混凝土氯離子電通量和擴(kuò)散系數(shù)的關(guān)系

1、混凝土氯離子電通量與擴(kuò)散系數(shù)關(guān)系的初步探討摘要：混凝土氯離子電通量與擴(kuò)散系數(shù)是評價混凝土抗氯離子滲透性能的兩個參數(shù)，確定兩者之間的相 關(guān)性的研究資料還不是太多，某工程工程監(jiān)理處中心試驗室通過工程中的試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行探討分析，得 出了氯離子電通量與擴(kuò)散系數(shù)兩者之間的關(guān)系。關(guān)鍵詞：海工混凝土電通量擴(kuò)散系數(shù)滲透性1引言某工程位于，具有高鹽、多霧地段特點。海洋環(huán)境是混凝土結(jié)構(gòu)所處的最惡劣的外部環(huán)境之 一：海水中的化學(xué)成分能夠引起混凝土的溶蝕破壞以及堿骨料反應(yīng)；在冬季，寒冷的自然環(huán)境還 可能引起混凝土結(jié)構(gòu)的凍融破壞；海浪、海水中的懸浮物會對混凝土結(jié)構(gòu)造成磨損和沖擊；海風(fēng)、 海水中的氯離子能引起混凝土鋼筋的銹

2、蝕等，嚴(yán)重的危及著混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性和使用壽命。在 海洋環(huán)境的這些不利因素中，氯離子的侵入混凝土內(nèi)部引起鋼筋銹蝕，是導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)耐久性 失效的重要原因。如何快速、準(zhǔn)確測量混凝土抗氯離子滲透的性能是每個混凝土試驗人員所必須 面對的一個重要課題。某工程工程中，測量氯離子滲透性能的方法是海港工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐技術(shù)規(guī)范JTJ2752000附錄：混凝土抗氯離子滲透性標(biāo)準(zhǔn)試驗方法一一電量法和公路工程混凝土結(jié)構(gòu) 防腐技術(shù)規(guī)范JTG/T B07-012006附錄：混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)快速測定）RCM法。如 果能夠找出兩種試驗方法的試驗結(jié)果的相互關(guān)系，我們就可以通過混凝土氯離子電通量知道氯離 子的擴(kuò)散系數(shù)；亦

3、或者通過氯離子的擴(kuò)散系數(shù)知道混凝土氯離子電通量，從而將會大大減少試驗 的工作量，節(jié)約人力、物力和時間，有著十分重要的意義。為此，我們以C35承臺混凝土氯離子 電通量和氯離子的擴(kuò)散系數(shù)的試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行探討。2原材料水泥：廠P.I 52.5硅酸鹽水泥，其指標(biāo)如下：等級細(xì)度標(biāo)準(zhǔn)稠度安定性凝結(jié)時間（min）強(qiáng)度(MPa)抗折抗壓初凝終凝3d28d3d28dP.I 52.51.226.4合格1451905.28.228.656.0礦粉：中礦S75級礦渣微粉。粉煤灰：濰坊電廠的一級粉煤灰。砂子：河砂，Uf=2.84，其品質(zhì)指標(biāo)如下：產(chǎn)地細(xì)度模數(shù)Uf含泥量泥塊含量堆積密度kg/m3表觀密度kg/m3空隙率大沽

4、河2.840.30.11550261041篩分曲線如下0_一一-一10“-一一 -二廠一 -2030一4050602L708090三J S1000.1600.3150.篩孔尺寸(mm)631.252.55.0累計篩余碎石：沂水碎石。其品質(zhì)指標(biāo)如下：產(chǎn)地規(guī)格mm含泥量泥塊含量針片狀含量壓碎 值堿活性堆積密度 kg/m3表觀密度 kg/m3空隙率沂水碎石5200.10.14.013.2無1470270046水：飲用水，其品質(zhì)指標(biāo)如下：產(chǎn)地PH值不溶物，mg/L可溶物，mg/LCl-，mg/LSO42-，mg/L當(dāng)量 Na2O, mg/L青島8.1390558113.0155.2160.4減水劑：淄

5、博華偉銀凱外加劑廠的聚羧酸高效減水劑3混凝土配合比部位水泥礦粉粉煤灰砂子5-1010-20水減水劑承臺1891581037551988021444.54試驗方法測量混凝土抗氯離子滲透的方法有自然擴(kuò)散法、電量法、RCM法、極限電壓法和電導(dǎo)法。傳 統(tǒng)的測量混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)的方法是自然擴(kuò)散法，又稱鹽溶液浸泡法。該方法試驗過程繁瑣， 影響試驗結(jié)果的因素較多，并且周期長，無法測定早期氯離子擴(kuò)散系數(shù)，在實際工程中缺少使用 價值。極限電壓法、電導(dǎo)法、電量法、RCM法的測量結(jié)果用來表示混凝土抗氯離子侵入性方法簡 便、直觀。對于混凝土配合比的篩選和質(zhì)量控制，電量法、RCM法是切實可行的。這里我們介紹 在某工

