水泥基材料中氯离子浓缩影响因素和机理研究

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氯离子引起的腐蚀是钢筋混凝土耐久性的一个重要问题。氯离子在混凝土里以两种方式存在:一种是孔溶液中的自由氯离子,另一种是以某种形式结合在水化产物的吸附氯离子。人们普遍认为,只有自由氯离子通过孔溶液渗入混凝土内部,到达钢铁表面才开始锈蚀。水泥基材料孔溶液中的自由氯离子是引起钢筋混凝土中钢筋腐蚀的主要原因。常用孔溶液压滤来测定水泥基材料中自由氯离子浓度。文献中报道压滤法测试的浸泡在氯盐溶液中水泥基材料孔溶液中自由氯离子浓度明显高于浸泡液氯离子浓度,这个现象被称为氯离子浓缩。本文研究了NaCl浸泡液浓度、试件浸泡时间、养护时间、试件厚度、浸泡温度、压滤压力、水灰比和矿物掺合料水泥基材料试件氯离子浓度浓缩的影响,结果表明:在NaCl溶液中浸泡56天后,水泥基材料试件孔溶液中自由氯离子浓度与浸泡液的氯离子浓度有很好的线性关系。当浸泡浓度<0.3mol/L时,自由氯离子浓度比浸泡液的氯离子浓度至少高40%;当浸泡浓度>0.3mol/L,自由氯离子浓度只稍微高出浸泡液的氯离子浓度。浸泡前63天,没有达到水泥浆最大吸附水平范围前,自由氯离子浓度随浸泡时间增加逐渐增加;随后,自由氯离子浓度开始随浸泡时间增加而降低,但仍比浸泡液氯离子浓度高出许多。浸泡56天,随着养护时间的增加,总氯离子含量和自由氯离子浓度降低。并且养护28天的总氯离子含量和自由氯离子浓度比养护3天的低很多。孔溶液中氯离子浓度随养护时间增加而减少。随试件厚度增加,氯离子浓缩系数降低;自由氯离子浓度随浸泡温度和压滤压力的增加而增加,但试件厚度、浸泡温度和压滤压力对浓缩系数的增加或降低的影响不明显。试件厚度、浸泡温度和压滤压力对自由氯离子浓度或浓缩没有太大的影响。浸泡56天,水灰比在0.3~0.60之间时,随着水灰比的增加,孔溶液氯离子浓度降低。低水灰比的试件(如W/CS0.35)随着浸泡时间的延长浓缩系数增加,高水灰比(W/C>0.35)试件浓缩系数降低。随着粉煤灰、矿粉和硅灰含量的增加,浓缩系数降低,掺入15%硅灰试件的浓缩系数显著低于其他试件。双掺粉煤灰和矿粉的自由氯离子浓度在单掺粉煤灰和矿粉的浓缩系数之间。浸泡56天,除了掺入20%矿粉的试件的自由氯离子浓度高于纯硅试件的,其余都低于纯硅试件;浸泡91天,所有试件的浓缩系数都低于纯硅试件的。双电层厚度、zeta电位的变化和试样孔结构压滤前后变化是水泥基材料孔溶液中的自由氯离子浓度升高或产生浓缩现象的主要原因。本研究的实验结果将为测试和解释混凝土中氯离子的迁移和结合及钢筋混凝土结构寿命设计和预测提供理论基础。
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