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1四川省建筑科学研究院 四川成都 610081
【摘 要】针对四川地区中低强度等级商品混凝土的耐久性问题，采用《普通混凝土长期性能与耐久性能试验方法》（GB/T 50082-2009）中的电通量法，研究了混凝土水胶比和掺合料对混凝土抗氯离子性能的影响。
【关键词】四川地区；中低强度等级；商品混凝土；氯离子渗透
1 引言
氯离子侵入到混凝土结构钢筋表面引起钢筋锈蚀，是导致混凝土结构破坏的一种重要形式。抗氯离子渗透性是评价混凝土耐久性能的一种有效方法和指标。为配合《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55-2000）的修订，针对四川地区的气候条件和地理环境等具体情况，采用《普通混凝土长期性能与耐久性能试验方法标准》（GB/T 50082-2009）中的电通量法，研究了中低强度等级商品混凝土的抗氯离子渗透性能。
2.试验方案
2.1配合比的选定
首先对四川省各地、市商品混凝土公司进行调研、收集、整理和统计生产的各强度等级混凝土的水胶比范围、胶凝材料用量和水泥用量、以及所对应的混凝土试块强度（均值、标准差、变异系数、保证率）等相关数据资料。根据所收集的四川地区具有代表性数据的整理和统计情况，筛选并最终确定对应的最佳配合比参数如表1所示。
表1 混凝土配合比设计
编号 强度
等级 水胶
比 砂率
% 材料用量（kg/m3）
水 水泥 粉煤灰 矿粉 石 砂 泵送剂
SY1 C25 0.56 41 186 191 50 89 793 1141 4.79
SY2 C30 0.51 40 185 216 54 90 761 1141 5.58
SY3 C35 0.47 39 185 242 59 90 731 1144 6.24
SY4 C40 0.42 38 180 273 63 84 704 1148 7.14
SY5 C25 0.56 41 186 234 96 —— 793 1141 4.79
SY6 C30 0.51 40 185 266 94 —— 761 1141 5.58
SY7 C35 0.47 39 185 300 90 —— 731 1144 6.24
SY8 C40 0.42 38 178 336 84 —— 704 1148 7.14
1.2原材料
1、水泥：采用都江堰拉法基水泥厂生产的拉法基P·O42.5R水泥；
2、粉煤灰：采用Ⅱ级灰，活性指数为87%；
3、矿粉：采用S75级矿粉，28天活性指数为65%；
4、细集料：机制砂，II区中砂；
5、粗集料：碎石，5～25mm连续粒径；
6、泵送剂：采用KS型泵送剂；
7、水：采用普通自来水。
1.3试验方法
本文采用《普通混凝土长期性能与耐久性能试验方法标准》（GB/T 50082-2009） 的直流电通量法。电通量法是先通过施加电场来加速氯离子在混凝土中的迁移，缩短氯离子达到稳态传输过程的时间。根据配合比先成型150 mm ×150 mm ×150 mm 的试件，标准养护，然后切割成φ100 mm ×50 mm 的混凝土试件，测试其6 h通过的库仑电量。依此对混凝土电通量进行了测定，分析了各因素对混凝土抗氯离子渗透性能影响的基本规律。试验装置见图1。
图1 电通量试验装置示意图
3.试验结果
3.1 混凝土抗压强度试验结果
各组试件各龄期混凝土抗压强度见表2。
表2 混凝土抗壓强度（MPa）
龄 期
编 号 3d 7d 14d 28d 56d 90d
SY1 11.4 14.8 20.7 26.3 32.6 32.6
SY2 13.1 17.6 24.6 30.1 36.0 37.8
SY3 16.9 29.4 29.9 34.4 40.8 41.2
SY4 21.5 23.2 35.7 40.1 46.8 47.4
SY5 13.8 18.6 21.3 27.6 33.5 36.1
SY6 17.6 24.0 27.4 35.1 38.2 40.6
SY7 19.8 26.1 30.9 37.7 45.1 48.0