6、程工程中用的兩種方法：電量法和RCM法。圖1圖24.1混凝土抗氯離子滲透性標(biāo)準(zhǔn)試驗法一電量法電量法是依據(jù)美國標(biāo)準(zhǔn)ASTMC1202的快速電量法：氯離子在直流電壓作用下，通過混凝土試 件向正極移動，測量流過的電荷量，用以間接反映混凝土抗氯離子滲透的能力。其步驟是：1）制 作P95x51mm的混凝土試件，養(yǎng)護(hù)到齡期，擦干表面水分，進(jìn)行真空度133Pa下真空飽水3h ;然 后注入蒸餾水浸泡1h后恢復(fù)常壓浸泡1620h ; 2）取出試件，擦干表面水分安裝試件。3 ）在正極 注入0.3M的NaOH溶液，在負(fù)極注入3%的NaCl溶液；4 ）在2023C的流動水槽中，放入試 件。開啟電源，加60v的直流電壓

7、，開始試驗。5 ）記錄電流，直至6h停止。做時間-電流的關(guān)系 曲線，積分求出6h內(nèi)的電量，即電通量。電通量法是間接反映混凝土抗氯離子滲透能力的一種方 法。儀器設(shè)備裝置如上圖1所示。4.2混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)快速測定法一RCM法RCM法是唐路平教授提出的用以測定混凝土中氯離子非穩(wěn)定狀態(tài)遷移的擴(kuò)散系數(shù)的一種方 法。其原理是：跨過試件的軸向施加外部電勢迫使負(fù)極的氯離子向試樣中遷移，經(jīng)一定時間 （996h ）后將試樣沿軸向劈開，在劈開面上噴顯色劑，測量顯色深度代入公式計算氯離子擴(kuò)散 系數(shù)，依據(jù)氯離子擴(kuò)散系數(shù)評定混凝土的抗氯離子滲透性。試驗儀器如上圖2所示。5試驗數(shù)據(jù)：我們在某工程工程建設(shè)中，對混凝土電

8、通量與氯離子擴(kuò)散系數(shù)做了大量的試驗。下表是C35 承臺混凝土電通量與氯離子擴(kuò)散系數(shù)的一些試驗數(shù)據(jù)：承臺28天電通量（庫 倫）28天氯離子擴(kuò)散 系數(shù)（X10T2m2/s ）56天電通量（庫 倫）56天氯離子擴(kuò)散系 數(shù)（X10T2m2/s ）C35205412.6832191.972723.918511933.084824.94915912.303984.535812073.1212598.77196382.34197812.30911353.052583.8478642.744965.01810842.953904.4968392.7411508.2364902.69182511.5561026

9、2.942323.7197642.584304.7378232.672984.0449492.899577.2869032.8510847.91011142.972142.5826642.333374.23513314.132643.8778642.347506.2685912.916數(shù)據(jù)分析依據(jù)上表數(shù)據(jù)，我們分析得到數(shù)據(jù)（1 ） 28d和（2 ） 56d點的分布圖(1) 28d56d由數(shù)據(jù)點的分布圖，我們可看出氯離子擴(kuò)散系數(shù)與氯離子電通量兩者之間在一定范圍內(nèi)呈線 性關(guān)系。設(shè)氯離子擴(kuò)散系數(shù)與氯離子電通量的關(guān)系為Y=AX+B，其中：Y ：擴(kuò)散系數(shù)；X :電通量；A、B待定系數(shù)。我們用最小二乘法對

10、其進(jìn)行回歸分析。1、對于28d的數(shù)據(jù)，從上圖1中我們知道（214，2.582）點離趨勢線較遠(yuǎn)，屬離散點，舍去。 得到下表序號XYX2Y2XY1205412.6834218916160.85848926050.88222723.91857398415.354642251065.83234824.949123232424.493590812385.466243984.535815840420.573481641805.2484512598.7719158508176.9462296111043.82216197812.3093912484151.51148124347.20272583.84766

11、56414.799409992.52684965.01824601625.1803242488.92893904.49615210020.2140161753.441011508.236132250067.8316969471.411182511.5563330625133.54113621089.7122323.7195382413.830961862.808134304.73718490022.4391692036.91142984.0448880416.3539361205.112159577.28691584953.0857966972.7021610847.91117505662.5

