A913葉益龍新型人工魚礁混凝土滲透性研究jt

1、新型人工魚礁混凝土滲透性能研究2013.9.13-葉益龍摘要：滲透性能是人工魚礁混凝土耐久性的重要內(nèi)容，直接影響著人工魚礁在海洋環(huán)境下的使用年限。采用astm c1202電通量法對各組人工魚礁混凝土的氯離子滲透性進行研究，通過混凝土表面吸水率試驗與電通量法相互驗證，并使用孔結(jié)構(gòu)分析儀對其微觀孔結(jié)構(gòu)進行了分析。研究結(jié)果表明：與硅酸鹽水泥混凝土相比，硫鋁酸鹽水泥顯著減少了混凝土的孔隙率，降低滲透性；海水和海砂明顯起到了優(yōu)化混凝土孔結(jié)構(gòu)的作用，無害孔和少害孔的孔體積所占比例增加，平均孔徑較小，混凝土的抗?jié)B性較好；兩種水泥混合使用的混凝土的累計孔體積增加，其有害孔和多害孔的體積所占比例較大，孔數(shù)量增多

2、且平均孔徑增大，使得混凝土的氯離子滲透性很高。與標準養(yǎng)護相對比，淡水養(yǎng)護和海水養(yǎng)護對混凝土滲透性能的影響較小，孔結(jié)構(gòu)也較一致，但增加了孔的總體積。關(guān)鍵詞：人工魚礁，混凝土，滲透性，孔結(jié)構(gòu)，硫鋁酸鹽水泥permeability of new type of artificial fish reef concrete abstract：permeability is an important content of concrete durability of artificial reefs, having a direct impact on the service life of artifi

3、cial reefs in marine environment. by the method of electric flux astm c1202, groups of artificial reef concrete were studied on the chlorideion permeability. and the trial results of the water absorption of the concrete surface could realize mutual authentication with the electric flux method, and t

4、he pore structure was analyzed by using a pore structure analyzer. the results show that, compared with portland cement concrete, the sulphoaluminate cement significantly reduces the porosity of concrete and its permeability. seawater and sea sand can obviously optimize concrete pore structure. the

5、volume percentage of harmless hole and less harm hole increase, the average pore size is small, so the permeability resistance of concrete becomes better. when two kinds of cement is mixed used in concrete, its cumulative pore volume increases. the volume proportion of harmful hole and much harmful

6、hole is larger, and the number and average pore diameter increase, and the chlorideion permeability of concrete is very high. compared with standard curing, fresh water curing and seawater curing have less effect on the permeability of concrete, and their pore structures are consistent, but increase

7、 the total pore volume.keywords：artificial reef , concrete, permeability, pore structure, sulphoaluminate cement0 前言在21世紀，隨著海洋經(jīng)濟在國家經(jīng)濟發(fā)展中的重要地位不斷上升，各國也競相謀求從海洋中獲取資源來發(fā)展本國的國民經(jīng)濟。其中，以開展海洋牧場為沿海海域進行海洋生態(tài)功能修復的人工魚礁工程項目，在許多國家業(yè)已進行了長期的探索、研究和建設，并相繼取得了一定的成果1-3。一些研究表明4-6，在魚類增殖和生態(tài)功能修復方面，混凝土人工魚礁的效果比其他材料的人工魚礁更為顯著，因而在沿海地

8、區(qū)得到了較為廣泛的應用。但是，混凝土人工魚礁在成功投放到沿岸海區(qū)使用后，通過多年的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，這些混凝土人工魚礁出現(xiàn)了許多問題，諸如混凝土強度劣化、內(nèi)部鋼筋銹蝕等耐久性問題，導致了人工魚礁結(jié)構(gòu)破壞，使用壽命嚴重縮短，其經(jīng)濟效益、社會效益和生態(tài)效益也最終降低，不能夠達到人們的預期目標。而這是由于人工魚礁不可避免地受到了海水的長期滲透和侵蝕作用所產(chǎn)生的后果。為了提高混凝土人工魚礁的經(jīng)濟效益、社會效益和生態(tài)效益，尤其在經(jīng)濟效益方面降低人工魚礁的成本，可利用硫鋁酸鹽水泥和沿海地區(qū)的海水、海砂等建造混凝土人工魚礁，但需對其耐久性能進行深入研究。有關(guān)研究表明7-9，摻入海水或海砂對普通混凝土的滲透性會產(chǎn)生重

