活性粉末混凝土中氯离子的扩散分布规律研究

发布时间：2020-07-24 21:00

【摘要】：钢筋锈蚀仍然是目前钢筋混凝土结构面临的最严峻的耐久性问题。一方面,海洋工程及沿海城市的混凝土建筑物长期受到环境氯离子的侵蚀,另一方面,河砂资源日益枯竭,海砂的资源化利用越来越广泛,而海砂、甚至是淡化海砂中的氯离子含量仍往往超出规范标准限值,这些都将导致钢筋混凝土结构出现严重的腐蚀破坏,而目前还没有有效的方法防止普通混凝土中钢筋锈蚀的发生。活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete,简称RPC)是一种新型超高强水泥基复合材料,其具有超高的力学性能和良好的延性,同时具有良好的抗氯离子渗透性,如将其用于海洋工程或海砂混凝土中,可有效降低氯离子的渗透速率,防止或极大地减缓钢筋锈蚀的发生。本文采用改进的快速电迁移试验方法对外渗和内掺氯离子在RPC混凝土中的扩散分布规律进行了研究,对比研究了石英砂、河砂和海砂RPC试块以及普通砂浆试块的氯离子扩散速率,结合孔结构测试结果对其扩散速率进行了讨论;同时,模拟实际工程环境,考察了干湿循环下外界氯离子在RPC梁和普通混凝土梁中的扩散分布规律,以及内掺海砂的RPC梁和普通混凝土梁在室内环境下氯离子的扩散分布情况。主要研究内容及结果如下:(1)经过30V恒压192h的快速电迁移试验后,外渗的氯离子在RPC中的迁移量远低于普通砂浆;RPC试块中的氯离子含量随着厚度增加呈显著的下降趋势,外渗氯离子未完全浸透试块,RPC处于非稳态电迁移阶段;而普通砂浆试块中的氯离子含量随厚度增加基本不变,外渗氯离子已完全浸透试块,普通砂浆处于稳态电迁移阶段;石英砂RPC、河砂RPC和河砂普通砂浆中的氯离子扩散系数D分别为6.50×10~(-14)m~2/s、7.48×10~(-14)m~2/s和1.51×10~(-12)m~2/s,RPC的抗氯离子扩散性能远高于河砂普通砂浆,石英砂RPC的抗氯离子扩散性能略高于河砂RPC。内掺氯离子时,无论是内掺NaCl还是由海砂引入氯离子的情况下,RPC中的氯离子迁移量均远低于普通砂浆,石英砂RPC中的氯离子迁移量仅为海砂RPC的1/2,这表明RPC特别是石英砂RPC能显著降低内部氯离子的迁移。(2)氯离子在混凝土中的渗透和扩散主要取决于混凝土内部的微结构,特别是孔结构;其中,孔径为10-100nm的微毛细孔越少,孔体积分形维数越大,则抗氯离子扩散性能越好。压汞试验结果表明,RPC的微毛细孔含量远低于普通砂浆,孔分形维数大于普通砂浆,因此无论是外渗还是内掺氯离子情况下,RPC的抗氯离子扩散性能均远优于普通砂浆;石英砂RPC、河砂RPC和海砂RPC的微毛细孔含量相近,但石英砂RPC的孔体积分形维数较其余两者大,因此无论是外渗还是内掺氯离子的情况下,石英砂RPC的抗氯离子扩散性能均为最优。(3)以RPC梁和普通混凝土梁为试验对象,研究氯盐干湿循环条件下氯离子在混凝土梁中的扩散分布规律。结果表明,RPC梁中各方向的氯离子的扩散深度小于10mm,而普通混凝土中氯离子的扩散深度小于20mm,与两侧梁端面距离大于氯离子扩散深度的混凝土梁内各横截面的氯离子含量分布基本一致。开裂混凝土中不同深度处的氯离子含量普遍高于未开裂混凝土中相同深度处的氯离子含量;与损伤裂缝距离超过10mm后,混凝土没有受到裂缝中氯离子形成的与裂缝成垂直方向的侵蚀作用;在深度为0~5mm的范围内,裂缝的存在明显提高了RPC中的氯离子含量,但对普通混凝土影响不大。利用Fick第二定律作为时间预测模型,预测RPC梁和普通混凝土梁中钢筋锈蚀的时间分别为121.3年和2.2年,预测开裂RPC梁和开裂普通混凝土梁中开裂处钢筋锈蚀的时间分别为2.3年和0.4年。(4)以RPC梁和普通混凝土梁为试验对象,研究Qg掺海砂条件下氯离子在混凝土梁中的扩散分布规律。结果表明,在Qg掺海砂条件下放置18个月后,RPC梁和普通混凝土梁中随着与钢筋距离的增大,Qg掺氯离子的浓度逐渐降低;RPC梁中钢筋处Qg掺氯离子的增量为0.0016%,仅约为普通混凝土梁中钢筋处Qg掺氯离子增量0.0156%的1/10。基于电位恒定时氯离子在电场作用下的运输通量恒定的原理,预测Qg掺海砂条件下RPC梁和普通混凝土梁中钢筋锈蚀的时间分别为100.5年和8.9年。
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU528
【图文】：

石英砂

硅粉Fig.1-3SilicaSandFig.1-4SiliconPowder

图 1-7 ASTM C1202 法试验装置Fig. 1-7 ASTM C1202 Method Test Device迁移法的一个特例，人为放大氯离子数在阴极槽加入同样浓度的氯化钠溶液，用 NEL 法测得 RPC 和高性能混凝土的

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