温度因素对掺粉煤灰砂浆中氯离子传输的影响
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摘 要：本文采用了氯盐溶液浸泡法，研究了0℃、20℃和40℃三种不同环境温度条件下，在氯盐溶液中连续浸泡了120d的砂浆试件内部氯离子浓度分布情况。结果表明40℃的环境温度下砂浆内部的氯离子浓度整体比较高，并且氯离子浓度和侵蚀深度之间存在非常好的指数函数相关性。
关键词：温度 粉煤灰 氯离子浓度
中图分类号：TU528 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）10（b）-0062-04
Abstract：Under three different temperature conditions： 0℃， 20℃ and 40℃，distribution of chloride ion concentration of mortar specimens immersed in chloride solution for 120 days has been investigated， through natural immersion method.Results shown chloride ion concentration was higher under the condition of 40℃. There was a good exponential correlation between chloride concentration and erosion depth.
Key Words：Temperature; Fly ash; Chloride ion concentration
氯离子在水泥基材料中的传输过程又是非常复杂的，同时也会受到内部以及外部许多因素的影响，例如所处环境中氯离子浓度、环境温度、碳化、养护龄期及胶凝材料种类等[1]。粉煤灰作为建筑材料领域最常用的矿物掺合料之一，添加到混凝土材料中可以显著改善混凝土材料的性能，从而提高混凝土结构自身的寿命[2]。许多学者在氯离子扩散方面做了大量工作，但是大多数工作是建立在单一影响因素的前提下进行研究的，对于多因素作用下的氯离子结合能力的研究相对较少。但是在实际环境中，混凝土材料是处于多因素作用下的复杂情况[3]。目前，国内外学者专家对于干湿循环、冻融条件和碳化等因素对水泥基材料中氯离子扩散的影响研究的较多，但对于不同环境温度因素对氯离子在水泥基材料中的传输性研究相对较少，而温度又对水泥基材料的耐久性和抗氯离子侵蚀能力起着重要作用[4-5]。本文主要研究了不同环境温度条件下，不同粉煤灰掺量的砂浆中氯离子的传输规律。
1 实验材料与方法
1.1 实验材料
试验采用P.O42.5的中联牌普通硅酸盐水泥。粉煤灰选用南京华能粉煤灰有限公司生产的，细集料采用的是细度模数为2.5的石英砂。
1.2 实验方法
实验中采用的砂浆试件的配合比见表1。按照现行的国家标准《水工混凝土试验规程》DL-T5150-2001中关于水泥砂浆和试块相关规定制作试件，标准养护28d。按照《水泥胶砂强度检验方法》（GB/T17671-1999）中的有关规定，测试试块的抗压及抗折强度。
将标准养护28d的试块进行自然浸泡，浸泡溶液为5%氯化钠溶液。依照《水运工程混凝土试验规程》（JTJ 270-1998）的相关规定测试水泥砂浆中的自由氯离子含量和总氯离子含量。本实验采用自然浸泡法将标准养护28d的试块浸泡在盐溶液中，其中温度试验是将试块均放在5%NaCl溶液里，然后分三组置于0℃、20℃和40℃环境中进行120d的氯离子侵蚀试验。采用NJCL-C型氯离子含量快速测定仪测定自由氯离子的含量。
2 实验结果与讨论
2.1 强度
试验采用了粉煤灰部分取代水泥，作为胶凝材料，掺合料的掺量分别设置为15%，30%和45%。砂浆试件3d、7d、28d抗压强度和抗折强度结果如表2所示。相同氯盐侵蚀条件下，不同龄期、不同掺合料掺量的砂浆试件的抗折强度和抗压强度变化规律分别见图1和图2。
由图1和图2可见，养护龄期一定时，当粉煤灰掺量从0增加到45%的时候，砂浆试件的抗折和抗压强度均随着粉煤灰掺量的增加逐渐下降，呈现出反比例关系。对于抗折强度来说，养护龄期为3d和7d的时候，粉煤灰掺量越高砂浆的强度损失越明显，但是当养护龄期为28d的时候，随着粉煤灰掺量的增加强度损失程度逐渐减小。对于抗压强度来说，当掺入粉煤灰的时候，强度出现下降趋势，并且，即使在养护龄期达到28d的时候，抗压强度还是出现明显损失。养护龄期越长，越有利于粉煤灰的二次水化效应，砂浆的强度会得到显著的增强。
2.2 氯离子传输性
通过自然浸泡实验，将在5%铝盐溶液中浸泡了120d的砂浆试件取出并钻取不同深度的砂浆粉末，测试氯离子浓度。0℃、20℃和40℃三种不同的温度环境下，氯离子浓度结果见表3、表4以及表5。在20℃和40℃温度环境作用下，不同粉煤灰掺量的砂浆试件经过120d浸泡试验可得出不同温度下自由氯离子在砂浆内部不同深度处的浓度变化关系图见图3和图4。
由图3和图4可以看出，水泥基材料经过120d的浸泡，在20℃或者40℃环境中，随着侵蚀深度的增加，水泥基材料内部的氯离子浓度总体上呈现出下降的趋势。并且通过观察可以看出，在不同的温度环境中浸泡120d后，在同一侵蚀深度处，砂浆内部的自由氯离子浓度总体上40℃环境中的结果高于20℃环境中的浓度。在20℃环境下，粉煤灰掺量为0、15%、30%、45%的时候，自由氯离子浓度和深度呈现指数函数关系，相关性R2分别为0.963、0.982、0.980以及0.995，相关性较好。在40℃环境下，自由氯离子浓度呈现较好的指数函数关系。相关性R2分别为0.991、0.999、0.981以及0.999。
3 结语
（1）养护龄期一定时，当粉煤灰掺量从0增加到45%的时候，砂浆试件的抗折和抗压强度均随着粉煤灰掺量的增加逐渐下降，呈现出反比例关系。
（2）环境温度为0℃的时候，由于温度比较低，不仅水化反应速率降低，氯离子传输速率也会出现减缓现象。同等条件下，40℃环境下的自由氯离子浓度高于20℃环境。在20℃和40℃环境下，粉煤灰掺量为0、15%、30%、45%的时候，自由氯离子浓度和深度位置之间均呈现明显的指数函数关系，并且40℃环境下，两者之间的相关性较好。
参考文献
[1] Zibara H. Binding of external chloride by cement pastes[D]. Ph D thesis， Department of Building Materials， Canada， Toronto， University of Toronto， 2001.
[2] 牛荻涛.混凝土结构耐久性与寿命预测[M].北京：科学出版社，2003.
[3] Elakneswaran Y， Nawa T， Kurumisawa K. Electrokinetic potential of hydrated cement in relation to adsorption of chlorides[J]. Cement and Concrete Research， 2009， 39（4）： 340-344.
[4] 鄭永来，郑洁琼，张梅.碳化程度对混凝土中氯离子扩散系数的影响[J].同济大学学报：自然科学版，2010，38（3）：412-416.
[5] 李毅，王显利，马德宝，等.混凝土冻融损伤后的氯离子浓度分布预测[J].北华大学学报：自然科学版，2009，10（2）：153-155.
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