9、要的影響，決定著混凝土的耐久性。caijun10指出，混凝土的滲透性是由混凝土的孔隙結(jié)構(gòu)決定。周俊龍等11通過研究發(fā)現(xiàn)，海水海砂造成普通硅酸鹽水泥混凝土內(nèi)部孔隙多且孔隙率大，對混凝土的抗?jié)B透性能非常不利。肖建莊等12研究發(fā)現(xiàn)，不管是摻加何種外摻料，海砂混凝土的氯離子滲透性比普通混凝土的大。而黃華縣等13認為混凝土的抗?jié)B性與混凝土是否含有氯離子及氯離子含量并沒有直接的關(guān)系，只取決于混凝土的孔結(jié)構(gòu)。其研究結(jié)果表明，混凝土中氯鹽的存在降低了混凝土的滲透性，提高了氯離子抗?jié)B性能，是因為混凝土中引入的氯離子在內(nèi)部孔隙中結(jié)晶并堵住了孔隙之間的通道，使得電通量降低。yildirim14研究了不同類型的水泥在

10、混凝土氯離子滲透性能方面的差異性，表明了水泥類型對混凝土的抗?jié)B性有不同的影響。并且，認為電通量法測出的氯離子滲透性能是受到兩個因素的共同影響：一個是取決于混凝土孔結(jié)構(gòu)，另一個是混凝土孔隙液的離子。因此，在評價混凝土滲透性能時需要結(jié)合表面吸水率進行判斷。另外有研究表明15-17，硫鋁酸鹽水泥在改善混凝土的氯離子滲透性能方面有明顯的效果。硫鋁酸鹽不僅能夠提高混凝土的密實度，降低孔隙率，而且通過化學結(jié)合和物理吸附等固化由海水和海砂引入的大量的自由態(tài)氯離子，有效地降低了自由態(tài)氯離子的含量。鑒于氯鹽環(huán)境（如海洋及近海環(huán)境）中采用普通混凝土時鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物的耐久壽命只有10-20年的現(xiàn)狀，硫鋁酸鹽水泥海

11、砂海水混凝土在經(jīng)濟效益以及由于固化氯離子降低混凝土內(nèi)部氯離子含量從而在保護混凝土中的鋼筋所起到的作用等方面，展現(xiàn)出了優(yōu)勢，這在混凝土人工魚礁中的應用展現(xiàn)出較好的。1 原材料和試驗方法1.1 原材料1）水泥：本試驗使用普通硅酸鹽水泥（pc）和硫鋁酸鹽水泥（sac）。采用福建煉石水泥有限公司生產(chǎn)的普通硅酸鹽水泥（p.o 42.5級），表觀密度3050kg/m3, 主要參數(shù)見表 1，主要性能指標見表 2；快硬硫鋁酸鹽水泥由唐山北極熊建材公司生產(chǎn)，表觀密度3150kg/m3，主要參數(shù)見表 1，主要性能指標見表 2。表 1 opc與sac水泥熟料礦物組成含量(%)水泥品種c3sc2sc3aso3c4af

12、c4a3opc55.619.67.52.19.3-sac-31.46-2.9611.2852.85表 2 sac與pc的各項性能指標品種表觀密度(kg/m3)比表面積(m2/kg)燒失量loi (%)凝結(jié)時間(min)抗折強度(mpa)抗壓強度(mpa)初凝終凝3d28d3d28dopc30503601.061251855.78.427.545sac31503871.334587.57955.561.82）粗骨料：試驗用的普通石子按照建筑用卵石、碎石(gb/t 14685-2001)的規(guī)定進行檢測，其各項性能指標見表 3。選用的普通石子性能質(zhì)量優(yōu)良、級配合理，符合試驗的要求。表 3 石子的技術(shù)

13、指標表觀密度(kg/m3)堆積密度(kg/m3)空隙率(%)吸水率(%)2660153242.40.23）細骨料：河砂、海砂，使用閩江河砂以及連江海砂。根據(jù)建筑用砂(gb/t 14684-2001)測定細骨料，各性能指標見表 4，顆粒級配如表 5所示。表 4 砂各項技術(shù)指標種類細度模數(shù)堆積密度(kg/m3)表觀密度(kg/m3)吸水率貝殼含量(%)含泥量(%)氯離子含量(%)河砂2.5148025910.103.530海砂1.6133129800.181.523.010.289表 5 砂的顆粒級配篩孔尺寸(mm)河砂海砂分計篩余(%)累計篩余(%)分計篩余(%)累計篩余(%)4.7500.00

