粗骨料形状对混凝土氯离子扩散系数的影响

摘要：研究了粗骨料形状对混凝土氯离子扩散系数的影响，试验结果表明：粗骨料形状对混凝土氯离子扩散系数的有显著影响，随着骨料形状短长轴比例的增加，氯离子扩散系数明显降低。

关键词：骨料形状；骨料掺量；氯离子扩散系数

骨料作为混凝土的重要组成部分，通常占到混凝土体积的70%~80%，其几何特性、物理性能对混凝土早期的工作性能、硬化后的力学性能以及耐久性能存在不可忽视的影响。实际工程的建设以及使用过程中暴露出的问题，很多都是由于骨料使用不当而造成的。砂石的生产和质量直接影响到混凝土能否可持续发展的问题。

氯离子是促成混凝土中钢筋锈蚀的最主要因素，氯离子在混凝土中的传输行为直接决定了钢筋混凝土结构的寿命，而氯离子扩散系数是研究氯离子在混凝土中渗透行为最为重要的参数。骨料的形状作为骨料重要特征之一，对混凝土性能显然也有很大影响，混凝土骨料不同于一般工业产品，其粒形受到母岩材质、破碎工艺等影响，颗粒形态各异，没有统一的形态规格。本文采用统一均衡的加工粗骨料混凝土试件，研究了骨料形状对混凝土氯离子形状的影响。

1试验材料

1.1水泥

各组试验所用水泥均采用湖北黄石华新水泥厂生产的52.5普通硅酸盐水泥，其物理性能见表1-1。

表1-1水泥的物理性能

凝结时间(min) 安定性 抗压强度(MPa) 抗折强度(MPa) 比表面积

(m2/kg) 密度

(kg/m3)

初凝 终凝 3 d 28 d 3 d 28 d

132 187 合格 34.3 60.5 6.3 8.7 369.9 3250

1.2细骨料

细骨料选用杭州钱塘江江砂，由于选用砂子的含泥量较大，为避免土块对后续试验结果产生不良影响，应先将土块除去。具体做法是将砂子放入滚筒式混凝土搅拌机中，加入足量的水，经过数分钟时间的搅拌清洗除去土块。然后将砂子晒干并测得其物理性能指标：堆积密度为1380kg/m3，表观密度为2650kg/m3，含水率为0.35%，吸水率为1.41%。

1.3粗骨料

加工粗骨料：采用水晶玻璃作为材料，表观密度为2500kg/m3（含水率和吸水率都极小，配合比设计中不考虑其影响）。骨料形状控制短轴方向均为8mm，短长轴比分别为1 : 1、1 : 2和1 : 3，共3种规格尺寸骨料，见图1-1。

图1-1试验用加工粗骨料

1.4水

采用自来水，符合《混凝土拌合用水标准》JGJ63-890。

2试验配合比

浆体中砂子的体积掺量为45%。粗骨料采用三种规格尺寸的加工粗骨料，分别编组为A、B和C。粗骨料体积掺量均为30%。水灰比取0.4、0.5和0.6，分别编组为后标1、2和3。A组试验配合比详见表2-8，B组合C组试验配合比与A组相同。

表2-1加工骨料混凝土试验配合比

组别 水灰比 水泥 水 砂 粗骨料

A1 0.4 524 210 835 750

A2 0.5 460 230 835 750

A3 0.6 410 246 835 750

3试件制作及试验方法

3.1试件制作及养护基本要求

氯离子扩散系数测试试件按照《中国土木工程学会标准CCES01-2000》中的NEL法有关对试件形状的要求制作。各组试验均采用圆柱形试件，试件尺寸为φ100 mm×100 mm，3个试件为一组。

养护条件对试件的性能，特别是对氯离子扩散系数有很大影响。为控制养护条件相同，所有试件在浇筑完成后先在温度为20±5℃的环境中静置l~2 d，然后编号拆模。拆模后的试件立即放入养护室中盛有Ca(OH)2饱和溶液的水池中浸没养护，温度恒定为20℃，养护时间为28d。养护完毕后两头各切去2.5cm，除去浮浆层，制成φ100mm×50mm最终测试试件。

3.2试验方法

本文的氯离子扩散试验采用中国土木工程学会标准CCES01-2000的NEL法，即利Nernst-Einstein方程和NEL型混凝土快速真空保水饱盐装置及混凝土渗透性电测仪检测混凝土中的氯离子扩散系数Di。

