探讨在海工混凝土中添加矿物掺合料对抗氯离子渗透性的影响

探讨在海工混凝土中添加矿物掺合料对
抗氯离子渗透性的影响
摘要：为了进一步提升海工混凝土材料配比质量，本次研究中从矿物掺合料
添加的视角着手，分析添加料对于混凝土实际抗氯离子渗透性的影响，实验方案
以正交设计为主，并采用RCM法（快速氯离子迁移系数法）展开分析，以期为相
关人员提供参考。

关键词：海工混凝土；矿物掺合料；抗氯离子；渗透性
引言：随着人类对于海洋的开发力度逐步加大，基建工程已经从最初的近海
区域面向远洋地区推进，因此对于基础性施工中的混凝土材料质量要求更高。

在
沿海地区建设工程项目时，对于混凝土内抗氯离子的渗透性处理越来越关注。

一
般而言，海工混凝土处理中，按照不同的腐蚀程度做划分时，可分为大气区、水
下区、浪溅区以及水位变动区，四大区中对混凝土结构腐蚀最严重的就是浪溅区。

为此，本次研究中为了有效提升海工项目中混凝土结构的耐久性，选择浪溅区内
高性能混凝土作为实验研究对象，具体实验内容如下。

一、实验方法探讨
现阶段，我国进行氯离子渗透性实验分析时，应用频率整体比较高的实验方
法有三种，分别是稳态电迁移方法、电阻率方法以及电通量方法[1]。

通过对上述
三种方法进行分析之后能够发现，无论哪一种方法，其在反应氯离子在混凝土中
的渗透程度时，均需要一定的时间完成，并对试件电量的支持或是其他指标的变
化方面来进行分析[2]。

面对此种状况，本次实验研究中决定采用RCM方法针对
混凝土之中的氯离子渗透能力展开测定工作。

测定原理上，主要是计算混凝土中，氯离子的非稳态迁移系数，以此作为渗透深度参数的代表，同时此数据的得出，
能够更加直观地将氯离子在混凝土中的具体渗透能力呈现出来[3]。

具体的RCM实
验方法操作装置如图1所示：
图1 RCM实验装置图
在具体的RCM实验方法操作中，选用的混凝土试块主要以圆柱体为主，其高度及直径分别为50±2、100±1mm。

实验工作正式开始之前，研究人员需要提前一周的时间，在试块中截取出标准试块，高度和直径分别为100、100±1mm[4]。

随后将试块放置到真空中，做防水处理，并在试块的高度、曲面数据范围之内，做好防水剂的配置和涂抹工作[5]。

本次实验中，研究人员选择了凡士林完成了涂抹工作。

在橡胶桶之内放置试块，桶外侧大概在试块范围上、下两个位置，分别固定两道环箍，并将氢氧化钠（3%）溶液倒入橡胶桶中，此时需要等待橡胶桶静置大概3min左右，确保溶液不会出现泄漏问题之后，在实验槽内放入橡胶桶。

并同步放置NaCl（10%）溶液，确保橡胶桶的内部和外部的液面一直保持齐平状态，最后做好实验设备的正负极连接处理[6]。

实验过程中，要求将30V的直流电压加载于试块两侧，确保环境温度控制在20±5℃的条件下，测定实验试块的初始电流、阳极溶液的初始温度[7]。

具体的实验数据如表1所示，当实验完成之后，需要对阳极溶液的最终温度加以测定和记录。

表1 初始电压、电流与实验时间的时间关联表
随后，需要将试块从橡胶桶之内取出来，并利用工具从中间位置将试块劈开，劈开后做好试块的碎屑处理工作，清理完毕后将AgNO3溶液（0.1mol/L）均匀喷
洒在试块劈裂面之上[8]。

静等15min之后，可以观察到，混凝土中已经渗透入
氯离子的位置，会开始出现AgNO3的白色沉淀物质，此时研究人员需要在沉淀的
周边描绘出详细的分界线，可使用防水笔描绘，避免手续实验中因冲水而影响分
界线的观察[9]。