14、.070.072.360.730.730.30.371.182.293.020.360.730.6017.4820.56.497.220.3069.5590.0546.3453.560.158.8698.9141.6195.170.151.091004.831004）拌合用水：自來水、人工模擬海水，人工模擬海水按照各成分在海水里面所占的質(zhì)量比例配制而成，如表 6所示。表 6 人工模擬海水成分名稱分子式質(zhì)量（克升水）(g/l)氯化鈉nacl23.467氯化鎂mgcl24.981硫酸鎂na2so43.917氯化鈣cacl21.102氯化鉀kcl0.6645）高效減水劑：山西凱迪建材有限公司生產(chǎn)的k

15、dsp-1聚羧酸鹽緩凝型高效減水劑，使用摻量為水泥質(zhì)量的1%，減水率為25%。 6）阻銹劑（三乙醇胺，化學分子式n(ch2ch2oh)3）：天津市致遠化學試劑有限公司生產(chǎn)，使用摻量為水泥質(zhì)量的3%。7）硫鋁酸鹽水泥用緩凝劑：天津巴斯夫化工有限公司生產(chǎn)，其摻量為硫鋁酸鹽水泥質(zhì)量的0.3%。1.2 試驗配合比為了研究硫鋁酸鹽水泥和海水海砂對人工魚礁混凝土的抗?jié)B性，設計其變化參數(shù)為硫鋁酸鹽水泥摻量、拌合海水和海砂摻量，以及養(yǎng)護方法。人工魚礁混凝土配合比設計按照c30強度等級的試驗要求以及普通混凝土配合比設計規(guī)程（jgj55-2011）進行設計并適配，配合比見表 7。緩凝劑是為延緩硫鋁酸鹽水泥的快速水

16、化反應，因而其摻量為硫鋁酸鹽水泥質(zhì)量的百分比。表 7 人工魚礁混凝土配合比（kg/m3）編號水泥水砂石子外加劑opcsac淡水海水河砂海砂高效減水劑阻銹劑緩凝劑sa136818464012423.6811.04sa236818464012423.6811.041.104sa336818464012423.6811.041.104sa436818464012423.6811.04sa518418418464012423.6811.040.552sa636818464012423.6811.041.104da6ha6注：試驗編號前綴s代表為標準養(yǎng)護條件，d代表為淡水養(yǎng)護條件，h代表為海水養(yǎng)護。1.

17、3 試驗方法1.3.1電通量法測新型人工魚礁混凝土的抗氯離子滲透性能本試驗采用astm c1202電通量法測試儀，測量混凝土試件在60v直流電壓下6h通過的電量以評價混凝土的滲透性。該方法通過測定流過混凝土的電量，快速評價混凝土的滲透性高低。astm c1202方法基本原理是陰極溶液(氯化物溶液)中負離子(氯離子)被吸引到正極，所以所測的電通量就是氯離子滲透量。按照standard test method for electrical indication of concretes ability to resist chloride ion penetration（astm c1202 -

18、12）標準進行試驗，具體步驟如下：按照表10混凝土配合比，將混凝土拌合物澆筑到100mm100mm50mm的試模，24h后拆模，對試塊分別進行標準養(yǎng)護和海水養(yǎng)護到規(guī)定齡期。然后對混凝土試塊28d、56d進行電通量測試。測試時，將試件進行真空飽水處理，處理后試塊側(cè)面用密封材料密封，然后安裝在玻璃槽中。試件陰極一端注入3%的nacl溶液，陽極一端注入0.3mol/l的naoh溶液。試件安裝好之后，對其兩端施加石60v直流電壓)然后開始每隔 5min記錄一次電流，待電流穩(wěn)定后每隔30min記錄一次，持續(xù)記錄6h。最后計算通過混凝土試件的總電量，用總電量來評估混凝土抵抗氯離子侵蝕的能力。每組試驗用3個

19、試件，取算術(shù)平均值作為每組的試驗結(jié)果。該方法的評價標準方法如表 8所示。table 8 rating of chloride permeability of concrete by astm c1202表 8 astm c1202 總導電量標準及其對混凝土的分類6h 總電量庫侖charge氯離子滲透性chloride permeability典型混凝土type of concrete4000高高水灰比（0.6）2000-4000中中水灰比（0.4-0.5）1000-2000低低水灰比（0.3-0.4）100-1000很低乳液改性、內(nèi)封閉、硅灰混凝土 sa4 sa1 sa3 da6 ha6 sa

20、6 sa2。2.2 新型人工魚礁混凝土表面吸水率 圖 3中給出了混凝土表面每單位面積的所吸收水的體積與時間的平方根的關(guān)系。圖 4反映的是混凝土表面吸水率曲線隨時間變化的規(guī)律。從這兩個圖可以獲得每種類型的混凝土的吸水量的曲線趨勢,從而揭示出這些曲線所反映出的吸水率的變化趨勢。(1) influence of materials on water absorption (2) influence of cement on water absorption (3) influence of curing condition on water absorptionfig 3 capillary suc

