新拌混凝土电阻率特性研究

唐鹏程， 李　彪

(湖南省永吉高速公路建设开发有限公司， 湖南 长沙　410004)



新拌混凝土电阻率特性研究

唐鹏程， 李彪

(湖南省永吉高速公路建设开发有限公司， 湖南 长沙410004)

[摘要]采用改进的无电极电阻率测定仪对普通混凝土、掺矿物掺合料混凝土的早期电阻率特性进行了试验研究，探讨了水泥用量、水灰比、矿物掺合料种类及掺量对新拌混凝土电阻率的变化规律。研究表明：新拌混凝土的电阻率对水灰比，水泥用量的变化较为敏感；新拌混凝土电阻率的变化规律与水泥用量、水灰比有良好的相关性。新拌混凝土的电阻率测试与和易性能综合评价有机结合，可更有效的控制新拌混凝土质量，也为我国相应规范的修订积累了技术资料。

[关键词]新拌混凝土； 电阻率测定仪； 水泥用量； 水灰比； 矿物掺合料

0前言

永顺至吉首高速公路(简称永吉高速公路)为湖南省西北部区域重要省际通道，是湖南省高速公路网规划“七纵九横”中第七纵重要组成部分，由于其地质条件极为复杂，桥隧比例达60%以上， C20至C55混凝土总方量达235.5万m3，其中C30、C40混凝土的总方量就达120万m3。由于山区高速公路建设过程中混凝土用原材料的质量波动较大，特别是砂石材料含水率波动很难控制，加至施工队伍的管理水平、综合素质、质量意识差次不齐以及经济效益的杠杆控制等，使得建设主管部门及质量监督主管部门不得不采取各种措施严把混凝土质量关。而我国现有规范《混凝土强度检验评定标准》(GB/T 50107-2010)对混凝土质量的评价方法为：试件成型养护硬化28 d后再测试其强度，但是该方法实现周期太长，实质上这是属于事后控制手段，无法及时反映现场新拌混凝土生产时的质量信息，而实际上新拌混凝土的性能能够反映其永久性能[1]，因此开展新拌混凝土质量控制，为确保混凝土质量意义重大。

在新拌混凝土质量控制中，除综合评价新拌混凝土和易性能外，新拌混凝土的电导率也是新拌混凝土的基本属性，从导电机制来看，混凝土可以看作是导电材料和骨料非导电材料组成的两相复合材料。在新拌混凝土拌和物中，粗骨料和细骨料电阻率分别为5×103～1×106Ω·m及3.8×104～1.2×1012Ω·m，水灰比为0.4的硅酸盐水泥纯浆24 h内的电阻率在5Ω·m以内[2]。对于水泥基材料而言，随着水泥水化的进行，水分不断被消耗，水泥基材料的电学性能会不断发生变化，水泥基材料在水化过程中电学性能的变化规律可以反映水泥的水化特性[3,4]，付传清等人将电阻率法用于早龄期混凝土的微观分析[5]，为改善混凝土材料的服役性能提供了帮助。何真等研究表明新拌混凝土电阻率主要与水灰比和水泥含量有关[6]，电阻率可以作为评价其质量的指标。因此，开展新拌混凝土电阻率特性研究，开辟新拌混凝土质量控制新途径、新方法仍是当前工程技术人员急需解决的新课题。

1试验原材料及实验方案

1.1试验原材料

本试验采用长沙坪塘水泥厂生产的PO·42.5普通硅酸盐水泥，粉煤灰采用湘潭电力粉煤灰开发有限责任公司，矿粉采用湖南长沙地区常用磨细矿粉，水泥、粉煤灰和磨细矿粉的化学组成见表1；粗骨料采用湖南地区常见碎石，连续级配，最大粒径不大于26.5 mm；细集料采用湖南湘江普通河砂；实验拌和用水采用长沙市自来水。

表1 水泥、粉煤灰及矿粉的化学组成成分Table1 Chemicalcompositionsofthecement,flyashandslag材料CaOSiO2Al2O3Fe2O3MgOSO3Na2O烧失量水泥63.7221.385.633.652.151.751.020.97粉煤灰12.550.1530.512.080.090.4—3.8矿粉35.4633.6415.270.4510.202.05—0.15

