混凝土氯离子电通量与扩散系数的关系

混凝土氯离子电通量与扩散系数关系的初步探讨摘要：混凝土氯离子电通量与扩散系数是评价混凝土抗氯离子渗透性能的两个参数，确定两者之间的相 关性的研究资料还不是太多，某工程工程监理处中心试验室通过工程中的试验数据进行探讨分析，得 出了氯离子电通量与扩散系数两者之间的关系。关键词： 海工混凝土 电通量 扩散系数 渗透性1 引言某工程位于，具有高盐、多雾地段特点。海洋环境是混凝土结构所处的最恶劣的外部环境之 一：海水中的化学成分能够引起混凝土的溶蚀破坏以及碱骨料反应；在冬季，寒冷的自然环境还 可能引起混凝土结构的冻融破坏；海浪、海水中的悬浮物会对混凝土结构造成磨损和冲击；海风、 海水中的氯离子能引起混凝土钢筋的锈蚀等，严重的危及着混凝土结构的耐久性和使用寿命。在 海洋环境的这些不利因素中，氯离子的侵入混凝土内部引起钢筋锈蚀，是导致混凝土结构耐久性 失效的重要原因。如何快速、准确测量混凝土抗氯离子渗透的性能是每个混凝土试验人员所必须 面对的一个重要课题。某工程工程中，测量氯离子渗透性能的方法是海港工程混凝土结构防腐技术规范JTJ2752000 附录：混凝土抗氯离子渗透性标准试验方法电量法和公路工程混凝土结构 防腐技术规范JTG/T B07-012006附录：混凝土氯离子扩散系数快速测定,RCM法。如 果能够找出两种试验方法的试验结果的相互关系，我们就可以通过混凝土氯离子电通量知道氯离 子的扩散系数；亦或者通过氯离子的扩散系数知道混凝土氯离子电通量，从而将会大大减少试验 的工作量，节约人力、物力和时间，有着十分重要的意义。为此，我们以C35承台混凝土氯离子 电通量和氯离子的扩散系数的试验数据进行探讨。2 原材料水泥：厂P.I 52.5硅酸盐水泥，其指标如下:等级细度标准稠度安定性凝结时间（min）强度(MPa)抗折抗压初凝终凝3d28d3d28dP.I 52.51.226.4合格1451905.28.228.656.0矿粉：中矿S75级矿渣微粉。粉煤灰：潍坊电厂的一级粉煤灰。砂子：河砂，Uf=2.84，其品质指标如下:产地细度模数Uf含泥量泥块含量堆积密度kg/m3表观密度kg/m3空隙率大沽河2.840.30.11550261041筛分曲线如下产地规格mm含泥 量泥块含量针片状含量压碎 值碱活性堆积密度kg/m3表观密度kg/m3空隙率沂水碎石5200.10.14.013.2无1470270046水：饮用水，其品质指标如下：产地PH值不溶物，mg/L可溶物，mg/LCl-， mg/LSO42-， mg/L当量 Na?。, mg/L青岛8.1390558113.0155.2160.4减水剂：淄博华伟银凯外加剂厂的聚羧酸高效减水剂3 混凝土配合比部位水泥矿粉粉煤灰砂子5-1010-20水减水剂承台1891581037551988021444.54 试验方法碎石：沂水碎石。其品质指标如下：测量混凝土抗氯离子渗透的方法有自然扩散法、电量法、RCM法、极限电压法和电导法。传 统的测量混凝土氯离子扩散系数的方法是自然扩散法，又称盐溶液浸泡法。该方法试验过程繁琐， 影响试验结果的因素较多，并且周期长，无法测定早期氯离子扩散系数，在实际工程中缺少使用 价值。极限电压法、电导法、电量法、RCM法的测量结果用来表示混凝土抗氯离子侵入性方法简 便、直观。对于混凝土配合比的筛选和质量控制，电量法、RCM法是切实可行的。这里我们介绍 在某工程工程中用的两种方法：电量法和RCM法。图1图24.1 混凝土抗氯离子渗透性标准试验法电量法电量法是依据美国标准ASTMC1202的快速电量法：氯离子在直流电压作用下，通过混凝土试 件向正极移动，测量流过的电荷量，用以间接反映混凝土抗氯离子渗透的能力。其步骤是： 1）制 作申95x51mm的混凝土试件，养护到龄期，擦干表面水分，进行真空度133Pa下真空饱水3h;然 后注入蒸馏水浸泡1h后恢复常压浸泡1620h; 2）取出试件，擦干表面水分安装试件。3）在正极 注入0.3M的NaOH溶液，在负极注入3%的NaCl溶液；4）在2023C的流动水槽中，放入试 件。开启电源，加60v的直流电压，开始试验。5）记录电流，直至6h停止。做时间一电流的关系 曲线，积分求出 6h 内的电量，即电通量。电通量法是间接反映混凝土抗氯离子渗透能力的一种方 法。仪器设备装置如上图1 所示。