21、tion curves (for sorptivity determination) in artificial reef concretes in therst 100h圖 3 人工魚礁混凝土毛細吸水量曲線從圖 3可以看到不同因素對混凝土表面吸水量的影響，各組混凝土的表面吸水量的總趨勢是在初始時刻比較大，而后隨時間的增加逐漸減少。而在同一時刻上，各組的吸水總量是不同的，這從曲線的高低關(guān)系可以看出。(1) influence of materials on capillary water absorption coefficient(2) influence of cement on capi

22、llary water absorption coefficient(3) influence of curing condition on capillary water absorption coefficient圖 4 人工魚礁混凝土表層吸水率fig 4 capillary water absorption coefficient of artificial reef concrete in the rst 100h 圖 4中混凝土表面吸水率曲線反映出了各組混凝土的吸水規(guī)律是一致的，即吸水率的趨勢是隨時間逐漸降低的，且大概在前12小時內(nèi)混凝土的吸水率曲線上的值較大，曲線斜率也較大，表明了

23、吸水率在這個時間區(qū)間內(nèi)變化大，而后吸水率曲線平緩，吸水率趨于穩(wěn)定。2.3 新型人工魚礁混凝土孔徑分布各組28d人工魚礁混凝土的累計孔體積及孔體積變化率如圖 5、圖 6所示，孔徑分布見表 10。(1) influence of materials on the cumulative pore volue (2) influence of cement on the cumulative pore volue(3) influence of curing condition on the cumulative pore volue圖 5 28d人工魚礁混凝土累計孔體積fig 5 pore dist

24、ribution of artificial reef concrete at the age of 28d從圖 5中的各組混凝土的累計孔體積曲線來看，海砂海水對硅酸鹽水泥混凝土的累計孔體積的影響較大，而對于硫鋁酸鹽水泥后混凝土的孔體積影響較?。煌瑫r水泥類型和摻量對混凝土的累計孔體積的影響很大，混凝土的養(yǎng)護方式對混凝土的累計孔體積有較小的影響。（1） influence of materials on pore volue change rate(2) influence of cement on pore volue change rate(3) influence of cement on

25、 pore volue change rate圖 6 28d人工魚礁混凝土孔體積變化率fig 6 28d reefs concrete pore volume change rate圖 6中的孔體積變化率曲線揭示了各組混凝土在不同孔徑上的孔數(shù)量的大小關(guān)系。從該圖中來看，對于硅酸鹽水泥混凝土，海砂海水使用后在各個孔徑上的孔數(shù)量增多；而在硫鋁酸鹽水泥混凝土中，海砂海水沒有改變混凝土在無害孔的孔徑范圍上的孔數(shù)量，而在其他孔徑上的孔數(shù)量影響較大。不同水泥類型和摻量對海砂海水混凝土的各個孔徑上的孔數(shù)量都有影響；而在不同的養(yǎng)護方式下，硫鋁酸鹽水泥海砂海水混凝土的各個孔徑上的孔數(shù)量的基本相同。table 1

26、0 volume distribution of porosity with various sizes at the age of 28d表 10 28d人工魚礁混凝土不同孔徑孔隙的體積分布情況試樣編號平均孔徑(nm)孔徑分布(%)無害孔（200nm）sa129.921.325.860.02sa226.219.538.040.81.7sa325.922.442.734.90sa427.520.532.646.90sa533.514.516.855.213.5sa623.927.239.733.10da623.829.337.633.10ha623.627.439.932.703分析與討論3.

27、1 混凝土氯離子滲透性的各因素分析討論由表 9和圖 2中的sa4、sa5和sa6試驗結(jié)果可知，這三組配合比混凝土6h通過的電量大小順序依次為sa5組 sa4組 sa6組，從中可以看出，兩種水泥復配的sa5組混凝土的電通量為4512庫倫，評價結(jié)果為高滲透性，而sa4組混凝土的電通量也較高，達到了3463庫倫，滲透性評價為中等。相比之下，sa6組的電通量要遠遠低于這兩組混凝土，其電通量僅為1837庫倫，為低滲透性。由此說明了在海水海砂混凝土配合比中，硅酸鹽水泥與硫鋁酸鹽水泥兩者復配對混凝土的滲透性能非常不利，因為這兩種水泥混合后其水化產(chǎn)物發(fā)生一系列的化學反應。根據(jù)付興華和姜偉基等人的研究，硫鋁酸鹽

