广范围水胶比下掺矿物掺合料混凝土中氯离子行为与微观结构关系的研究

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随着混凝土的广泛应用,其耐久性问题受到越来越多的关注。钢筋混凝土腐蚀是引起混凝土耐久性破坏的重要因素,而氯离子的侵入是造成钢筋混凝土腐蚀的主要原因之一,基于水泥与混凝土行业可持续发展以及环境和生态的要求,研究氯离子在混凝土中的分布、扩散行为对提高混凝土的抗腐蚀性能具有重要意义。本文主要对广范围水胶比下、不同养护龄期、掺有不同矿物掺合料的混凝土进行了快速氯离子渗透试验,分析了不同扩散深度下各类氯离子的分布情况以及相互间的分配规律,并利用综合差示扫描量热法(TG/DSC)、汞压力测孔法(MIP)和扫描电子显微镜(SEM)对其进行了微观特性分析,探讨了混凝土微观结构对氯离子行为规律的影响。实验结果表明:   (1)养护龄期对改善掺矿物掺合料混凝土的抗氯离子渗透性能具有很大的影响,对掺矿物掺合料的混凝土,宜采用90d龄期的来评价其抗氯离子渗透性能。   (2)从总体上来看,水胶比小于0.4的各配合比混凝土比水胶比大于0.5的具有较优的抗氯离子渗透性能,掺矿物掺合料混凝土的抗氯离子渗透性能优于普通混凝土。   (3)水胶比大于0.5和水胶比小于0.4各样品混凝土内部总氯离子浓度、自由氯离子浓度和固化氯离子浓度均随着扩散深度的增加而减小,但前两者均呈现一致的变化趋势,后者到一定深度就很难再进一步扩散。   (4)通过对所有样品电通量值和氯离子浓度的分析发现,在水化早期单掺矿渣混凝土的抗氯离子渗透性能要高于单掺粉煤灰的,在水化后期二者相差不大;不考虑混凝土养护龄期、水胶比和矿物掺量时,单掺矿渣的混凝土比单掺粉煤灰的具有稍好的固化氯离子性能,且双掺优于单掺,而普通混凝土对氯离子的固化效果更好,说明矿物掺合料并不是影响混凝土固化氯离子能力的主要因素,而养护龄期可能对此具有不可忽视的作用。   (5)在不考虑混凝土组成、养护龄期和水胶比情况下,总氯离子含量与自由氯离子含量和固化氯离子含量均呈较好的线性关系,但前者线性相关程度高于后者;总氯离子含量几乎是影响自由氯离子含量的唯一因素,但不是固化氯离子的唯一影响因素;在总氯离子含量变化的时候,从平均值的角度看,总氯离子含量的高低不影响自由氯离子与固化氯离子之间的比例,从化学平衡的角度来分析,在达到固化平衡的时候,自由氯离子和固化氯离子的含量关系为:[bound-Cl]=0.1023[f-Cl]06287。   (6)混凝土对氯离子扩散的抵抗,单从优化水化产物种类和数量来提高对氯离子的固化能力似乎没有帮助。通过对混凝土的微观特性分析可知,养护龄期的延长以及矿物掺合料的火山灰效应,可以优化混凝土的孔结构,降低孔隙率和水泥水化产生的Ca(OH)2含量,从而生成更多水化产物,使得混凝土的微结构更加均匀致密,更有利于降低混凝土的氯离子渗透性能。   (7)早期养护时,孔径为20~50nm之间的孔对混凝土的氯离子扩散系数和总氯离子含量影响最大,而孔径为50~200nm之间的孔影响最小,对后期养护而言,影响最大的是200~2000nm之间的孔,这有可能是龄期的延长使得混凝土的水化程度加深,孔隙细化致使水化后期大孔对氯离子的行为影响更加显著。  
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