12、6818574.44173374.23511356917.9352251427.195182643.8776969615.0311291023.528197506.26856250039.287824470114914122.396318463196951.8366353129298.1417由上表我們得到：X =14914,2X2=18463196 ；( X ) 2/N=11706705.05 ；Lxx = SX2 -( SX ) 2/n = 6756490.952Y=122.3963 , 2=951.8366353 ,( Y ) 2/N =788.4660134 ;Lyy = SY2-(S

13、Y) 2/n = 163.3706219 ；X Y=129298.1417 , XxY/N = 96074.65359 ；Lxy 二 SXY - SXxSY/ n = 33223.5058A= Lxy/ Lxx = 0.00492 ； B= Lxy/ Lyy =2.582相關(guān)系數(shù) r= Lxy / ( Lxx xLyy ) 1/2= 0.999995112也就是說氯離子擴(kuò)散系數(shù)Y=0.00492X+2.582 ( x10-12m2/s )(2 )對于 56d 的數(shù)據(jù)，從上圖 2 中我們知道(591 ,2.91 )( 490 ,2.69 )( 864 ,2.34 )和(1331.4 , 4.13

14、 )四個點離趨勢線較遠(yuǎn)，屬離散點，舍去得下表數(shù)據(jù)。序號XYX2Y2XY12191.97479613.8809431.43211933.0814232499.48643674.4435912.303492815.291359.3412073.1214568499.73443765.8456382.344070445.47561492.92611353.0512882259.30253461.75710842.9511750568.70253197.888392.747039217.50762292.86910262.9410526768.64363016.44107642.585836966.6

15、5641971.12118232.676773297.12892197.41129492.899006018.35212742.61139032.858154098.12252573.551411142.9712409968.82093308.58156642.334408965.42891547.12213149407812563189112.533237039.17由上表數(shù)據(jù)得：2X2=12563189 , ( X ) 2/N =11526413.4 ; 丫2=112.5332 ,(2丫 ) 2/n =110.8672 ; X Y=37039017 , X Y/N = 35747.748。

16、Lxx = XX2-( XX) 2/n =1036775.6 ; Lyy = XY2-(XY) 2/n =1.666 ;Lxy = XXY - SXxEY/ n =1291.422A= Lxy/ Lxx = 0.001246 ； B= Lxy/ Lyy = 1.627 ；相關(guān)系數(shù) r= Lxy / ( Lxx xLyy ) 1/2 = 0.982626106也就是說氯離子擴(kuò)散系數(shù)Y=0.001246X+1.627 ( x10-12m2/s )當(dāng)電量X為0時，即為自然狀態(tài)下的氯離子擴(kuò)散系數(shù)。7結(jié)論:綜上所述，我們得到了 28d的氯離子擴(kuò)散系數(shù)與氯離子電通量的數(shù)學(xué)關(guān)系Y=0.00492X+2.58

17、2( x102m2/s)和56d的氯離子擴(kuò)散系數(shù)與氯離子電通量的數(shù)學(xué)關(guān)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、混凝土擴(kuò)散系數(shù)與氯離子電通量兩者之間在一定條件下呈線性關(guān)系。56d的擴(kuò) 散系數(shù)與氯離子電通量遠(yuǎn)小于28d的擴(kuò)散系數(shù)與氯離子電通量說明 混凝土齡期越長混 凝土擴(kuò)散系數(shù)與氯離子電通量越小。2、由最小二乘法回歸得的相關(guān)系數(shù)R=0.982626106和R= 0.999995112來看，對于 某工程的承臺高性能混凝土來說，在一定范圍內(nèi)下，擴(kuò)散系數(shù)與氯離子電通量的相關(guān)性 良好。3、氯離子擴(kuò)散系數(shù)與氯離子電通量兩者之間的關(guān)系的數(shù)學(xué)模型Y=0.00492X+2.582 (x10-12m2/s)和 Y=0.001246X+1.627( x10-12m2/s)在某工程中，因原材料相對固定， 混凝土配合比相對較固定，儀器設(shè)備相對固定、試驗環(huán)境相對固定，可用來作為參考。4、電量法加60V的直流電壓容易產(chǎn)生極化；溶液溫度升高，會影響試驗結(jié)果；同 時，由于溶液中不僅僅只有氯離子，還存在有鈉離子，氫氧根離子等等，在直流電的作 用下，也能實現(xiàn)電荷遷移，我們測量的電量是總的離子電荷遷移的電量。故用之