28、水泥中的主要礦物成分c4a3的水化對水化環(huán)境非常的敏感，它的水化速度與水泥漿體的堿度成正比的關(guān)系。當提高水化溶液的ph值時，c4a3礦物的水化速度會加快。因而硅酸鹽水泥和硫鋁酸鹽水泥混合復配后，一方面，由于硅酸鹽水泥的摻入大大提高了了水泥漿體的ph值，使得硫鋁酸鹽水泥中的c4a3礦物的水化速度加快，導致了混凝土的凝結(jié)時間大幅度地縮短了。其初凝時間縮至19min，終凝時間縮至28min，以致混凝土產(chǎn)生了快速凝結(jié)的現(xiàn)象，因而使得在混凝土快速凝結(jié)的過程中短時間內(nèi)釋放大量化學熱熱而產(chǎn)生膨脹，出現(xiàn)大量的裂紋。另一方面，在早齡期時的混凝土內(nèi)部產(chǎn)生了大量的針狀形的鈣礬石（aft ，c3a3caso432h2

29、o），究其原因，一是因為硫鋁酸鹽水泥水化反應過程在飽和ca(oh)2溶液中，形成鈣礬石的速度較快，其化學反應方程式為：c4a3 + 2caso4 + 38h2o c3a3caso432h2o + 3(al2o33h2o)，二是硅酸鹽水泥礦物熟料本身含有一定量的石膏成分，水泥熟料水化后產(chǎn)生飽和的ca(oh)2孔隙液并提供大量的ca2+，海水海砂又提供了一部分的硫酸根離子，并與無水硫鋁酸鈣礦物的水化產(chǎn)物鋁膠(al2o33h2o)和硅酸鹽水泥的水化產(chǎn)物ca(oh)2繼續(xù)發(fā)生反應生成鈣礬石，其化學反應方程式為：al2o33h2o + 3ca(oh)2 + 3caso4 + 26h2o c3a3caso

30、432h2o，在混凝土內(nèi)部大量的鈣礬石的形成不僅沒有降低孔隙率，反而使得短時間內(nèi)硬化后的混凝土在內(nèi)部產(chǎn)生大量的微裂縫，以及造成微裂縫的發(fā)展，增加了各孔隙之間的貫通，這就讓其氯離子滲透性遠高于sa4組和sa6組。而sa6組的氯離子滲透性又比sa4組的低，其主要有兩方面的原因-：第一是硫鋁酸鹽水泥的有效礦物成分c4a3物含量很高，在石膏不足的液相中，會先形成低硫型水化硫鋁酸鈣（afm相的一種），一些研究表明18-19，afm相會以化學結(jié)合的方式對孔隙液中的自由cl-進行固化，生成為較穩(wěn)定的friendel鹽；同時，根據(jù)csizmadia和王紹東的研究19-20，水泥熟料中含有的鐵相c4af礦物的水

31、化產(chǎn)物也是一種afm相，也具有一定的化學固化能力，生成了類friendel鹽的化合產(chǎn)物，這減少了孔隙液中的自由氯離子的含量；第二是生成的friendel鹽在內(nèi)部孔隙中起到填充的效應，降低了混凝土的孔隙率，一定程度上阻礙了電量的傳輸。而普通硅酸鹽水泥主要是以物理吸附的方式固化自由cl-。因為水化硅酸鈣（c-s-h）凝膠表面會吸附氯離子，硅酸鹽水泥基材料中c-s-h凝膠量要遠大于c-a-h以及鐵相礦物水化產(chǎn)生的凝膠，其c3a和鐵相礦物含量較少，使得化學固化量較少，所以物理吸附固化氯離子的比例很大。但硅酸鹽水泥的這種以物理吸附的方式固化的cl-并不穩(wěn)定，cl-會再次被釋放出來，所以混凝土內(nèi)部通道的自

32、由cl-依然會保持較高的濃度21。而且sa4組的水泥漿體與骨料之間的交界處比較疏松，增大了孔隙之間的貫通，則氯離子滲透性反而增加了，這是因為海水和海砂中含有的mg2+等有害離子與硅酸鹽水泥的水化產(chǎn)物ca(oh)2反應生成了不致密的較為疏松的mg(oh)2等產(chǎn)物所致。 在表 9和圖 2 中，在硅酸鹽水泥混凝土中，由于海水海砂摻入使用，使得sa4組混凝土的電通量高于sa1組，其中sa4組的電通量為3463庫倫，要稍大于sa1組3152庫倫。在硫鋁酸鹽水泥混凝土中，海砂海水對混凝土滲透性的影響可以從表 9和圖 2 中的sa2組、sa3組和sa6組的電通量試驗結(jié)果可以看出。使用海砂海水的sa6組混凝土