4.2混凝土氯离子扩散系数快速测定法RCM法RCM 法是唐路平教授提出的用以测定混凝土中氯离子非稳定状态迁移的扩散系数的一种方 法。其原理是：跨过试件的轴向施加外部电势迫使负极的氯离子向试样中迁移，经一定时间(996h)后将试样沿轴向劈开，在劈开面上喷显色剂，测量显色深度代入公式计算氯离子扩散系数，依据氯离子扩散系数评定混凝土的抗氯离子渗透性。试验仪器如上图2 所示。5 试验数据：我们在某工程工程建设中，对混凝土电通量与氯离子扩散系数做了大量的试验。下表是C35承台混凝土电通量与氯离子扩散系数的一些试验数据：承台28天电通量(库 伦)28天氯离子扩散 系数(xl0-12m2/s)56天电通量(库 伦)56天氯离子扩散系数(x10-12m2/s)C35205412.6832191.972723.918511933.084824.94915912.303984.535812073.1212598.77196382.34197812.30911353.052583.8478642.744965.01810842.953904.4968392.7411508.2364902.69182511.55610262.942323.7197642.584304.7378232.672984.0449492.899577.2869032.8510847.91011142.972142.5826642.333374.23513314.132643.8778642.347506.2685912.916 数据分析依据上表数据，我们分析得到数据(1) 28d 和(2) 56d 点的分布图数系散扩0混凝土氯离子电通量与扩散系数的20040060080010001200（1）28d（2）56d由数据点的分布图，我们可看出氯离子扩散系数与氯离子电通量两者之间在一定范围内呈线 性关系。设氯离子扩散系数与氯离子电通量的关系为Y=AX+B,其中：Y:扩散系数；X:电通量；A、B待定系数。我们用最小二乘法对其进行回归分析。1、对于28d的数据，从上图1中我们知道（214, 2.582）点离趋势线较远，属离散点，舍去。 得到下表序号XYX2Y2XY1205412.6834218916160.85848926050.88222723.91857398415.354642251065.83234824.949123232424.493590812385.466243984.535815840420.573481641805.2484512598.7719158508176.9462296111043.82216197812.3093912484151.51148124347.20272583.8476656414.799409992.52684965.01824601625.1803242488.92893904.49615210020.2140161753.441011508.236132250067.8316969471.411182511.5563330625133.54113621089.7122323.7195382413.830961862.808134304.73718490022.4391692036.91142984.0448880416.3539361205.112159577.28691584953.0857966972.7021610847.91117505662.56818574.44173374.23511356917.9352251427.195182643.8776969615.0311291023.528197506.26856250039.2878244701Z14914122.396318463196951.8366353129298.1417由上表我们得到：X =14914，X2=18463196；（YX）2/n=11706705.05；Lxx=XX2(XX) 2/n = 6756490.95Y=122.3963,Y2=951.8366353 , (Y ) 2/n =788.4660134；Lyy=SY2(SY) 2/n = 163.3706219;X Y=129298.1417, XxY/N=96074.65359;Lxy=SXYSXxEY/ n = 33223.5058A= Lxy/ Lxx=0.00492; B= Lxy/ Lyy =2.582相关系数 r= Lxy / (Lxx xLyy) 1/2= 0.999995112也就是说氯离子扩散系数Y=0.00492X+2.582 (x10-12m2/s)(2)对于 56d 的数据，从上图 2 中我们知道(591, 2.91) (490, 2.69) (864, 2.34)和(1331.4,4.13)四个点离趋势线较远,属离散点,舍去得下表数据。