一种评价胶凝材料抗氯化物侵蚀能力的试验方法

摘要

本发明提供一种评价胶凝材料抗氯化物侵蚀能力的试验方法，将待测的胶凝材料，与标准砂、水配制胶砂试样，测定所述胶砂试样的电通量值，根据测定的胶砂试样的电通量值，确定胶凝材料的抗氯化物侵蚀能力，胶砂材料的电通量值越小，胶凝材料抗氯化物侵蚀能力越强。本发明提供一种评价胶凝材料抗氯化物侵蚀能力的试验方法，用于解决现有技术中缺乏对胶凝材料试验方法与评价指标的问题，通过对胶凝材料配制的胶砂评价，从而确定胶凝材料抗氯化物侵蚀能力，进而预测混凝土的耐久性，减少工作量，缩短混凝土抗氯化物侵蚀性能的评定周期，方便工程施工中工程质量的检测与控制。

说明书

技术领域

本发明涉及一种工程材料性能的测试方法，具体涉及一种评价胶凝材料抗氯化物侵蚀能 力的试验方法。

背景技术

随着我国国民经济建设的不断发展，需要兴建适应贸易、交通运输等所需的海洋工程如 海港码头和跨海大桥等。众所周知，这些重大海洋工程结构均需使用高性能混凝土，而且这 些大型建设项目对钢筋混凝土耐久性一般会提出具体的使用年限要求，如上海国际航运中心 洋山深水港设计寿命为50年，东海大桥、杭州湾大桥设计使用寿命为100年。因此，对海洋 工程混凝土结构耐久性的问题，愈来愈受到各方的关注。

目前，在海洋环境下，氯化物侵蚀混凝土进而导致钢筋发生腐蚀，是影响海洋工程钢筋 混凝土结构耐久性的最重要因素之一。因此，延长钢筋混凝土结构耐久性的最有效手段是提 高混凝土的抗氯化物侵蚀能力。而目前最经济、最有效的提高混凝土的抗氯化物侵蚀能力手 段是通过对混凝土所用胶凝材料进行改性，采用高性能混凝土提高胶凝材料的抗氯化物侵蚀 能力，进而提高混凝土结构的耐久性。而高性能混凝土一般是以水泥、矿渣粉、硅灰等胶凝 材料，砂、石为骨料，与水按一定比例配合，加入外加剂，经搅拌而得，其中，胶凝材料对 于高性能混凝土抗氯化物侵蚀性能的影响最为重要。

但是，到目前为止，对于混凝土所用胶凝材料抗氯化物侵蚀能力的检验还没有标准的试 验方法，只能通过混凝土配制试验，检测混凝土抗氯化物侵蚀性能来间接确定胶凝材料的抗 氯化物侵蚀性能。然而，在高性能混凝土配制过程中，需要确定混凝土用水量、水胶比、砂 率等配合比参数，采用的砂、石子等原材料波动较大，同时也掺入减水剂等外加剂，因此影 响高性能混凝土的抗氯化物侵蚀耐久性参数较多，这常常掩盖了起决定性作用的胶凝材料性 能的影响，影响对胶凝材料抗氯化物侵蚀性能的评价。

胶凝材料作为一种胶结料，和水混合的浆体的测试电通量值较大，易造成测试仪器设备 损坏，很难评价胶凝材料抗氯化物侵蚀性能。而测试胶凝材料和标准砂按照一定比例混合并 加入适量水而拌制成的胶砂的电通量值较为适中，可直接评价胶凝材料抗氯化物侵蚀能力， 其比测试混凝土电通量更为简单，不受砂、石、外加剂等因素的影响。

而且，混凝土配制试验程序较为繁琐，其耐久性评定周期较长，一般每批混凝土要先应 用到结构，等待到达测试龄期再进行检验，难以满足施工的需要。另外，一旦测试结果出现 不合格，将造成相当大的损失。因此，有必要通过对胶凝材料抗氯化物侵蚀能力的试验方法 的研究，优选配制高性能混凝土胶凝材料，进而提供配制高耐久性高性能混凝土的胶凝材料， 从而减少工作量和评定周期，方便工程施工中工程质量的检测，对推进海洋过程中混凝土所 用胶凝材料抗氯化物侵蚀性能的评价具有十分现实的必要性和紧迫性。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种评价胶凝材料抗氯化物侵蚀 能力的试验方法，用于解决现有技术中缺乏对混凝土中胶凝材料试验方法与评价指标的问题， 通过对胶凝材料配备的胶砂评价，从而准确评价胶凝材料抗氯化物侵蚀性能，减少工作量， 缩短混凝土抗氯化物侵蚀性能的评定周期，方便工程施工中工程质量的检测与控制。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种评价胶凝材料抗氯化物侵蚀能力的试 验方法，包括有以下步骤：

