阳离子类型对混凝土固化氯离子能力的影响机理

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发布时间：2021-09-03

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阳离子类型对混凝土固化氯离子能力的影响机理
岳青滢。丁宁，王石付，金龙
(河海大学土木与交通学院，江苏南京210098)
摘要：为了研究阳离子类型(Na_、、Mg 和c矿)对混凝土固化氯离子能力的影响，对尺寸为100mmxlO0mmxlO0mm，预
埋钢棒的l8个混凝土试件进行24个周期的干湿循环试验，采用电位滴定法进行游离态氯离子浓度测试和总的氯离子浓度测
试，并用酸度计测定剩余溶液的pH值。采用衍射仪定性分析胶凝材料水化产物，同时利用综合热分析仪进行热重法和微分热重
法定量分析水化产物。试验结果表明，阳离子的类型显著的影响着混凝土固化氯离子的能力及孔隙液pH值，对应的固化氯离子
能力大小趋势为CaV>Mga*>Na+~K+，与Na+较为相似，导致孔隙液pH值升高，结合氯离子量及总氯离子含量则相对降低。M
消耗水化C—S—H导致孔隙液pH值下降，相应的pH及游离态氯离子含量较Na+和的较低。Ca2+导致结合氯离子量较M 要高，
导致的总氯离子含量也高于Mg2‘。
关键词：阳离子类型；氯离子；固化能力；耐久性
中图分类号： TU528．01 文献标志码： A 文章编号： 1002—3550(2014)01—0012—05
Efect of cationic types on concrete resistance to chloride ingress
YUEQingying，DINGNing，WANGShifu，JINLong
(College ofCivil andTransportationEngineering，HohaiUniversity，Nanjing210098，China)
Abstract： In order to reveal the effect ofcationic types on concrete resistance to chloride ingress．The 24 dry-wet cycles were experimented
on18 concrete specimenswhichwere100mmxlO0mm xlO01TaTI，andimbeddedby steelbars．Free chlorineion concentrationtest andtotal
chlorine ion concentration test were executed bypotentiometric titration method．The pH ofthe residual solution was tested by acidimeter．The
dffractometer was used to analyse the hydration product ofcementitious material qualitatively．And Integrated Thermal Gravimetric An alyzer
was used to analyse the hydration product with digital thermogravimetry and diferential digital therm ogravimetry．The data indicated that
catinonic types had a remarkable influence on ability ofconcrete resistance to chloride ingress and the pH ofpore solution．The ability ofcon—
crete resistance to chloride ingress was Ca2 Mg Na十 K-Bom and Na+lead to increase ofpH in pore solution，decrease in combined
and total chlorine ion concentration．M which consume C—S H lead to decrease ofpH in pore solution．The relevant pH and free chlorine ion
concentration was lower than K+and Na+．Ca2+lead to higher combined and total chlorine ion concentration than M gz+．
Key words： cationic types；chlorine ion；consolidation capability；durability
0 引言
混凝土中钢筋的氯盐腐蚀是钢筋混凝土结构耐久性
下降的一个主要原因，为研究的重点口-2]。长期以来，普遍认
为混凝土中仅游离氯离子腐蚀钢筋，被结合氯离子没有腐
蚀性。但是，被结合氯离子并不牢固，在酸化、碳化、化学侵
蚀与杂散电流等耐久性劣化因素作用下能够被释放。较早
的C．L．Page等『3]发现Friedel盐存在有pH值的依赖性。
G．K．Class等[4司发现在稳态条件下不同类型胶凝材料结合的
氯离子都会被释放出来，且当pH值降至1 1．5时，90％以上被
结合氯离子都会被释放出来。J．S．Ryout~，F．Pruckne 电从事了