序号XYX2Y2XY12191.97479613.8809431.43211933.0814232499.48643674.4435912.303492815.291359.3412073.1214568499.73443765.8456382.344070445.47561492.92611353.0512882259.30253461.75710842.9511750568.70253197.888392.747039217.50762292.86910262.9410526768.64363016.44107642.585836966.65641971.12118232.676773297.12892197.41129492.899006018.35212742.61139032.858154098.12252573.551411142.9712409968.82093308.58156642.334408965.42891547.12z13149407812563189112.533237039.17由上表数据得：1X2=12563189,(X ) 2/n =11526413.4； 丫丫2=112.5332 ,(Y) 2/n =110.8672; X Y=37039017, X Y/N=35747.748。Lxx=SX2(SX) 2/n =1036775.6; Lyy=SY2(SY) 2/n =1.666;Lxy=SXYSXxEY/ n =1291.422A= Lxy/ Lxx=0.001246; B= Lxy/ Lyy =1.627;相关系数 r= Lxy / (Lxx xLyy) 1/2 = 0.982626106也就是说氯离子扩散系数Y=0.001246X+1.627 (x10-i2m2/s)当电量X为0时，即为自然状态下的氯离子扩散系数。7 结论：综上所述，我们得到了 28d的氯离子扩散系数与氯离子电通量的数学关系 Y=0.00492X+2.582 (xl0-i2m2/s)和56d的氯离子扩散系数与氯离子电通量的数学关系 式 Y=0.001246X+1.627(x10-i2m2/s)。由 Y=0.00492X+2.582(x10-i2m2/s)和 Y=0.001246X+1.627(x10-12m2/s)可以看出：1、混凝土扩散系数与氯离子电通量两者之间在一定条件下呈线性关系。56d的扩 散系数与氯离子电通量远小于28d的扩散系数与氯离子电通量说明，混凝土龄期越长混 凝土扩散系数与氯离子电通量越小。2、由最小二乘法回归得的相关系数R=0.982626106和R= 0.999995112来看，对于 某工程的承台高性能混凝土来说，在一定范围内下，扩散系数与氯离子电通量的相关性 良好。3、氯离子扩散系数与氯离子电通量两者之间的关系的数学模型Y=0.00492X+2.582 (x10-12m2/s)和 Y=0.001246X+1.627 (x10-12m2/s)在某工程中，因原材料相对固定，混凝土配合比相对较固定，仪器设备相对固定、试验环境相对固定，可用来作为参考。4、电量法加60V的直流电压容易产生极化；溶液温度升高，会影响试验结果；同 时，由于溶液中不仅仅只有氯离子，还存在有钠离子，氢氧根离子等等，在直流电的作 用下，也能实现电荷迁移，我们测量的电量是总的离子电荷迁移的电量。故用之描述混 凝土抗氯离子渗透，误差较大。另外，由于受混凝土孔溶液的影响，用于水灰比小于 0.4的混凝土和矿物掺合料混凝土时，电量误差较大；当电量小于1000C时，难以准确 区分混凝土抗氯离子侵入性的差异；相对而言，RCM法则由于电压是30V，极化小， 且所测量的只是氯离子的显色深度，影响因素较少，能够较准确地描述混凝土抗氯离子 渗透性，故笔者主张使用RCM法测试混凝土抗氯离子渗透性。5、关于氯离子扩散系数与氯离子电通量两者之间的关系还有许多问题有待进一步 研究，如，单掺矿粉、单掺粉煤灰、 3 个月后、不同混凝土强度等级两者之间、是否会 有同样关系等等，有待进一步研究。