1）将待测的胶凝材料，与标准砂、水配制胶砂试样；

较佳的，如步骤1）所述待测的胶凝材料为水泥或矿渣粉、硅灰中的一种或两种与水泥 的组合。

进一步的，所述水泥为Ⅰ型52.5硅酸盐水泥。优选的，所述Ⅰ型52.5硅酸盐水泥是指性 能达到标准《通用硅酸盐水泥》（GB175-2007）的质量要求，且强度等级为52.5的Ⅰ型硅酸 盐水泥。

进一步的，所述矿渣粉为S95矿渣粉。优选的，所述S95矿渣粉是指性能达到标准《高 强高性能混凝土用矿物外加剂》（GB/T18736-2002）的S95矿渣粉。

进一步的，所述硅灰是指性能达到标准《高强高性能混凝土用矿物外加剂》 （GB/T18736-2002）的硅灰。优选的，所述硅灰的性能为：密度为2.2g/cm³，比表面积≥ 18000m²/kg，28天的活性指数≥85%。更优的，所述硅灰的具体性能为：密度为2.2g/cm³， 比表面积为18000m²/kg，28天的活性指数为95%。

较佳的，所述标准砂为性能符合标准《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》（GB/T17671-1999） 的标准砂。较佳的，所述水为自来水。

较佳的，如步骤1）所述胶砂的质量配合比为：一份胶凝材料、三份标准砂和半份水。

2）测定步骤1）所述胶砂试样的电通量值；

较佳的，如步骤2）所述测定胶砂试样的电通量值，包括以下步骤：

A）搅拌：将步骤1）所得胶砂试样放入搅拌机中搅拌；

进一步的，如步骤A）所述的搅拌机为符合标准《行星式水泥胶砂搅拌机》的行星式搅 拌机（JC/T681-2005）。

进一步的，如步骤A）所述搅拌方式符合标准《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》（GB/T 17671-1999）。

B）入模与振动：将搅拌后的胶砂试样装入圆模中，在振动台振动100s至胶砂试样表面 出浆；

进一步的，如步骤B）所述圆模的规格为：直径为100mm、高为50mm。

进一步的，如步骤B）所述振动台为符合标准《混凝土试验室用振动台》（JG/T3020-1994） 的振动台。

C）养护：将步骤B）中圆模放入标准养护箱进行养护，养护24小时脱模，脱模后的胶 砂试样放入养护水中养护，养护至28天，取出；

进一步的，如步骤C）所述标准养护箱的温度为19-21℃、湿度大于95%。

进一步的，如步骤C）所述养护水的温度为19-21℃。

D）测定：测定步骤C）所得胶砂试样的电通量值。

进一步的，如步骤D）所述电通量值是按照标准《混凝土抗氯离子渗透性标准试验方法》 （ASTM C1202）中规定的方法测定。

所述电通量值是指：通过采用电量法测量通过材料的电通量值，可以快速评价材料的渗 透性高低，即材料抵氯化物渗透能力，电通量直接反映材料抗氯化物侵蚀性能，抗氯化物侵 蚀能力较强的材料具有较低的电通量。

3）根据步骤2）测定的胶砂试样的电通量值，电通量值越小则胶凝材料抗氯化物侵蚀能 力越强。

根据胶砂试样的电通量值，评价胶凝材料的抗氯化物侵蚀能力的原理为：由于胶砂由胶 凝材料、标准砂和水组成，其中，标准砂和水为定量，胶凝材料由不同质量配合比的水泥、 矿渣粉和硅灰组成，是胶砂材料中起决定性作用的变量；因此，测定包含不同质量配合比胶 凝材料的胶砂的电通量值的大小决定了胶凝材料的抗氯化物侵蚀能力的强弱；相互比较，当 胶砂的电通量值小时，氯离子渗透性低，胶凝材料的抗氯化物侵蚀能力强；当胶砂的电通量 值大时，氯离子渗透性高，胶凝材料的抗氯化物侵蚀能力弱。

所述材料通过电通量值来评判抗氯化物侵蚀能力的一般标准为：养护龄期28天电通量值 大于4000C，材料氯离子渗透性高，抗氯化物侵蚀能力差；养护龄期28天电通量值处于 2000～4000C之间，材料氯离子渗透性较高，抗氯化物侵蚀能力较差；养护龄期28天电通量 值处于1000～2000C之间，材料氯离子渗透性低，抗氯化物侵蚀能力好；养护龄期28天电通 量值小于1000C，材料氯离子渗透性非常低，抗氯化物侵蚀能力优。