氯离子扩散系数的测定包含两个主要的步骤：一是试件的真空饱盐，二是饱盐后试件电导率的测定。使用的仪器包括NEL-VJL型混凝土自动真空饱水机和NEL-PDR混凝土氯离子扩散系数测定仪。为使氯离子扩散系数的测定尽可能准确，必须严格按照试验规范要求进行试件的制备和试验的操作。

4试验结果及分析

4.1数据处理

按照NEL法的规定，将每一试样中相差5%以内的数据进行平均，作为该试样的测定值；将3块平行试样的测定值与平均值相差在15%以内的数值进行平均，作为测试混凝土中的离子扩散系数值。若3块平行试样的测定值与平均值相比均超过15%，则需重新进行检测。试验结果的前2个及最后1个数据一般偏离比较大，这主要是因为在设备进行加压检测开始及结束时的电压不太稳定，测试的数据可能就有偏差，因此在数据处理时，应剔除前2个及最后1个数据。这样对剩下的4个数据再进行平均，得到的测试值更有代表性。在试验的过程中，笔者对数据处理的掌握原则是不管试件的7个数据是否都在5%之内，都先把前2个及最后1个数据剔除，以求更精确。一般只要数据在5%以内，不管是否先行剔除，最后对试件的评价都不会有太大影响。

4.2试验结果及分析

如图1-2为数据处理后的试验结果。图中很明显的可以看出：在粗骨料体积掺量相同的情况下，混凝土氯离子扩散系数会随着骨料短长轴比的增加而减少；例如在0.4水灰比下，掺球形粗骨料与掺短长轴比为1 : 3的椭球形粗骨料混凝土相比，氯离子扩散系数降低了18.52%。由此可以得知骨料的形状对混凝土氯离子扩散系数的影响是显著的。

这一现象产生的原因可以从两方面来分析。一方面可以从界面层体积含量的角度来看：对掺同体积不同粗骨料的混凝土，其中界面层体积含量不同，由于粗骨料的质地和表面粗糙度均相同，界面层厚度也应该基本相同，而这里最大的差别是骨料的表面积不同。经过计算可得同体积掺量下三种不同粗骨料的总表面积比为1.24 : 1.06 : 1，这说明球形骨料总表面积更大，随之引入的界面也会更多，有利于混凝土中氯离子扩散；二是粗骨料由于形状不同有可能会影响骨料周围界面过度区的微裂缝开展，从而影响氯离子扩散，不过这个影响具体的机理是如何以及程度有多大还有待后续分析。

图1-2试验用加工粗骨料

5结论

在粗骨料体积掺量相同的情况下，骨料形状随着短长轴比例的增加，混凝土氯离子扩散系数显著减少，粗骨料形状对混凝土氯离子扩散系数的影响不可忽略。

参考文献

[1] 梅塔,蒙特罗.混凝土微观结构,性能和材料[M].北京:中国电力出版社,2008.

[2] 廉慧珍,路新瀛.我国混凝土工程发展中的几个问题[J].建筑技术, 2001,31(1):10-14.

作者简介：黄晓峰（1984- ），男，浙江杭州人，硕士。

摘要：研究了粗骨料形状对混凝土氯离子扩散系数的影响，试验结果表明：粗骨料形状对混凝土氯离子扩散系数的有显著影响，随着骨料形状短长轴比例的增加，氯离子扩散系数明显降低。

关键词：骨料形状；骨料掺量；氯离子扩散系数

骨料作为混凝土的重要组成部分，通常占到混凝土体积的70%~80%，其几何特性、物理性能对混凝土早期的工作性能、硬化后的力学性能以及耐久性能存在不可忽视的影响。实际工程的建设以及使用过程中暴露出的问题，很多都是由于骨料使用不当而造成的。砂石的生产和质量直接影响到混凝土能否可持续发展的问题。

氯离子是促成混凝土中钢筋锈蚀的最主要因素，氯离子在混凝土中的传输行为直接决定了钢筋混凝土结构的寿命，而氯离子扩散系数是研究氯离子在混凝土中渗透行为最为重要的参数。骨料的形状作为骨料重要特征之一，对混凝土性能显然也有很大影响，混凝土骨料不同于一般工业产品，其粒形受到母岩材质、破碎工艺等影响，颗粒形态各异，没有统一的形态规格。本文采用统一均衡的加工粗骨料混凝土试件，研究了骨料形状对混凝土氯离子形状的影响。