SY8 26.5 33.0 37.7 47.5 53.6 57.9
3.2混凝土电通量法试验结果
28d、56d、90d龄期混凝土试件电通量试验结果见表3。
表3 混凝土试件电通量（Q/C）
编号 混凝土电通量（C）
28d 56d 90d
SY1 2988 1728 1336
SY2 2610 1617 1196
SY3 2467 1273 1066
SY4 2401 1151 704
SY5 4344 2347 962
SY6 3736 1731 841
SY7 2010 1166 678
SY8 1832 957 672
4 试验结果分析
4.1水胶比对混凝土抗氯离子渗透性能的影响
图2 SY1～SY4不同龄期混凝土电通量与水胶比关系图
图3 SY5～SY8不同龄期混凝土电通量与水胶比关系图 图2、图3可以看出，随着龄期的增加，混凝土的电通量逐渐降低。同一龄期的混凝土，随着水胶比的降低，混凝土电通量逐渐降低，混凝土的抗氯离子渗透能力逐渐增强。水胶比位于0.42～0.52区间时，56d混凝土电通量为1000～2000C，满足普通环境下设计寿命100年的一般混凝土结构及构件耐久性要求，90d混凝土电通量均小于1000C。随着水灰比的降低，混凝土内部的孔隙和微裂缝数量进一步降低，从而阻碍氯离子通过毛细管作用、渗透作用和扩散作用等方式，从周围环境向混凝土内部传递。
表4 混凝土抗氯离子渗透性能的等级划分
等 级 Q-Ⅰ Q-Ⅱ Q-Ⅲ Q-Ⅳ Q-Ⅴ
电通量Qs（C） Qs≥4000 2000≤Qs<4000 1000≤Qs<2000 500≤Qs<1000 Qs<500
表5 混凝土电通量
设计使用年限级别 一（100年） 二（60年）、三（30年）
电通量（C）（56d） C30～C40 <1500 <2000
≥C50 <1000 <1500
4.2混凝土抗压强度对混凝土抗氯离子渗透性能的影响
图4 混凝土抗压强度与电通量相关性分析图
分析表2和表3数据，随着养护龄期的增长，混凝土强度的也随之增长，混凝土电通量则降低。但是通过回归分析，从图4可以看出，混凝土抗压强度与电通量相关性较差。说明混凝土抗压强度对混凝土电通量影响并不密切。
混凝土中氯离子的渗透由两个基本因素决定：一是混凝土对氯离子渗透的扩散阻碍能力，这种阻碍能力决定于混凝土的孔隙率及孔径分布；二是混凝土对氯离子的物理或化学结合能力，即“固化能力”，这种固化能力既影响渗透速率，又影响水中自由氯离子的结合速率。
4.3矿物掺合料对混凝土抗氯离子渗透性能的影响
图5 双掺粉煤灰矿粉不同龄期混凝土与电通量关系图
图6 单掺粉煤灰不同龄期混凝土与电通量关系图
从图5、图6和表3数据可以看出，双掺粉煤灰和矿粉的28d混凝土电通量远小于单掺粉煤灰的混凝土电通量。单掺粉煤灰29%的SY5，28d混凝土电通量高达4000C以上，而双掺粉煤灰矿粉的SY1～SY4，28d混凝土电通量仅在2000C左右。随着龄期的增长，粉煤灰大量参与“二次水化”，在56d时，单掺粉煤灰混凝土电通量与双掺粉煤灰和矿粉电通量基本相当，在1500C左右。在90d时，单掺粉煤灰混凝土电通量仅为1000C以内，双掺粉煤灰和矿粉电通量则降低不明显，在1500C左右。
矿物掺合料的掺入，会在两个方面改善混凝土的抗氯离子渗透性能。一方面，矿物掺合料改善了混凝土内部的微观结构和水化产物的组成。由于火山灰效应，减少了粗大结晶、稳定性极差，很容易遭到氯盐等侵蚀介质腐蚀的水化产物——Ca（OH）2的数量并生成了强度更高、稳定性更优、数量更多的低碱度水化硅酸钙凝胶。水化产物组成的改善，对于提高包括抗氯离子渗透性在内的混凝土各方面耐久性的作用极大。同时，因为矿物功能材料是以超细粉掺入的，它们的填充密实效应使水泥石结构和界面结构更加致密，从而大大降低了混凝土的孔隙率，并使孔径减小，阻断了可能形成的渗透孔隙，所以水和侵蚀介质难以进入混凝土内部。另一方面，由于矿物掺合料的物理吸附和二次水化反應产物的物理化学吸附固化，使混凝土对氯离子有较大的固化能力，有利于降低氯离子在混凝土内部的渗透速度，从而也提高了混凝土的抗氯离子渗透性能。粉煤灰，由于其特殊的空心结构和复杂的内比表面积，初始固化能力最强，在高性能混凝土水化早期对氯离子固化发挥着重要作用。到混凝土水化的中、后期，由于二次水化反应的发生，形成较多的水化