较佳的，所述评价胶凝材料抗氯化物侵蚀能力的试验方法在混凝土制备领域的应用。

如上所述，本发明的一种评价胶凝材料抗氯化物侵蚀能力的试验方法，采用不同质量配 合比的胶凝材料按照标准试验方法拌制的胶砂评价抗氯化物侵蚀能力，将混凝土抗氯化物侵 蚀的试验方法与评价指标简化为对胶凝材料试验方法与评价指标，可以准确评价常用水泥品 种、特种胶凝材料（掺入矿渣粉、硅粉等掺合料）、特种水泥以及工程中配制的胶凝材料抗氯 化物侵蚀能力，进而预测混凝土的耐久性，并将提高评价胶凝材料抗氯化物侵蚀能力的精度， 减少工作量，劳动力、材料，能源的消耗也大大减少。此外，采用胶凝材料评价其抗氯化物 侵蚀性能，还可以规范特种水泥和特种胶凝材料的检测方法，缩短混凝土抗氯化物侵蚀性能 的评定周期方便工程施工中工程质量的检测。

附图说明

图1显示为本发明的一种评价胶凝材料抗氯化物侵蚀能力的试验方法的流程示意图

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步阐述本发明，应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用 于限制本发明的保护范围。

一、原材料和质量配合比的选择

1、原材料的选择

（1）胶凝材料

水泥：采用上海嘉新港辉有限公司生产的强度等级为52.5的Ⅰ型硅酸盐水泥，水泥的物 理力学性能测试结果如表1所示，其抗折强度、抗压强度性能指标达到《通用硅酸盐水泥》 （GB175-2007）国家标准规定的强度等级为52.5的Ⅰ型硅酸盐水泥的质量标准。

表1水泥的物理力学性能指标

矿渣粉：采用安徽朱家桥水泥有限公司生产的S95矿渣粉，其物理力学性能测试结果如 表2所示，其各项物理力学性能指标达到国家标准《高强高性能混凝土用矿物外加剂》 （GB/T18736-2002）规定的质量要求。

表2矿渣粉物理力学能指标

硅灰：采用埃肯国际贸易（上海）有限公司生产的硅灰，其各项化学组成和物理性能指 标测试结果如表3所示，达到标准《高强高性能混凝土用矿物外加剂》（GB/T18736-2002） 的质量要求，其比表面积（细度）为18000m²/kg，28天的活性指数为95%。此外，测定硅灰 的密度为2.2g/cm³。

表3硅灰的化学组成与物理性能指标

（2）骨料

标准砂：采用厦门艾思欧标准砂有限公司生产的标准砂，其性能符合标准《水泥胶砂强 度检验方法(ISO法)》（GB/T17671-1999）的标准砂。

砂：为细骨料，采用福建闵江南港的细度模数2.6河砂，其有关技术指标检测结果如表4 所示。该河砂为细度模数位2.6的Ⅱ区中砂，级配良好，符合标准《普通混凝土用砂、石质 量及检验方法标准》（JGJ52-2006）的质量基本要求。

表4砂的技术指标检测结果

石子：为粗骨料，采用浙江宁波雄镇建材有限公司提供的5-31.5mm连续级配的碎石，其 有关性能指标检测结果如表4所示，其性能满足标准《普通混凝土用砂、石质量及检验方法 标准》级配要求（JGJ52-2006）的质量基本要求。

表5石子的性能指标检测结果

（3）减水剂

采用巴斯夫麦斯特化学建材有限公司生产的RP-25高效减水剂。其性能指标的检测结果 如表6所示，其减水率达到标准《混凝土外加剂》（GB8076-2008）的质量要求。

表6聚羧酸高效减水剂性能指标检测结果

（4）水

水：为自来水。

2、质量配合比的选择

本发明设计了三个系列材料，系列一材料中胶凝材料为硅酸盐水泥，系列二材料中胶凝 材料为硅酸盐水泥掺矿渣粉，系列三材料中胶凝材料为硅酸盐水泥掺矿渣粉和硅灰。每个系 列材料均包括净浆（胶凝材料+水）、胶砂（胶凝材料+标准砂+水）、混凝土（胶凝材料+粗、 细骨料+水）三个层次。并且，每个系列材料均采用较大水胶比（0.50）和较低水胶比（0.35） 两个水胶比。