33、的電通量較低，用淡水替換海水后的sa2組電通量相對降低至1750庫倫了，而sa3組使用河砂替換海砂造成了電通量的提高，為2364庫倫。其中，淡水替換海水后降低了sa2組的電通量主要是因為混凝土內(nèi)部大量的自由氯離子減少，使得電通量也相應的降低。而sa6組混凝土雖然使用了含大量氯離子的海水和海砂，但是其電通量依然與sa2組的電通量相差不大，這是因為雖然在sa6組混凝土中引入了大量自由氯離子存在時，但是硫鋁酸鹽水泥本身會結(jié)合大量的自由氯離子并能夠使其固化穩(wěn)定成為friendel鹽并堵塞了孔通道，也自然大幅度地降低了孔隙液中的自由氯離子含量。與sa6組混凝土相比，在sa3組中河砂替換海砂雖然能夠減少一

34、部分的氯離子，但是由于在相同用水量的情況下，河砂的使用使混凝土產(chǎn)生泌水現(xiàn)象（即混凝土實際需水量減少，自由水相對增加），使sa3組混凝土孔隙率增加。在與對照組sa1組的比較中，雖然sa1組并沒有引入氯離子，其氯離子滲透性也比sa6組的高，主要是因為采用河砂提高了混凝土孔隙率的影響。sa6組、da6組和ha6組的混凝土配合比相同，但三者的養(yǎng)護條件是各不相同的。sa6組混凝土是標準養(yǎng)護條件下養(yǎng)護，da6組混凝土是在溫度為202的淡水中養(yǎng)護，ha6組是在溫度為202的模擬海水中養(yǎng)護。通過對比表 9中這三組的電通量試驗數(shù)據(jù)結(jié)果可以知道，da6組和ha6組的電通量比sa6組的要稍微高一點，說明了前兩組混凝

35、土的氯離子滲透性相對較高。其主要原因可能是：da6組和ha6組的混凝土在水中養(yǎng)護時混凝土內(nèi)部不斷有有大量的水滲透進去，超過了混凝土繼續(xù)水化所需要的水量，這時，在骨料與水泥漿體之間的交界面處則會聚集大量的自由態(tài)水，使得在交界面處容易形成為氯離子的傳輸通道，提高了氯離子的滲透性。同時，ha6組混凝土在海水中養(yǎng)護時，外界的氯離子會通過孔隙滲透進混凝土的內(nèi)部，其中一部分自由氯離子會被固化；當水泥的固化能力到達極限時，未被固化的部分自由氯離子就以游離態(tài)的形式存在于孔隙液中，此時就增加了混凝土內(nèi)部通道的電量傳輸載體自由氯離子。3.2表面吸水率的各因素分析討論表面吸水率 k是反映材料表面本身的特性，由材料表

36、面的孔隙率和孔隙尺寸決定。由于沒有外加水壓，水吸附擴散過程幾乎全部是在毛細孔中進行，因此更準確地說k是由毛細孔隙率和毛細孔半徑?jīng)Q定的?；炷帘砻嫖?k是時間（t1/2）的函數(shù)，其孔隙中水分運動狀態(tài)可以根據(jù)公式（1）計算，其結(jié)果如圖 4所示。由圖 3(1)和圖 4(1)中的曲線反映了混凝土使用的原材料對表面吸水率的影響。從圖 3(1)中可以看到，混凝土表面每單位面積的所吸收水的體積伴隨著時間變化的曲線先增加而后趨向平緩，而圖 4(1)中表面吸水率 k曲線則先急劇下降而后平緩降低，兩種曲線共同揭示了混凝土的吸水變化和規(guī)律，即混凝土初始的吸水量大、吸水率高，而后吸水量和吸水率逐漸遞減趨于平緩。從

37、sa1組和sa4組的曲線中可以觀察到，sa4組的單位表面吸水量遠遠小于sa1組，吸水率也低于sa1組，這說明了海水和海砂的使用可以顯著地減少混凝土的吸水率。在圖 3(1)和圖 4(1)中把sa2組和sa3組分別與sa6組進行對比可以看出，sa6組初始單位表面吸水量及初始吸水率均低于sa2組和sa3組，而以sa2組的吸水量和吸水率為最高，隨著時間的變化，sa6組的吸水率仍遠低于其他兩組，而sa3組的吸水率逐漸大于sa2組。說明了在砂類型和拌合用水類型對混凝土的吸水率的影響方面上，砂類型對混凝土的影響程度要大于拌合用水類型，海砂對混凝土的吸水率的有利影響比海水更大。圖 3(2)和圖 4(2)中的曲

