混凝土孔体积分形维数及其与氯离子渗透性和强度的关系

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发布时间：2021-09-18

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混凝土孔体积分形维数及其与氯离子渗透性和
强度的关系 ’
张建波，文俊强。王宏霞，叶家元，张文生
(中国建筑材料科学研究总院绿色建筑材料国家重点实验室，北京100024)
摘要：采用压汞法对含不同掺合料混凝土的孔分形结构进行了试验研究，测定了其孔体积分形维数，探讨了含不同掺合料混凝土的孔
体积分形维数与氯离子渗透性能及强度的关系。结果表明：混凝土孔体积分形维数越大氯离子渗透系数越大；含不同掺合料混凝土的孔体
积分形维数与氯离子渗透系数相关性由高到低依次为：粉煤灰>矿渣>石灰石>水泥；含不同掺合料的混凝土的孔体积分形维数与强度
相关性由高到低依次为：粉煤灰矿渣>水泥石灰石。
关键词：体积分形维数；氯离子渗透性；强度；不同掺合料；相关性
中图分类号： TU528．01 文献标志码： A 文章编号： 1002—3550(2010)05～0007-03
Pore volume fractal dim ension of concrete and its relationship between chloride diffusivity and strength
ZH4 Jian —bo，WENJun—qiang，WANGHong-xia，YEJia-yuan，ZHANG Wen—sheng
(ChinaBuildingMaterialsAcademy&StateKeyLab ofGreenBuildingMaterials，Beijing100024，China)
Abstract： The pore structure and pore volume fractal dimension ofconcrete with diferent admixtures wcre determined by M (mercury intrusion
porosimetry)on experiments．The relationship of pore volume factal dimension with chloride diffusivity and strength was investigated．Re—
suits show that concrete chloride diffusivity is propotional to its pore volume fractal dimension；Th e order ofthe correlation between pore volume
fractal dimension and coe街cient ofchloride difusivity from high to low is fly ash，slag，lime stone an d cement；Th e order ofthe corelation be—
tw eenporevolumefractaldimensionand strengthfrom hightolowisflyash，slag，cement，lime stone．
Keywords： porevolum efractal dimension；chloridediffusivity；strength；diferent admixtures；corelation
0 引言
．混凝土中的孔并非假定的呈光滑的圆柱状，而是曲折且表面
非常粗糙的，显然这种曲折程度及粗糙度会明显影响氯离子在
其中的传输速率，水泥混凝土中的孔具有明显的分形特征一1。
目前常用的孔分形模型有Menger海绵体模型BI、Peifer and Avnir
模型、Friesen and Mikula模型、Ji et a1．模型、Usteri et a1．模型、
Neimark模型和Zhang and Li模型，根据这些模型可以采用压
汞法(MIP)、氮吸附法(BET)、小角x射线(或中子)散射法
(SAXS或SANS)、背散射电子显微镜法(Backscatter—sEM)等
试验方法确定出不同的孔分形维数。
尽管对混凝土的孔分形特征有相关的模型及多种试验计
算方法，而且对分形多孔介质的溶质扩散也有相关的理论分数
扩散方程，但目前将混凝土的孔分维数与氯离子渗透系数进行
联系的研究还未见报道。
1 原材料与试验
1．1 原材料与配合比
水泥为北京琉璃河水泥厂P·O 42．5级水泥，比表面积为
349m2／kg；石灰石粉由河北易县石粉厂提供，比表面积为380m2／kg；
收稿日期：2010-01～17
基金项目：国家自然科学基金(50702055)
粉煤灰为北京石景山热电厂粉煤灰，比表面积为398 m2／kg；矿渣
为北京首钢矿渣，比表面积为392 m2／kg；集料采用最大粒径为
25舢n的北京房山碎石和细度模数为2．3的拒马河河砂；外加剂
采用北京通州产高效聚羧酸液态减水剂TK-PC02，固含量20％。
采用胶凝材料为560 kg／m3砂率为55％，水灰比为0,3的基
本配合比，配制含不同掺合料的混凝土。掺合料的掺量均为30％，
聚羧酸液态减水剂掺量均为1．8％，测试养护7、l4、28、60、90 d的
混凝土孔结构及对应的氯离子渗透系数和强度。
1．2 试验方法
成型100mmxlO0mmxl00inlll的立方体试件，1 d拆模并
进行标准养护，至规定龄期后测试混凝土强度。破型后用尖小
锤取样，将试块敲成3～5 mm小颗粒(尽量选择不含砂石的小颗
粒)，装入60 mL广口瓶，并加酒精终止水化。测孔前取出颗
粒在105℃烘箱中烘6 h以除去样品中的酒精及蒸发水，烘
干后用美国Micromeritics Instrument