表7混凝土三个层次结构配合比（质量比）

净浆、胶砂和混凝土三个层次具体配合比（质量配合比）如表7所示，其中，

J1、K1和G1显示为三个系列水胶比为0.50的净浆材料（胶凝材料+水）；

J2、K2和G2显示为三个系列水胶比为0.50的胶砂材料（胶凝材料+标准砂+水）；

J3、K3和G3显示为三个系列水胶比为0.50的混凝土材料（胶凝材料+粗、细骨料+水）；

J4、K4和G4显示为三个系列水胶比为0.35的净浆材料（胶凝材料+水），其中，为了便 于配制，J4还需要加入0.001份的减水剂；

J5、K5和G5显示为三个系列水胶比为0.35的胶砂材料（胶凝材料+标准砂+水），并加 入减水剂；

J6、K6和G6显示为三个系列水胶比为0.35的混凝土材料（胶凝材料+粗、细骨料+水）， 并加入减水剂。

二、试验方法

1、抗压强度

将三个系列材料的抗压强度按标准《水运工程混凝土试验规程》（JTJ270-1998）进行检 测。

2、抗氯化物侵蚀性

将三个系列材料进行抗氯离子电渗透性试验，将其分别放入符合标准《行星式水泥胶砂 搅拌机》（JC/T681-2005）的行星式搅拌机中搅拌，其搅拌方式符合标准《水泥胶砂强度检验 方法(ISO法)》（GB/T17671-1999）。然后，将搅拌后的材料分别装入直径为100mm、高为50mm 的圆模中，在符合标准《混凝土试验室用振动台》（JG/T3020-1994）的振动台振动100s至材 料表面出浆。将圆模分别放入标准养护箱进行养护，养护24小时脱模，脱模后的胶砂试样放 入温度为20℃±1℃的水中养护，养护至28天，取出，按照标准《混凝土抗氯离子渗透性标 准试验方法》（ASTM C1202）中规定的方法测定材料的电通量值，记录检测结果。

三、试验结果讨论与分析

1、工作性试验

本发明中系列一、系列二和系列三材料的工作性测试结果如表8所示。结合表7，从表8 可以看出，随着水胶比的降低，系列一、系列二和系列三的含有胶凝材料的净浆材料的标准 稠度基本不变，只反映胶凝材料需水量，不能有效反映胶凝材料有骨料情况下的工作性；而 系列一、系列二和系列三的含有胶凝材料的胶砂的扩展度和混凝土材料的坍落度（反映混凝 土工作性）均不断降低，在水胶比为0.35时，需掺入减水剂提高工作性，方能保持胶砂的扩 展度和混凝土的坍落度。因此，为了保持胶砂和混凝土材料工作性，避免使用减水剂，胶砂 和混凝土材料的水胶比不宜过低，宜控制在0.50。这有利于简化试验，避免掺减水剂对试验 结果的影响。

另外，采用混凝土材料的坍落度测试混凝土工作性，需要砂、石以及减水剂等原材料， 测试方法比较繁琐。因此，采用水胶比为0.50的胶砂材料测试材料工作性，既反映胶凝材料 在有骨料状态下的性能，进而评价混凝土的性能，且受外界影响因素较小，测试方法较混凝 土的测试方法简单，比较适当。

表8工作性测试结果

2、抗压强度试验

表9抗压强度测试结果

本发明中系列一、系列二和系列三材料的抗压强度的测试结果如表9所示。结合表7， 从表9可以看出，系列一、系列二和系列三中水胶比为0.50和0.35的材料，其3天和28天 抗压强度按净浆、胶砂和混凝土的次序不断增加。其中，当水胶比为0.50时，胶砂和混凝土 两个层次材料抗压强度测定结果相差不大。因此，采用水胶比为0.50的胶砂材料测试材料的 结构强度，简化了通过测试混凝土确定抗压强度的方法，适合实际生产应用。

从表9还可知，混凝土中胶凝材料含量和砂率对抗压强度具有一定的影响，且实际中砂、 石材料波动较大，应合理控制浆骨比、砂胶比和砂率等可提高混凝土抗压强度。

3、抗氯化物侵蚀性能试验

表10电通量测试结果

众所周知，电通量直接反映材料抗氯化物的侵蚀性能，抗氯化物侵蚀性能较强的材料具 有较低的电通量。将本发明中系列一、系列二和系列三的材料按照标准ASTM C1202分别测 试试样28天的电通量，测试结果如表10所示。结合表7，从表10可以明显地看出，系列一、 系列二和系列三材料的水胶比为0.50和0.35的28天电通量值按净浆、胶砂和混凝土的次序 降低，这表明三个层次的抗氯化物侵蚀能力按混凝土、胶砂、净浆次序降低。