1试验材料

1.1水泥

各组试验所用水泥均采用湖北黄石华新水泥厂生产的52.5普通硅酸盐水泥，其物理性能见表1-1。

表1-1水泥的物理性能

凝结时间(min) 安定性 抗压强度(MPa) 抗折强度(MPa) 比表面积

(m2/kg) 密度

(kg/m3)

初凝 终凝 3 d 28 d 3 d 28 d

132 187 合格 34.3 60.5 6.3 8.7 369.9 3250

1.2细骨料

细骨料选用杭州钱塘江江砂，由于选用砂子的含泥量较大，为避免土块对后续试验结果产生不良影响，应先将土块除去。具体做法是将砂子放入滚筒式混凝土搅拌机中，加入足量的水，经过数分钟时间的搅拌清洗除去土块。然后将砂子晒干并测得其物理性能指标：堆积密度为1380kg/m3，表观密度为2650kg/m3，含水率为0.35%，吸水率为1.41%。

1.3粗骨料

加工粗骨料：采用水晶玻璃作为材料，表观密度为2500kg/m3（含水率和吸水率都极小，配合比设计中不考虑其影响）。骨料形状控制短轴方向均为8mm，短长轴比分别为1 : 1、1 : 2和1 : 3，共3种规格尺寸骨料，见图1-1。

图1-1试验用加工粗骨料

1.4水

采用自来水，符合《混凝土拌合用水标准》JGJ63-890。

2试验配合比

浆体中砂子的体积掺量为45%。粗骨料采用三种规格尺寸的加工粗骨料，分别编组为A、B和C。粗骨料体积掺量均为30%。水灰比取0.4、0.5和0.6，分别编组为后标1、2和3。A组试验配合比详见表2-8，B组合C组试验配合比与A组相同。

表2-1加工骨料混凝土试验配合比

组别 水灰比 水泥 水 砂 粗骨料

A1 0.4 524 210 835 750

A2 0.5 460 230 835 750

A3 0.6 410 246 835 750

3试件制作及试验方法

3.1试件制作及养护基本要求

氯离子扩散系数测试试件按照《中国土木工程学会标准CCES01-2000》中的NEL法有关对试件形状的要求制作。各组试验均采用圆柱形试件，试件尺寸为φ100 mm×100 mm，3个试件为一组。

养护条件对试件的性能，特别是对氯离子扩散系数有很大影响。为控制养护条件相同，所有试件在浇筑完成后先在温度为20±5℃的环境中静置l~2 d，然后编号拆模。拆模后的试件立即放入养护室中盛有Ca(OH)2饱和溶液的水池中浸没养护，温度恒定为20℃，养护时间为28d。养护完毕后两头各切去2.5cm，除去浮浆层，制成φ100mm×50mm最终测试试件。

3.2试验方法

本文的氯离子扩散试验采用中国土木工程学会标准CCES01-2000的NEL法，即利Nernst-Einstein方程和NEL型混凝土快速真空保水饱盐装置及混凝土渗透性电测仪检测混凝土中的氯离子扩散系数Di。

氯离子扩散系数的测定包含两个主要的步骤：一是试件的真空饱盐，二是饱盐后试件电导率的测定。使用的仪器包括NEL-VJL型混凝土自动真空饱水机和NEL-PDR混凝土氯离子扩散系数测定仪。为使氯离子扩散系数的测定尽可能准确，必须严格按照试验规范要求进行试件的制备和试验的操作。

4试验结果及分析

4.1数据处理

按照NEL法的规定，将每一试样中相差5%以内的数据进行平均，作为该试样的测定值；将3块平行试样的测定值与平均值相差在15%以内的数值进行平均，作为测试混凝土中的离子扩散系数值。若3块平行试样的测定值与平均值相比均超过15%，则需重新进行检测。试验结果的前2个及最后1个数据一般偏离比较大，这主要是因为在设备进行加压检测开始及结束时的电压不太稳定，测试的数据可能就有偏差，因此在数据处理时，应剔除前2个及最后1个数据。这样对剩下的4个数据再进行平均，得到的测试值更有代表性。在试验的过程中，笔者对数据处理的掌握原则是不管试件的7个数据是否都在5%之内，都先把前2个及最后1个数据剔除，以求更精确。一般只要数据在5%以内，不管是否先行剔除，最后对试件的评价都不会有太大影响。

4.2试验结果及分析

如图1-2为数据处理后的试验结果。图中很明显的可以看出：在粗骨料体积掺量相同的情况下，混凝土氯离子扩散系数会随着骨料短长轴比的增加而减少；例如在0.4水灰比下，掺球形粗骨料与掺短长轴比为1 : 3的椭球形粗骨料混凝土相比，氯离子扩散系数降低了18.52%。由此可以得知骨料的形状对混凝土氯离子扩散系数的影响是显著的。