在测量分界线、底面两者之间的距离测量时，需要以1cm作为测
量间隔，最后确认混凝土中氯离子的渗透深度时，选用测量的平均值为准。

在进
行非稳态氯离子迁移系数计算时，需要按照如下公式（1）展开：
（1）
公式中，D RCM指代的是混凝土的非稳态氯离子迁移系数，本次研究中将其确
认到0.1×10-12m2/s；T指代的是阳极溶液在实验中的初始和结束温度均值单位是℃；U指代的是实验电压绝对值，单位是V；X d指代的是混凝土中氯离子渗透
深度均值，本次研究中将其确认到0.1，单位是mm；L指代的是试块的厚度参数，确认至0.1mm；t指代的是实验时长，单位是h。

二、实验分析
（一）材料分析
本次实验中，所使用的材料为硅酸盐水泥，强度等级为42.5R；石子为人工
碎石，粒径分别为5-10、10-20mm，掺混量为1:1；砂为中砂和天然砂；微硅灰；聚羧酸高性能减水剂；自来水；S95矿渣粉；F类Ⅱ级粉煤灰。

（二）实验混凝土配合比分析
研究人员在开展本次实验时，进行混凝土配合比的实验处理时，主要采用了
正交实验方法，实验因素水平表如表2所示：
表2 海工混凝土中氯离子渗透正交试验因素水平表
实验中的混凝土配合比计算表如表3所示。

共设计A、B两组，A组的掺合料
为矿渣粉（50、45、40%）+粉煤灰（10、15、20%）；B组的掺合料为硅灰（2、3、4%）+粉煤灰（33、32、31%）。

表3海工混凝土配合比计算表
三、实验结果分析 （一）实验结果整理
按照实验配合比将掺合料与混凝土做试拌成型处理，所制作的试块为圆柱体，直径及高度均为100mm ，抗压试块按照7天和28的抗压需求制作，规格为100*100*100mm 。

随后将制作的成型试块置于溶液（Ca(OH)2）内养护，养护时控制在21天整，第22天在试块中高部50mm 切取一块标准试块，继续养护直至满足28天[10]。

将50mm 标准试块取出，重新放入真空饱水仪中做饱水处理，并依据RCM 实验要求展开实验，随后将抗压试块置入标准养护室内做养护，满足养护龄期之后，利用液压万能机对试块展开实验，A 、B 两组的正交实验结果如图2、3所示：
图2 A组实验结果
图3 B组实验结果
（二）实验结果分析
1.A组实验结果分析
结合计算结果，能够得出如图4所示的A组结果趋势图与如表4所示的正交实验计算结果，A组混凝土的RCM系数影响程度比例中，明显形成矿渣粉＞粉煤灰＞水胶比。

当通过综合平衡法对A组实验结果展开分析时，需要将误差与可疑数据去除掉，此时可得出最佳实验方案为A1-1、B1-3。

表4 A组正交实验结果
图4 A 组实验结果趋势图 2.B 组实验结果分析
结合B 组的实验结果进行分析可以发现，B1-2中的非稳态氯离子迁移系数最低，在混凝土养护的第7天、28天时，混凝土的强度达到最大，
结合B组计算结果，可以得出如图5所示的实验趋势图和如表5所示的正交实验计算结果。

B组混凝土的RCM系数影响程度比例汇总，水胶比＞硅灰＞粉煤灰。

当通过综合平衡法对B组实验结果展开分析时，也需要同A组一样将误差和可以数据去除掉，就可得出B组的最优试验方案为B1-1、B2-2。

表5 B组正交实验结果
图5 B组实验结果趋势图
四、结语
在海工混凝土配比中，矿物掺合料的加入，明显提升了混凝土的抗氯离子渗透能力，且掺合料的添加量不同，其实验效果也有差异。

本次研究中，针对“粉煤灰+矿渣粉”与“粉煤灰+硅灰”两种方案的对比可以发现，A组实验方案的抗氯离子渗透效果更佳，且7天、28天时混凝土强度更高，可以满足海工项目的混凝土施工需求，因此A组实验方案值得推广。

另外，在后续的海工混凝土抗氯离子渗透性能研究时，应该去研发水胶比更小、强度更高的混凝土配置方案，利于混凝土的抗氯离子渗透性能进一步提升。

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