相似的试验，证实了GJ~Class等人的结果。A．K．Suryavanshit91、
O．A．Kayyali~、S．VallsOll与T．Van．Gerven0~曾从试验中发现碳
化释放被结合氯离子的现象。虽然化学侵蚀大多并不像酸化
和碳化一样能引起混凝土碱度的明显下降，但是由于钙矾石
和碳化铝酸钙比Friedel盐更稳定，因此，在足够SO42-，CO32-
存在时，Friedel盐可被置换，并释放出el-。如P．W．Brown[13]发
现置于Na2SO 溶液中的Friedel盐最终都转变为钙矾石。
王绍东㈣等认为硫酸盐有与碳化相似的释放结合氯离子
能力。通电释放被结合氯离子可从杂散电流干扰下水泥石
固化氯离子能力的研究㈣和电化学脱盐的研究中见到。
此外，环境温度的升高也能使C．S．H凝胶与Friedel盐释放
出氯离子。
然而，导致混凝土中钢筋腐蚀的氯盐有多种，如：通常
使用的融雪剂(化冰盐)主要成分有氯化钠、氯化钙、氯化
镁和氯化钾等，而海水中也富含多种诸如钠、镁、钙、钾和
锶等多种阳离子。研究表明这些不同的氯盐种类，一旦混入
混凝土，会对混凝土内部环境产生不一样的影响，如：氯化
收稿日期：2013—07—19
基金项目：国家自然科学基金(51009058，50979032)；江苏省“六大人才高峰”计划(07．F．012)
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钙的掺入抑制了Ca(OH) 电离，从而会导致混凝土孔溶液
的pH下降，而氯化钠则会增大混凝土孔溶液的pH值；与
此同时，同等掺量的氯化钙和氯化钠，前者被水泥水化产
物结合的氯离子更多，相应的混凝土孔溶液游离的氯离子
也会较少[18]。此外，需要指出的是不同种类的氯盐也会诱
使不一样混凝土微观结构的变化[81埘，掺氯化钙的混凝土
更为疏松，孔隙也较大，相对于NaCI和KC1，混凝土内掺
CaC12有更大腐蚀效果。此外，F．Pruckncrtm在非稳态条件下
研究表明掺加氯化钙的混凝土中水泥水化产物的c．s．H
和Friedel盐的酸中和容量(Acid neutralization capacity)会
增加，而氯化钠则没有什么明显的影响。所有这些不同类型
的氯盐影响效果的差异，都有可能对混凝土固化氯离子的
能力产生影响。因此，系统开展阳离子类型(Na_、、M 和
Ca )对混凝土固化氯离子能力影响机理的研究具有重要的
理论意义和实用价值。
1 原料、配合比及试验方法
1．1 原料、配合比
水泥：金宁羊牌P·II 42．5R级水泥，28 d抗压强度
52．2 MPa，化学成分见表1；砂：南京江砂，表观密度
2 610 keCm，，细度模数2．9；石子：六合八百桥石子，表观密
度2 930kg／ms，粒径5～16 mm；J,／,Js~剂：江苏博特新材料有
限公司生产的PcA(I)羧酸高性能减水剂，减水率在30％。
试验配合比见表2。
表1 水泥的化学成分％
CaO SiO2 AI203 Fe2O3 M gO K：O Na20 SOs Loss
52．28 22 97 9 34 3．】0 1．35 】．03 ～ 3．99 4．16
表2 配合比
编号W／c—兰鱼鱼望坌垦竺坍落度2 d强度 C W S G 减水剂／
cm ／M Pa
P35 0．35 528．6 l8O 640．8 1 045．6 5．286 3．5 50．5
1．2 试验方法
1．2．1 宏观试验方法
1．2．1．1 试件成型方法
按表2混凝土配合比，成型100 mmxl00 mm~lO0 mm
的混凝土试件。成型时钢棒横埋在混凝土中，并用细木棍
作为支架固定钢棒，将钢棒的保护层厚度控制在15 mm。每
个混凝土试块中埋人1根钢棒，每种技术编号成型18个
试件。成型后放人过渡室，1 d后拆模送人标准养护室养护
至28 d。
1．2．1．2 干湿循环
至28 d龄期，将试件从标准养护室取出，置于室内干
燥4 d后，测试半电池电位。择保护层为15 mm的侧面为工
作面，其他五面用石蜡密封，以确保C1 同一个方向垂直
于钢筋的方向进行渗透。其后，将试件分别置于氯离子浓度
为10％的NaC1、KC1、MgC1 和CaC1：溶液中进行干湿循环，
每种氯盐溶液浸泡3个平行试块。干湿循环试验于室温环
境进行，同时将浸泡试件的水槽盖严盖子，防止溶液蒸发。
将试件浸泡于溶液中4 d，之后置于烘箱内60℃烘3 d，此
为一个干湿循环周期(7 d)，每4个循环周期换一次溶液，
一共进行24个循环周期。
1．2．1_3 氯离子浓度测试
按照JTJ 270～98《水运工程混凝土试验规程》要求，
使用上海镭磁仪器厂生产的ZDJ．4A自动电位滴定仪，采
用电位滴定法分别进行游离态氯离子浓度测试和总的氯
离子浓度测试。电位滴定法是靠电极电位的“突跃”来指示
滴定终点。在滴定到达终点前后，滴液中的待测离子浓度
往往连续变化n个数量级，引起电位的突跃，被测成分的
含量仍然通过消耗滴定剂的量来计算。以一次微分曲线上
dE／dV的最大值点(或最小值点)或二次微分曲线上d2E／dV
变为零的点，作为判别电位滴定的等当点。其计算原理
参考文献[21]。
1．2．1．4 pH值测试
游离氯离子滴定完毕后，测定剩余溶液的pH值，并认为
该溶液的pH值即为混凝土内孔溶液的pH值。pH值测试使
用的是pHS．3C型的酸度计，该酸度计测量范围0～14，显示
精度0．01，基本误差±0．02，温度补偿范围0～60℃。在具体进
行pH i贝0量之前，所用的pH复合玻璃电极用二点校正方法
进行校准。
1．2．2 微观测试方法
1．2．2．1 XRD
取钢筋表面附近2 mm范围内浆体，仔细剔除粗细集料，
研磨至通过16 txm筛，至于真空干燥箱60℃干