这一现象产生的原因可以从两方面来分析。一方面可以从界面层体积含量的角度来看：对掺同体积不同粗骨料的混凝土，其中界面层体积含量不同，由于粗骨料的质地和表面粗糙度均相同，界面层厚度也应该基本相同，而这里最大的差别是骨料的表面积不同。经过计算可得同体积掺量下三种不同粗骨料的总表面积比为1.24 : 1.06 : 1，这说明球形骨料总表面积更大，随之引入的界面也会更多，有利于混凝土中氯离子扩散；二是粗骨料由于形状不同有可能会影响骨料周围界面过度区的微裂缝开展，从而影响氯离子扩散，不过这个影响具体的机理是如何以及程度有多大还有待后续分析。

图1-2试验用加工粗骨料

5结论

在粗骨料体积掺量相同的情况下，骨料形状随着短长轴比例的增加，混凝土氯离子扩散系数显著减少，粗骨料形状对混凝土氯离子扩散系数的影响不可忽略。

参考文献

[1] 梅塔,蒙特罗.混凝土微观结构,性能和材料[M].北京:中国电力出版社,2008.

[2] 廉慧珍,路新瀛.我国混凝土工程发展中的几个问题[J].建筑技术, 2001,31(1):10-14.

作者简介：黄晓峰（1984- ），男，浙江杭州人，硕士。

摘要：研究了粗骨料形状对混凝土氯离子扩散系数的影响，试验结果表明：粗骨料形状对混凝土氯离子扩散系数的有显著影响，随着骨料形状短长轴比例的增加，氯离子扩散系数明显降低。

关键词：骨料形状；骨料掺量；氯离子扩散系数

骨料作为混凝土的重要组成部分，通常占到混凝土体积的70%~80%，其几何特性、物理性能对混凝土早期的工作性能、硬化后的力学性能以及耐久性能存在不可忽视的影响。实际工程的建设以及使用过程中暴露出的问题，很多都是由于骨料使用不当而造成的。砂石的生产和质量直接影响到混凝土能否可持续发展的问题。

氯离子是促成混凝土中钢筋锈蚀的最主要因素，氯离子在混凝土中的传输行为直接决定了钢筋混凝土结构的寿命，而氯离子扩散系数是研究氯离子在混凝土中渗透行为最为重要的参数。骨料的形状作为骨料重要特征之一，对混凝土性能显然也有很大影响，混凝土骨料不同于一般工业产品，其粒形受到母岩材质、破碎工艺等影响，颗粒形态各异，没有统一的形态规格。本文采用统一均衡的加工粗骨料混凝土试件，研究了骨料形状对混凝土氯离子形状的影响。

1试验材料

1.1水泥

各组试验所用水泥均采用湖北黄石华新水泥厂生产的52.5普通硅酸盐水泥，其物理性能见表1-1。

表1-1水泥的物理性能

凝结时间(min) 安定性 抗压强度(MPa) 抗折强度(MPa) 比表面积

(m2/kg) 密度

(kg/m3)

初凝 终凝 3 d 28 d 3 d 28 d

132 187 合格 34.3 60.5 6.3 8.7 369.9 3250

1.2细骨料

细骨料选用杭州钱塘江江砂，由于选用砂子的含泥量较大，为避免土块对后续试验结果产生不良影响，应先将土块除去。具体做法是将砂子放入滚筒式混凝土搅拌机中，加入足量的水，经过数分钟时间的搅拌清洗除去土块。然后将砂子晒干并测得其物理性能指标：堆积密度为1380kg/m3，表观密度为2650kg/m3，含水率为0.35%，吸水率为1.41%。

1.3粗骨料

加工粗骨料：采用水晶玻璃作为材料，表观密度为2500kg/m3（含水率和吸水率都极小，配合比设计中不考虑其影响）。骨料形状控制短轴方向均为8mm，短长轴比分别为1 : 1、1 : 2和1 : 3，共3种规格尺寸骨料，见图1-1。

图1-1试验用加工粗骨料

1.4水

采用自来水，符合《混凝土拌合用水标准》JGJ63-890。

2试验配合比

浆体中砂子的体积掺量为45%。粗骨料采用三种规格尺寸的加工粗骨料，分别编组为A、B和C。粗骨料体积掺量均为30%。水灰比取0.4、0.5和0.6，分别编组为后标1、2和3。A组试验配合比详见表2-8，B组合C组试验配合比与A组相同。

