外加电压对水泥基材料氯离子结合及微观结构的影响研究

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氯离子引起的钢筋锈蚀是混凝土结构破坏的主要因素。混凝土的抗氯离子渗透性能是其耐久性的重要评价指标。实际生活中外部氯离子主要通过扩散、水平对流和毛细管吸附等方式侵入混凝土内部,在钢筋表面达到一定的浓度后对其进行破坏。实验室常采用自然扩散和电加速迁移的方法评价混凝土的抗氯离子渗透性能。前者能较真实地反应氯离子在混凝土内部的传输情况,但耗时较长,且操作较为繁杂。为了在较短时间内得到混凝土抗氯离子渗透性能,电加速迁移方法被提出且得以广泛的应用。非电场作用下,氯离子在饱和水泥基材料中扩散时,会与水泥基材料中的一些水化产物和未水化的水泥矿物发生物理吸附和化学结合作用,从而降低孔溶液中自由氯离子浓度,延缓氯离子的到达钢筋表面的渗透时间。外加电压时,氯离子由于电场的驱动力在水泥基材料中快速的迁移,往往是电迁移系数大于自然扩散系数,基体对氯离子的吸附和化学结合能力以及对基体微观结构的影响是否与自然扩散相似,不同研究者得出的结论不太一致。电加速氯离子迁移试验对氯离子迁移系数的计算是假设变色边界的氯离子浓度为0.07 mol/L。对于碱激发水泥,由于胶凝材料组成、水玻璃模数以及碱掺料等对其水化产物和孔溶液化学组成有很大的影响,当采用电加速氯离子迁移公式进行计算时,其变色边界氯离子浓度是否同样可取0.07 mol/L,目前尚无文献对此进行研究。本文对经过自然浸泡试验和电加速迁移试验均至稳态的水泥基材料中氯离子的浓聚、总氯离子含量和氯离子的结合能力以及对基体微观结构的影响三方面进行了对比研究。对电加速迁移后的碱激发水泥基材料采用硝酸银显色法后的变色边界氯离子浓度进行了初步研究。对自然浸泡和电加速迁移至稳态的试件采用压滤法研究外加电压对氯离子浓度的影响。结果表明,外加电压下,基体孔溶液的自由氯离子浓度明显高于自然浸泡孔溶液自由氯离子浓度,当外界氯化钠溶液浓度越低时,外加电压的作用越明显。矿粉和硅灰的掺量对两者比值影响不明显,随着粉煤灰掺量的增加,外加电压和自然浸泡下得到的浓聚系数比值呈下降趋势。研究了自然浸泡和电加速迁移至稳态后试件内部的总氯离子含量和化学结合氯离子含量。结果表明,相比于自然浸泡,外加电压下,浆体内部总氯离子含量明显增加。浸泡液氯化钠溶液浓度越低,两者差异越明显。外加电压时不同组成的浆体对氯离子化学结合Friedel‘s盐的生成量影响不明显。纯硅水泥浆体中Friedel‘s盐的形成与自然浸泡时间无关,而与浆体内总氯离子含量有关。研究了外加电压对纯硅水泥浆体Zeta电位和微观结构的影响。结果表明,相对于自然浸泡而言,外加电压会增大硬化浆体的Zeta电位值,随着Na Cl溶液浓度的增加,两者的差距越小。外加电压会减少对基体中Ca(OH)2含量,C-S-H的钙硅比有所增大,浆体孔结构在一定程度上得以改善。研究了不同水玻璃模数、粉煤灰掺量和碱掺量对碱激发水泥变色边界氯离子浓度的影响。当水玻璃模数大于1时,碱激发矿渣/粉煤灰砂浆变色边界氯离子浓度明显大于纯硅水泥砂浆。变色边界氯离子浓度随粉煤灰掺量的增加而逐渐降低,有较好的线性相关性,随碱掺量的增加先增大后减小。采用C_w=1.554C_f+0.3137(R~2=0.968)公式对碱激发矿渣/粉煤灰砂浆变色边界水溶性氯离子浓度进行换算时,得到的自由氯离子浓度的范围在硅酸盐水泥体系显色范围内。由此说明硝酸银显色法可以直接运用于碱激发水泥体系。但其他换算公式和养护方式是否依然适用需要更为系统的研究。
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