结构混凝土耐久性物理指标的测试与研究

发布时间：2019-07-15 09:33

【摘要】：混凝土结构的耐久性过程均与材料的孔隙结构以及孔隙结构中发生的物质传输与物质交换过程有密切关系。结构混凝土耐久性取决于材料的物理及化学性质。研究这些耐久性具体性质与结构混凝土材料的组成及微观结构的关系是耐久性研究的基本问题。本文选用三种典型结构混凝土为研究对象,胶凝体系为普通硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥分别复合30%粉煤灰、50%矿渣。采用水胶比为0.3、0.4、0.5、0.6,通过比重法和MIP测试了材料的孔隙结构,不同饱水度下气体渗透系数、氯离子扩散系数、不同饱水度下的电导率、表面吸水率分别采用Cem Bureau方法、RCM法、高频交流电方法以及ASTM C1585标准方法测试。在实验数据的基础上,本文首先讨论了混凝土耐久性物理指标与材料组成的关系与规律,然后利用Archie定律与Katz-Thompson关系对不同传输性质之间关系进行了量化研究,并研究了电导率与氯离子扩散系数的多尺度模拟,最后,通过不同含水率下传输性质的测试结果,分析了孔隙饱水度对传输性质的影响规律。研究表明,水胶比、胶凝材料体系对混凝土耐久性指标有明显的影响;从孔隙结构来看,在本文选取掺量下,矿物掺料可有效细化孔径,粉煤灰提高了混凝土曲折度,矿渣则反之;矿渣的掺入会导致透气性对水胶比的规律发生变化;孔隙率和强度与混凝土耐久性物理指标间存在明显的关系,是表征混凝土材料耐久性最基础的指标;电导率与气体渗透系数实验结果稳定性受孔隙饱水度影响较大;材料在饱水状态下的电导率、氯离子扩散系数及干燥状态下的表面吸水率的测试相对误差基本低于15%,为较稳定的耐久性物理指标;材料在饱水状态下的电导率与氯离子扩散系数间也存在明显的相关性,符合Archie定律,并可用多尺度模型根据材料组成进行预测;Katz-Thompson方程不适用于描述气体渗透系数与电导率之间的关系;孔隙饱水度对材料电导率与气体渗透性的影响显著,且均存在临界饱水度,同一种材料在不同含水率下的气体渗透系数与电导率存在确定的相关关系。
文内图片： AASHTOT259实验装置

图片说明： Fick 第二定律在水泥基材料氯离子非稳态扩散研究中应用得很成熟。国内者对氯离子在水泥基材料中的扩散系数的测定进行了大量的研究，并且提出了应的测试方法，本文对常用的三类方法进行综述，分别是：自然浸泡法、电导法、电量法、电迁移法等。1）自然浸泡法美国最早的氯离子扩散标准实验方法为盐溶液浸泡法[14]（AASHTOT259）来欧洲对盐溶液浸泡法进行了改进，提出了 NTBuild443[15]，两者均为自然浸法。盐溶液浸泡法的实验方法是将混凝土试件四周用密封材料封闭，仅留两面作为暴露面，实验环境的空气相对湿度应控制在 50%左右，最后将试件浸 3.0%质量浓度的 NaCl 溶液中，如图 1.1，，且对不同种类的混凝土的浸泡时间定：普通强度混凝土浸泡 35天，高强混凝土浸泡 90天以上。当实验进行至规泡时间后，对试件逐层取样（每层小于 2mm），取样样品中的氯离子浓度可泡法测得，通过不同取样深度的样品氯离子浓度可以得到氯离子浓度与侵入之间的关系曲线，最后混凝土试件的氯离子扩散系数可利用 Fick 第二定律线归得到。
文内图片： NTBuild443-94实验装置

图片说明：图 1.2 NT Build443-94 实验装置自然浸泡法是最直接、最原始、最接近事实的非稳态测试方法。自然浸泡法实验过程直观、接近实际，实验结果可靠，但其实验周期很长，难以应用到工程现场测试中。（2）电量法快速氯离子渗透实验方法（RCPT）为 Whiting[16]首先提出，后被美国实验材料协会（ASTMC1202）[17]规定为标准实验方法。电量法也被我国《海港工程凝土结构防腐蚀技术规范》[18]采纳为混凝土氯离子扩散系数标准测试方法，实装置如图 1.3 所示。电量法基本原理为氯离子以外加电场与浓度梯度为驱动力由极溶液加速运动到正极溶液，可用累积电量表征氯离子在混凝土中的迁移难易度。基本实验方法为将圆柱试块圆周面用密封材料覆盖，在密封材料硬化后将块真空饱水；将试件安装于有机玻璃实验腔体内，保证试件与腔体紧密接触且周面无渗漏，并在两个腔体内分别注入3%的NaCl溶液与0.3Mol/L的NaOH溶液将正负极连接至电源后通电，测试通过回路的总电量，进而评价试件的氯离子
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU528

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