。

1.2 配合比設計

混凝土的配合比根據(jù)《普通混凝土配合比設計規(guī)程》（JGJ55-2011）進行設計，最終設計C50混凝土配合比見表1。

2 試驗方案內(nèi)容

2.1 抗壓強度測試

考慮振動時間分別為0 s、10 s、20 s，依據(jù)《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規(guī)程》（JTG3420-2020）設計了3組9個圓柱形混凝土試件，尺寸為100 mm×200 mm。24 h后將試件脫模、編號，送入20±2 ℃、相對濕度＞95%的標準養(yǎng)護室中養(yǎng)護28 d后進行抗壓強度測試，分析振動時間對混凝土軸壓性能的影響。

2.2 抗氯離子滲透性能測試

以相同條件制備尺寸為100 mm×200 mm的圓柱形混凝土試件，養(yǎng)護28 d后將試件沿垂直軸向兩端各切下25 mm，余下部分切成50 mm厚的圓柱體切片作為試件。考慮振動時間分別為0 s、10 s、20 s，備制3組9個切片試件。切片試件側(cè)表面涂上環(huán)氧樹脂。在室溫20±2 ℃條件下，將切片試件置于10%的NaCl溶液中浸泡28 d；取出晾干后，將切片試件劈成兩半，用毛刷清除劈裂面碎屑；豎向放置切片試件劈裂面，大致沿劈裂面中心線向下快速噴灑0.1 mol/L AgNO3溶液；5～10 min后將劈裂面旋轉(zhuǎn)180°，以同樣方法再噴灑一次。劈裂面上氯離子滲透的區(qū)域呈現(xiàn)乳白色，沒有氯離子滲透的區(qū)域一般顯灰色。30～60 min后用筆標出灰白分界線，并測量出白色區(qū)域的寬度。以3個切片試件測值的平均值作為該組切片試件氯離子滲透深度試驗結(jié)果。

海洋環(huán)境下振動時間對混凝土強度及氯離子滲透性能的影響研究/劉振華

3 試驗結(jié)果與分析

3.1 振動時間對抗壓強度的影響

對相同參數(shù)的3個平行試件單軸受壓試驗數(shù)據(jù)取平均值得到抗壓強度值。不同振動時間的抗壓強度如圖1所示。圖中試件以“V”字母開頭，其后數(shù)字代表振動時間，3組試件分別為V-0試件、V-10試件和V-20試件。由圖1可以看出，V-0試件、V-10試件和V-20試件的平均抗壓強度分別為30.10 MPa、40.45 MPa和45.31 MPa。在混凝土攪拌過程中，振動源增加了混凝土中的膠凝材料顆粒運動，減小了微顆粒團聚，促進了混凝土水化產(chǎn)物的早期形成，由此可見，經(jīng)振動后的混凝土的抗壓強度提高明顯提高。與未振動V-0試件相比，振動后的V-10試件和V-20試件抗壓強度分別提高了34%和51%。隨著振動時間延長，V-20試件較V-10試件抗壓強度提高了12%，抗壓強度差別減小。振動的目的是使混凝土達到勻質(zhì)。研究表明，在此過程存在勻質(zhì)性與離析性相互主導，較長振動時間易造成混凝土離析性大于勻質(zhì)性，隨著振動時間延長勻質(zhì)性逐漸減弱，混凝土抗壓強度差別逐漸減小。試驗結(jié)果表明，合理的振動時間對提高混凝土質(zhì)量和性能至關重要。

3.2 振動時間對應力-應變的影響

對相同參數(shù)的3個平行試件單軸受壓試驗數(shù)據(jù)取平均值，得到應力-應變曲線，如圖2所示。由圖2可以看出，各組試件應力-應變曲線走勢基本相同，全曲線形狀均為上升曲線，呈線性增長。與未振動V-0試件相比，振動后的V-10試件和V-20試件曲線表現(xiàn)為更明顯的線性增長，上升斜率明顯增加。振動時間與混凝土的抗變性能力密切相關，混凝土振動后可提高其抗變性能力。隨振動時間的增加，V-10試件和V-20試件曲線斜率稍有增加，但增加并不明顯。

3.3 振動時間對抗氯離子滲透性能的影響

將試件置于10%的NaCl溶液中浸泡28 d，獲取不同振動時間下混凝土28 d氯離子滲透深度，結(jié)果如圖3所示。由圖3可以看出，V-0試件、V-10試件和V-20試件的平均氯離子滲透深度分別為26.78 mm、21.61 mm和20.51 mm。振動時間與混凝土的氯離子滲透深度密切相關。混凝土振動后可提高其抗氯離子滲透性能。與未振動V-0試件相比，振動后的V-10試件和V-20試件氯離子滲透深度分別降低了19%和23%。隨著振動時間延長，V-20試件較V-10試件氯離子滲透深度降低了5%，滲透深度差別減小，影響效果不顯著。這是由于未振動混凝土中的空隙數(shù)量較多，使氯離子很容易滲透到混凝土中。振動減少了混凝土的孔隙含量和毛細孔含量。

4 結(jié)語

為研究海洋環(huán)境中振動時間對混凝土性能的影響，本文考慮振動時間分別為0 s、10 s、20 s，開展了對混凝土抗壓強度、應力-應變、氯離子滲透深度的試驗研究，主要結(jié)論如下：

（1）混凝土振動后可提高其抗壓強度、抗變性能力及抗氯離子滲透性能。合理的振動時間對提高混凝土質(zhì)量和性能至關重要。

（2）與未振動V-0試件相比，振動后的V-10試件和V-20試件抗壓強度分別提高了34%和51%。隨著振動時間延長，抗壓強度差別減小，影響效果不顯著。

（3）與未振動V-0試件相比，振動后的V-10試件和V-20試件應力-應變曲線上升斜率明顯增加。隨振動時間的增加，V-10和V-20曲線斜率稍有增加，但增加并不明顯。

（4）與未振動V-0試件相比，振動后的V-10試件和V-20試件氯離子滲透深度分別降低了19%和23%。隨著振動時間延長，滲透深度差別減小，影響效果不顯著。

參考文獻

［1］柯 楊，馮 誠，周 琴，等.基于灰關聯(lián)理論的混凝土孔結(jié)構(gòu)對強度和耐久性的影響分析［J］.混凝土，2019（5）：42-47.

［2］鮑玖文，魏佳楠，張 鵬，等.海洋環(huán)境下混凝土抗氯離子侵蝕的相似性研究進展［J］.硅酸鹽學報，2020，48（5）：689-704.

［3］丁平祥，李偉偉，朱海威，等.振動攪拌對混凝土抗壓強度及抗氯離子滲透性能的影響［J］.建筑結(jié)構(gòu)，2022，52（S2）：1 024-1 030.

［4］李傳習，聶 潔，馮 崢，等.振動攪拌對超高性能混凝土施工及力學性能影響［J］.硅酸鹽通報，2019，38（8）：2 586-2 594.

［5］姚運仕，劉歡建，任 峰，等. 高性能混凝土振動攪拌試驗研究［J］.硅酸鹽通報，2020，39（3）：730-733.