38、線反映了硅酸鹽水泥與硫鋁酸鹽水泥的不同比例關(guān)系對混凝土的表面吸水率的影響。從兩圖中的曲線可以清楚地看到，sa6組的混凝土的吸水量和吸水率比sa4組的低。對于硅酸鹽水泥與硫鋁酸鹽水泥混合復配的sa5組混凝土，其吸水量和吸水率卻遠遠大于使用單種水泥的sa6組和sa4組，也比其他各組混凝土表面吸水率高。說明了兩種水泥混合使用不能夠降低混凝土的吸水率，不利于混凝土的滲透性，其分析見3.1節(jié)。對于在相同混凝土配合比下，不同的養(yǎng)護方式對混凝土的吸水性能也產(chǎn)生了一定的影響。這可以從圖 3(3)和圖 4(3)中的曲線可以看到，不同養(yǎng)護方式下混凝土的吸水性能相差較大。其中以標準養(yǎng)護下的sa6組混凝土吸水量和吸水

39、率為最低，均遠遠低于水中養(yǎng)護的da6組和ha6組，淡水中養(yǎng)護與海水中養(yǎng)護的混凝土吸水量和吸水率曲線非常接近，兩者的吸水性能相近。其理論分析如上3.1節(jié)所述。3.3混凝土微觀孔結(jié)構(gòu)分析微觀孔結(jié)構(gòu)決定了混凝土的氯離子滲透性能和表面吸水率，混凝土孔徑大小及和分布、以及孔隙是否連通都對混凝土的滲透性有著直接的影響。圖 5中的曲線表示了混凝土隨孔徑大小變化的累計孔體積，圖 6中的混凝土孔徑分布（dv/dd）曲線表示不同孔直徑范圍孔體積隨著孔直徑的變化率，該曲線圖中變化率越大（即縱坐標值越大）表示在該直徑范圍的孔數(shù)量相對較多。根據(jù)吳中偉院士對孔徑的分類，將孔徑分為無害孔（200nm）等4個等級，其中，有害

40、孔和多害孔對混凝土的滲透性能更為不利。表 10中反映了28d人工魚礁混凝土在這4個不同孔徑范圍內(nèi)的孔隙體積的分布情況，由表 10可知，在硅酸鹽水泥體系中，sa4組的少害孔和無害孔所占的總比例為53.1%，有害孔和多害孔分別為46.9%和0，平均孔徑為27.5 nm； sa1組的少害孔和無害孔的總比例為47.1%，有害孔和多害孔的比例分別為 50.9%和2%，其平均孔徑為29.9 nm。在圖 5（1）和圖 6（1）中可以看到，雖然sa4組的累計孔體積比sa1組的大，即sa4組的孔隙率較大，但sa4組混凝土的孔徑在50nm以內(nèi)的孔數(shù)量比sa1組的多，平均孔徑為27.5 nm，要小于sa1組的平均孔

41、徑。這有可能是因為海砂和海水中的mg2+等少量離子在混凝土中參與反應生成了少量的不致密的mg(oh)2等產(chǎn)物，產(chǎn)生一定數(shù)量的微小孔。這表明了海水和海砂雖然會增加了硅酸鹽水泥混凝土的孔體積，但同時也改善了sa4組混凝土的孔結(jié)構(gòu)分布，因而sa4組混凝土的電通量增加較小，而在表面吸水率上增加較大，其滲透性要比sa1組混凝土高。在硫鋁酸鹽水泥體系中，從圖 5（1）中可以看到，sa2組、sa3組和sa6組的累計孔體積的大小關(guān)系為sa6組 sa2組sa3，在圖 6（1）中的孔體積變化率曲線中，sa6組的曲包絡了其他兩條曲線，反映出了sa6組的孔數(shù)量比sa2組和sa3組的孔數(shù)量多。又由表 10所示的孔體積分

42、布情況可以看到，sa2組的多害孔和有害孔的所占體積的比例分別為1.7%和40.8%，共42.5%，這要大于sa3組的34.9%和sa6組的33.1%，且后兩組的多害孔比例都為0。在平均孔徑方面，sa2組、sa3組和sa6組的平均孔徑分別為26.2 nm、25.9 nm 和23.9 nm，以sa6組的平均孔徑最小。由此說明了sa6組的孔結(jié)構(gòu)比其他兩組要好，表現(xiàn)在較低的電通量和表面吸水率，以及更好的滲透性能。圖 5（2）和圖 6（2）中的曲線反映了混合使用硅酸鹽水泥和硫鋁酸鹽水泥的sa5組混凝土累計孔體積和孔體積變化率的變化。從圖 5（2）中的曲線可以看出，sa5組的總孔體積要稍大于sa4組，而s