【摘 要】针对四川地区中低强度等级商品混凝土的耐久性问题，采用《普通混凝土长期性能与耐久性能试验方法》（GB/T 50082-2009）中的电通量法，研究了混凝土水胶比和掺合料对混凝土抗氯离子性能的影响。
【关键词】四川地区；中低强度等级；商品混凝土；氯离子渗透
1 引言
氯离子侵入到混凝土结构钢筋表面引起钢筋锈蚀，是导致混凝土结构破坏的一种重要形式。抗氯离子渗透性是评价混凝土耐久性能的一种有效方法和指标。为配合《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55-2000）的修订，针对四川地区的气候条件和地理环境等具体情况，采用《普通混凝土长期性能与耐久性能试验方法标准》（GB/T 50082-2009）中的电通量法，研究了中低强度等级商品混凝土的抗氯离子渗透性能。
2.试验方案
2.1配合比的选定
首先对四川省各地、市商品混凝土公司进行调研、收集、整理和统计生产的各强度等级混凝土的水胶比范围、胶凝材料用量和水泥用量、以及所对应的混凝土试块强度（均值、标准差、变异系数、保证率）等相关数据资料。根据所收集的四川地区具有代表性数据的整理和统计情况，筛选并最终确定对应的最佳配合比参数如表1所示。
表1 混凝土配合比设计
编号 强度
等级 水胶
比 砂率
% 材料用量（kg/m3）
水 水泥 粉煤灰 矿粉 石 砂 泵送剂
SY1 C25 0.56 41 186 191 50 89 793 1141 4.79
SY2 C30 0.51 40 185 216 54 90 761 1141 5.58
SY3 C35 0.47 39 185 242 59 90 731 1144 6.24
SY4 C40 0.42 38 180 273 63 84 704 1148 7.14
SY5 C25 0.56 41 186 234 96 —— 793 1141 4.79
SY6 C30 0.51 40 185 266 94 —— 761 1141 5.58
SY7 C35 0.47 39 185 300 90 —— 731 1144 6.24
SY8 C40 0.42 38 178 336 84 —— 704 1148 7.14
1.2原材料
1、水泥：采用都江堰拉法基水泥厂生产的拉法基P·O42.5R水泥；
2、粉煤灰：采用Ⅱ级灰，活性指数为87%；
3、矿粉：采用S75级矿粉，28天活性指数为65%；
4、细集料：机制砂，II区中砂；
5、粗集料：碎石，5～25mm连续粒径；
6、泵送剂：采用KS型泵送剂；
7、水：采用普通自来水。
1.3试验方法
本文采用《普通混凝土长期性能与耐久性能试验方法标准》（GB/T 50082-2009） 的直流电通量法。电通量法是先通过施加电场来加速氯离子在混凝土中的迁移，缩短氯离子达到稳态传输过程的时间。根据配合比先成型150 mm ×150 mm ×150 mm 的试件，标准养护，然后切割成φ100 mm ×50 mm 的混凝土试件，测试其6 h通过的库仑电量。依此对混凝土电通量进行了测定，分析了各因素对混凝土抗氯离子渗透性能影响的基本规律。试验装置见图1。
图1 电通量试验装置示意图
3.试验结果
3.1 混凝土抗压强度试验结果
各组试件各龄期混凝土抗压强度见表2。
表2 混凝土抗壓强度（MPa）
龄 期
编 号 3d 7d 14d 28d 56d 90d
SY1 11.4 14.8 20.7 26.3 32.6 32.6
SY2 13.1 17.6 24.6 30.1 36.0 37.8
SY3 16.9 29.4 29.9 34.4 40.8 41.2
SY4 21.5 23.2 35.7 40.1 46.8 47.4
SY5 13.8 18.6 21.3 27.6 33.5 36.1
SY6 17.6 24.0 27.4 35.1 38.2 40.6
SY7 19.8 26.1 30.9 37.7 45.1 48.0
SY8 26.5 33.0 37.7 47.5 53.6 57.9