1.2混凝土配合比

基于永吉高速结构物中混凝土用量较多的为C30混凝土，基于现场和实验室的对比优化试验结果，拟定C30混凝土的水胶比为0.5，具体配合比设计参数见表2，主要考察水灰比、水泥用量，粉煤灰及矿粉掺量对新拌混凝土电阻率的影响。

表2 混凝土配合比设计参数Table2 Theconcretecompositions(kg·m-3)编号水泥粉煤灰矿粉水河沙碎石水胶比N320——16068912810.5N1320——14469512910.45N2320——17668512690.55N3320——19267812600.6N4340——16068212680.47N5360——16067512550.44N638016066812420.42F1288 32—16068912810.5F2256 64—16068912810.5F3224 96—16068912810.5F4192128—16068912810.5S1288— 3216068912810.5S2256— 6416068912810.5S3224— 9616068912810.5S4192—12816068912810.5

1.3试验方法

为了探明新拌混凝土在不同的水灰比条件下电阻率的变化规律，采用了改进的CCR-3型无电极电阻率测定仪对混凝土浆体的电阻率进行测试(见图1)。其工作原理：通过在变压器的初级线圈上施加一定的电压，可以在环形模具上产生恒定的环形次级电压，用电流传感器测出模具内浆体的环形电流后，运用欧姆定律测出模具中浆体的电阻，再结合浆体体积计算出浆体的电阻率。

图1　无电极电阻率原理图Figure 1　Electrodeless cement concrete resistivity meter

试验过程： 按《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》(GB/T50080-2002)配制混凝土，将拌和好的混凝土经过4.5 mm方孔筛，得到的砂浆立刻装入环形模具中，轻微振荡使浆体分布均匀，除去气泡，然后加盖封闭开始测试。混凝土从加水拌和到开始测试的时间控制在10 min左右，测试系统每10 s自动记录一次数据。

2分析与讨论

2.1混凝土电阻率随时间的变化规律

图2　混凝土电阻率随时间的变化规律Figure 2　Electrical resistivity curve of concrete mortar

2.2水泥用量对新拌混凝土电阻率的影响

图3为不同水泥用量条件下新拌混凝土电阻率的发展曲线。由图3分析得出： ①不同胶凝材料用量的C30混凝土早期电阻率具有相同的变化趋势，在相同的水化时间，水泥用量大的浆体电阻率低于水泥用量较小的浆体，因为在用水量不变的条件下增加了水解盐类，浆体中游离态的离子量增多，电阻率减小。②水泥用量越大，浆体电阻率变化率越小。水泥用量大的浆体中参与水化的水泥熟料浓度较大，加水拌和时能与水结合反应的速率快于水泥用量小的浆体，液相溶液离子浓度较快趋于稳定。

图3　不同水泥用量混凝土电阻率发展曲线Figure 3　Electrical resistivity developing curves of different cement content

2.3水灰比对新拌混凝土电阻率的影响

图4为水灰比分别为0.45、0.5、0.55、0.6时新拌混凝土样品在60 min内电阻率的发展曲线。由图4分析得出： ①不同水灰比的混凝土浆体电阻率具有相同的变化趋势，且水灰比较大的浆体电阻率变化率较小； ②水灰比越小浆体电阻率越小。虽然水灰比小的浆体离子浓度大，但由于其基体溶液所占比例较少，浆体内部孔隙率大，相同水化时间其电阻率始终高于水灰比大的浆体，说明孔隙率大对电阻率增大的影响较离子浓度高对电阻率降低的影响程度大。

图4　不同水胶比混凝土电阻率发展曲线Figure 4　Resistivity developing curves of different water-binder ratio concrete