43、a6組的總孔體積要遠低于前兩組的總孔體積。又由圖 6（2）的曲線可以看出，在橫坐標為20nm以上的sa5組的曲線包絡了sa4組和sa6組的曲線，表明了sa5組在有害孔和多害孔的孔數(shù)量要多于sa4組和sa6組。并由表 10可知，sa6組的無害孔和少害孔的體積所占的比例分別為27.2%和39.7%，均大于sa4組的20.5%和32.6%，也遠高于sa5組，sa5組在無害孔和少害孔的體積所占比例分別為14.5%和16.8%。但sa5組的有害孔和多害孔的體積所占比例非常大，分別達到了55.2%和13.5%，總體積比例為68.7%，大大高于sa4組的46.9%和sa6組的33.1%。sa5組的平均孔徑為

44、33.5nm，大于平均孔徑為27.5 nm的sa4組和23.9 nm的sa6組。這表明了兩種水泥混合使用對于海水海砂混凝土的孔結(jié)構(gòu)有非常不利的影響。因而必然提高混凝土的氯離子電通量和表面吸水率，對混凝土的滲透性產(chǎn)生非常不利的作用?；炷恋酿B(yǎng)護條件對孔結(jié)構(gòu)也有一定的影響。從圖 5（3）中看到，淡水養(yǎng)護的da6組的總孔體積和海水養(yǎng)護的ha6組的總孔體積相近，而這兩組混凝土的總孔體積都要大于標準養(yǎng)護的sa6組。圖 6（3）中sa6組、da6組和ha6組的孔體積曲線極為接近，說明了三組混凝土在各個孔直徑上的孔數(shù)量也較接近。在表 10中可以看到，三組混凝土的孔分布極為相同，而平均孔徑分別為23.9nm、

45、23.8 nm和23.6 nm，其相差并不大，孔結(jié)構(gòu)極為相同。因此說明了三種養(yǎng)護條件對于混凝土的不同孔徑孔隙的體積分布的影響較小，但淡水養(yǎng)護和海水養(yǎng)護卻提高了混凝土的孔體積，因而提高了da6組和ha6組混凝土的電通量和表面吸水率。4 結(jié)論1. 硅酸鹽水泥與硫鋁酸鹽水泥復配后水泥的水化速度加快，混凝土快速凝結(jié)，在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生大量水化熱以及鈣礬石，增加內(nèi)部的微裂縫并使其進一步發(fā)展，孔體積增大，有害孔和多害孔數(shù)量增多，電通量和表面吸水率更高，混凝土的滲透性變大，高于使用單種水泥的混凝土的滲透性。與硅酸鹽水泥相比，硫鋁酸鹽水泥更能增加混凝土的密實度，電通量和表面吸水率較低，孔結(jié)構(gòu)改善，滲透性能更好。

46、2. 因為河砂的細度模數(shù)比海砂的高，使用河砂的混凝土實際需水量較少，在相同拌合用水量下會使得未參與水化的游離態(tài)水聚集在骨料與漿體交界面處，增大孔隙通道，電通量和表面吸水率值變高，使得滲透性提高。拌合用海水由于含有部分有害離子，產(chǎn)生較為不致密的產(chǎn)物增加了孔體積和孔的數(shù)量，但是孔結(jié)構(gòu)中有害孔和多害孔并未明顯增加，因而電通量和表面吸水率，滲透性依然較好。3. 海砂海水對硅酸鹽水泥混凝土的電通量和表面吸水率的不利影響要遠大于硫鋁酸鹽水泥混凝土。摻入海砂海水后，硅酸鹽水泥混凝土的總體積增大，有害孔和多害孔體積比例提高，數(shù)量增多，因而滲透性比硫鋁酸鹽水泥差。4. 不同的養(yǎng)護條件也是混凝土電通量和表面吸水率

47、的影響因素，標準養(yǎng)護的混凝土電通量和吸水率要相對低于在海水和淡水中養(yǎng)護的混凝土滲透性，這是因為標準養(yǎng)護下的混凝土的總孔體積小于海水和淡水養(yǎng)護下的混凝土。參考文獻1charbonnel, e.,f. bachet: artificial reefs in the cote bleue marine park: assessment after 25 years of experiments and scientific monitoring, global change: mankind-marine environment interactions: springer, 2011: 73-79

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