3.2混凝土电通量法试验结果
28d、56d、90d龄期混凝土试件电通量试验结果见表3。
表3 混凝土试件电通量（Q/C）
编号 混凝土电通量（C）
28d 56d 90d
SY1 2988 1728 1336
SY2 2610 1617 1196
SY3 2467 1273 1066
SY4 2401 1151 704
SY5 4344 2347 962
SY6 3736 1731 841
SY7 2010 1166 678
SY8 1832 957 672
4 试验结果分析
4.1水胶比对混凝土抗氯离子渗透性能的影响
图2 SY1～SY4不同龄期混凝土电通量与水胶比关系图
图3 SY5～SY8不同龄期混凝土电通量与水胶比关系图 图2、图3可以看出，随着龄期的增加，混凝土的电通量逐渐降低。同一龄期的混凝土，随着水胶比的降低，混凝土电通量逐渐降低，混凝土的抗氯离子渗透能力逐渐增强。水胶比位于0.42～0.52区间时，56d混凝土电通量为1000～2000C，满足普通环境下设计寿命100年的一般混凝土结构及构件耐久性要求，90d混凝土电通量均小于1000C。随着水灰比的降低，混凝土内部的孔隙和微裂缝数量进一步降低，从而阻碍氯离子通过毛细管作用、渗透作用和扩散作用等方式，从周围环境向混凝土内部传递。
表4 混凝土抗氯离子渗透性能的等级划分
等 级 Q-Ⅰ Q-Ⅱ Q-Ⅲ Q-Ⅳ Q-Ⅴ
电通量Qs（C） Qs≥4000 2000≤Qs<4000 1000≤Qs<2000 500≤Qs<1000 Qs<500
表5 混凝土电通量
设计使用年限级别 一（100年） 二（60年）、三（30年）
电通量（C）（56d）
≥C50 <1000 <1500
4.2混凝土抗压强度对混凝土抗氯离子渗透性能的影响
图4 混凝土抗压强度与电通量相关性分析图
分析表2和表3数据，随着养护龄期的增长，混凝土强度的也随之增长，混凝土电通量则降低。但是通过回归分析，从图4可以看出，混凝土抗压强度与电通量相关性较差。说明混凝土抗压强度对混凝土电通量影响并不密切。
混凝土中氯离子的渗透由两个基本因素决定：一是混凝土对氯离子渗透的扩散阻碍能力，这种阻碍能力决定于混凝土的孔隙率及孔径分布；二是混凝土对氯离子的物理或化学结合能力，即“固化能力”，这种固化能力既影响渗透速率，又影响水中自由氯离子的结合速率。
4.3矿物掺合料对混凝土抗氯离子渗透性能的影响
图5 双掺粉煤灰矿粉不同龄期混凝土与电通量关系图
图6 单掺粉煤灰不同龄期混凝土与电通量关系图
从图5、图6和表3数据可以看出，双掺粉煤灰和矿粉的28d混凝土电通量远小于单掺粉煤灰的混凝土电通量。单掺粉煤灰29%的SY5，28d混凝土电通量高达4000C以上，而双掺粉煤灰矿粉的SY1～SY4，28d混凝土电通量仅在2000C左右。随着龄期的增长，粉煤灰大量参与“二次水化”，在56d时，单掺粉煤灰混凝土电通量与双掺粉煤灰和矿粉电通量基本相当，在1500C左右。在90d时，单掺粉煤灰混凝土电通量仅为1000C以内，双掺粉煤灰和矿粉电通量则降低不明显，在1500C左右。
矿物掺合料的掺入，会在两个方面改善混凝土的抗氯离子渗透性能。一方面，矿物掺合料改善了混凝土内部的微观结构和水化产物的组成。由于火山灰效应，减少了粗大结晶、稳定性极差，很容易遭到氯盐等侵蚀介质腐蚀的水化产物——Ca（OH）2的数量并生成了强度更高、稳定性更优、数量更多的低碱度水化硅酸钙凝胶。水化产物组成的改善，对于提高包括抗氯离子渗透性在内的混凝土各方面耐久性的作用极大。同时，因为矿物功能材料是以超细粉掺入的，它们的填充密实效应使水泥石结构和界面结构更加致密，从而大大降低了混凝土的孔隙率，并使孔径减小，阻断了可能形成的渗透孔隙，所以水和侵蚀介质难以进入混凝土内部。另一方面，由于矿物掺合料的物理吸附和二次水化反應产物的物理化学吸附固化，使混凝土对氯离子有较大的固化能力，有利于降低氯离子在混凝土内部的渗透速度，从而也提高了混凝土的抗氯离子渗透性能。粉煤灰，由于其特殊的空心结构和复杂的内比表面积，初始固化能力最强，在高性能混凝土水化早期对氯离子固化发挥着重要作用。到混凝土水化的中、后期，由于二次水化反应的发生，形成较多的水化