2.4矿物掺合料对新拌混凝土电阻率的影响

矿物掺合料已被混凝土工程广泛使用，混凝土中掺加矿物掺合料不仅节约了大量的水泥，而且能改善了混凝土拌和物的和易性，减少混凝土的水化热、徐变，还能提高混凝土的耐久性能。图5、图6分别为掺粉煤灰、矿粉的C30混凝土电阻率发展变化情况，由图5、图6分析可以得出： ①新拌混凝土浆体早期电阻率随矿物掺合料掺量的增加而增大，且浆体电阻率的变化率也随之降低。由于粉煤灰、矿粉水化时所释放出的离子量没有被取代的水泥所释放出的多，浆体离子浓度随矿物掺合料的增加而降低[8]，同时掺合料填充在混凝土的空隙中,浆体孔隙率减小，导电离子在电场作用下运动的阻力增大，使新拌混凝土电导率值随着水泥取代量的增加而减小。②相同掺量条件下，掺粉煤灰混凝土浆体的电阻率低于掺矿粉混凝土的，这与矿物掺合料的粒径分布有关，矿粉粒径比Ⅱ级粉煤灰小，在水泥中的分散效果较好，能较好地延缓混凝土的凝结硬化过程。

图5　掺粉煤灰混凝土电阻率发展曲线Figure 5　Resistivity curves of concrete mixed with flyash

图6　掺矿粉混凝土电阻率发展曲线Figure 6　Resistivity curves of concrete mixed with slag

3结论

① 采用改进的CCR-3型无电极电阻率测定仪可有效的对C30、C40混凝土浆体的电阻率进行测试，为探求新拌混凝土质量控制信息提供了有利的技术保障。

② 探明了水泥用量、水灰比、矿物掺合料种类及掺量与新拌混凝土电阻率的变化规律。

③ 新拌混凝土的电阻率测试与新拌混凝土和易性能综合评价有机结合，可更有效控制新拌混凝土质量。该方法可为建设、施工、监理单位以及质量监督主管部门对新拌混凝土的质量控制提供参考，也为我国相应规范的修订积累技术资料。

[参考文献]

[1]WEI Xiaosheng.Influence of Calcium Sulfate State and Fineness of Cement on Hydration of Portland Cements Using Electrical Measurement[J].Journal of Wuhan University of Technology (Materials Science Edition),2006,04:141-145.

[2]魏小胜,肖莲珍,李宗津.采用电阻率法研究水泥水化过程[J].硅酸盐学报,2004(01):34-38.

[3]魏小胜,肖莲珍.用电阻率法确定混凝土结构形成的发展阶段及结构形成动力学参数[J].硅酸盐学报,2013(02):171-179.

[4]曾晓辉, 隋同波,范磊,等.电阻率法测定水泥的凝结时间[J].水泥,2009(01):43-45.

[5]付传清,陈军,金贤玉,等.早龄期混凝土的电阻率特性和微观形貌研究[J].混凝土,2015(04):32-36.

[6]何真,王信刚,梁文泉,等.水泥基材料电特性的研究进展[J].建筑材料学报,2004(01):46-51.

[7]陆平.水泥材料科学导论[M].上海:同济大学出版社,1991.

[8]廖宜顺,魏小胜,左义兵.粉煤灰掺量对水泥浆体电阻率与自收缩的影响[J].建筑材料学报,2014(03):517-520.

Research on the Resistivity Characteristics of Fresh Concrete

TANG Pengcheng， LI Biao

(Yongshun-Jishou Expressway Construction and Development Co.， Ltd， Changsha 410004， China)

[Abstract]Study on the variation of fresh concrete resistivity with the aid of improved electrodeless cement concrete resistivity meter，to discuss the impact of different cement content，water-cement ratio，mineral admixture content conditions on the law of development of fresh concrete resistivity.The studies show that：The resistivity of fresh concrete is sensitive to the water cement ratio and cement content.There is a good correlation between the law fresh concrete resistivity and water-cement ratio.It will be more effective to control the quality of the fresh concrete by combine concrete workability with the concrete resistivity method，and it also accumulated technical information for the revised of corresponding specification.

[Key words]fresh concrete； electrodeless resistivity meter； cement content； water-cement ratio； mineral admixture

[收稿日期]2016-01-28

[基金项目]湖南省交通运输厅科技进步与创新项目(201212)

[作者简介]唐鹏程(1977-)，男，湖南永州人，工程师，从事公路与桥梁建设与管理工作。

[中图分类号]U 414.1

[文献标识码]A

[文章编号]1674-0610(2016)03-0178-04