表2-1加工骨料混凝土试验配合比

组别 水灰比 水泥 水 砂 粗骨料

A1 0.4 524 210 835 750

A2 0.5 460 230 835 750

A3 0.6 410 246 835 750

3试件制作及试验方法

3.1试件制作及养护基本要求

氯离子扩散系数测试试件按照《中国土木工程学会标准CCES01-2000》中的NEL法有关对试件形状的要求制作。各组试验均采用圆柱形试件，试件尺寸为φ100 mm×100 mm，3个试件为一组。

养护条件对试件的性能，特别是对氯离子扩散系数有很大影响。为控制养护条件相同，所有试件在浇筑完成后先在温度为20±5℃的环境中静置l~2 d，然后编号拆模。拆模后的试件立即放入养护室中盛有Ca(OH)2饱和溶液的水池中浸没养护，温度恒定为20℃，养护时间为28d。养护完毕后两头各切去2.5cm，除去浮浆层，制成φ100mm×50mm最终测试试件。

3.2试验方法

本文的氯离子扩散试验采用中国土木工程学会标准CCES01-2000的NEL法，即利Nernst-Einstein方程和NEL型混凝土快速真空保水饱盐装置及混凝土渗透性电测仪检测混凝土中的氯离子扩散系数Di。

氯离子扩散系数的测定包含两个主要的步骤：一是试件的真空饱盐，二是饱盐后试件电导率的测定。使用的仪器包括NEL-VJL型混凝土自动真空饱水机和NEL-PDR混凝土氯离子扩散系数测定仪。为使氯离子扩散系数的测定尽可能准确，必须严格按照试验规范要求进行试件的制备和试验的操作。

4试验结果及分析

4.1数据处理

按照NEL法的规定，将每一试样中相差5%以内的数据进行平均，作为该试样的测定值；将3块平行试样的测定值与平均值相差在15%以内的数值进行平均，作为测试混凝土中的离子扩散系数值。若3块平行试样的测定值与平均值相比均超过15%，则需重新进行检测。试验结果的前2个及最后1个数据一般偏离比较大，这主要是因为在设备进行加压检测开始及结束时的电压不太稳定，测试的数据可能就有偏差，因此在数据处理时，应剔除前2个及最后1个数据。这样对剩下的4个数据再进行平均，得到的测试值更有代表性。在试验的过程中，笔者对数据处理的掌握原则是不管试件的7个数据是否都在5%之内，都先把前2个及最后1个数据剔除，以求更精确。一般只要数据在5%以内，不管是否先行剔除，最后对试件的评价都不会有太大影响。

4.2试验结果及分析

如图1-2为数据处理后的试验结果。图中很明显的可以看出：在粗骨料体积掺量相同的情况下，混凝土氯离子扩散系数会随着骨料短长轴比的增加而减少；例如在0.4水灰比下，掺球形粗骨料与掺短长轴比为1 : 3的椭球形粗骨料混凝土相比，氯离子扩散系数降低了18.52%。由此可以得知骨料的形状对混凝土氯离子扩散系数的影响是显著的。

这一现象产生的原因可以从两方面来分析。一方面可以从界面层体积含量的角度来看：对掺同体积不同粗骨料的混凝土，其中界面层体积含量不同，由于粗骨料的质地和表面粗糙度均相同，界面层厚度也应该基本相同，而这里最大的差别是骨料的表面积不同。经过计算可得同体积掺量下三种不同粗骨料的总表面积比为1.24 : 1.06 : 1，这说明球形骨料总表面积更大，随之引入的界面也会更多，有利于混凝土中氯离子扩散；二是粗骨料由于形状不同有可能会影响骨料周围界面过度区的微裂缝开展，从而影响氯离子扩散，不过这个影响具体的机理是如何以及程度有多大还有待后续分析。

图1-2试验用加工粗骨料

5结论

在粗骨料体积掺量相同的情况下，骨料形状随着短长轴比例的增加，混凝土氯离子扩散系数显著减少，粗骨料形状对混凝土氯离子扩散系数的影响不可忽略。

参考文献

[1] 梅塔,蒙特罗.混凝土微观结构,性能和材料[M].北京:中国电力出版社,2008.

[2] 廉慧珍,路新瀛.我国混凝土工程发展中的几个问题[J].建筑技术, 2001,31(1):10-14.

作者简介：黄晓峰（1984- ），男，浙江杭州人，硕士。