其中，净浆的电通量值较大，易使电通量测试仪产生较大电流，对电通量测试仪产生不 利影响，严重的会导致仪器损坏，测不到电通量值；采用胶砂试验测试出的电通量介于净浆 和混凝土之间，测试的值较为适中且受原材料配合比影响较小，能客观反映材料中含有的胶 凝材料的抗氯化物侵蚀性能，进而反映混凝土的抗氯化物侵蚀性能。而混凝土与胶砂测定的 电通量值呈同向趋势，胶砂测定的电通量值相对较大，抗氯化物侵蚀能力相对弱，但测得电 通量值在合理范围内。

而且，系列一、系列二和系列三的材料中三个层次的抗氯化物侵蚀能力存在较大差别， 通过合理调整三个层次的比例可以提高材料抗氯化物的侵蚀能力，其中，水胶比为0.50的胶 砂28天的电通量值较为适中，且试验成型较为规范简单，可以直接用于反映胶凝材料抗氯化 物侵蚀能力。

4、抗氯化物侵蚀性能的评价

目前，材料通过电通量值来评判抗氯化物侵蚀能力的一般标准为：养护龄期28天电通量 值大于4000C，材料氯离子渗透性高，抗氯化物侵蚀能力差；养护龄期28天电通量值处于 2000～4000C之间，材料氯离子渗透性较高，抗氯化物侵蚀能力较差；养护龄期28天电通量 值处于1000～2000C之间，材料氯离子渗透性低，抗氯化物侵蚀能力好；养护龄期28天电通 量值小于1000C，材料氯离子渗透性非常低，抗氯化物侵蚀能力优。

选择本发明中系列一、系列二和系列三的材料中胶砂材料，测定其水胶比为0.50的28 天的电通量。由于胶砂由胶凝材料、标准砂和水组成，其中胶凝材料是胶砂组成成分中起决 定性作用的变量，因此，测定获得的胶砂的电通量值的大小决定了胶凝材料抗氯化物侵蚀能 力的强弱。当胶砂的电通量值变小时，氯离子渗透性变低，也意味着胶凝材料的抗氯化物侵 蚀能力增强；反之，当胶砂的电通量值变大时，氯离子渗透性变高，也意味着胶凝材料的抗 氯化物侵蚀能力变弱。具体数据见表11。

表11抗氯化物侵蚀性能评价表

系列 编号 28天电通量（C） 评判依据（C） 氯离子渗透性 性能评价 系列一 J2 5810 大于4000 高 差 系列二 K2 1512 1000～2000 低 好 系列三 G2 850 小于1000 非常低 优

结合表7和10，由表11可知，同样采用水胶比为0.50的胶砂材料，由于胶凝材料中水 泥、矿渣粉和硅灰的质量配合比不同，其测定的胶砂28天电通量值也不同。具有合适质量配 合比的胶凝材料，其胶砂测定的28天电通量值低，氯离子渗透性低，胶凝材料的抗氯化物侵 蚀能力强。

5、机理分析

根据混凝土的结构，混凝土可划分为原子-分子、细观、粗观和宏观四个层次。通过材料 的组分—结构—性能的多层次研究，促进了按使用要求与使用寿命来对混凝土材料的力学行 为进行综合设计，并把混凝土工艺理论在结构层次上和混凝土强度理论相适应。由此可见， 高性能混凝土抗氯化物侵蚀性能与内部结构密切相关，从宏观层次来看，混凝土具有净浆、 胶砂和混凝土三个层次，净浆中不含细骨料，而胶砂中不含粗骨料，粗、细骨料具有较大的 电阻率，导致胶砂和混凝土层次的电通量降低，在一定程度上可阻止有害氯离子侵入，从而 导致三个层次的抗氯化物侵蚀性能差别。采用胶砂测试出的电通量介于净浆和混凝土之间， 测试的值较为适中，且受原材料和配合比影响较小，从机理上讲，能客观反映胶凝材料的抗 氯化物侵蚀性能，进而预见混凝土的抗氯化物侵蚀性能。

四、结论

对混凝土具有的净浆、胶砂和混凝土三个层次结构的混凝土抗氯化物侵蚀性能进行了试 验研究，研究结果表明，三个层次结构的电通量按净浆、胶砂和混凝土的次序递减，混凝土 层次具有较高的抗氯化物侵蚀性能，采用水胶比为0.50的养护龄期28天的电通量值的胶砂 材料可以综合反映胶凝材料的抗氯化物侵蚀性能，进而预见混凝土的抗氯化物侵蚀性能。

综上所述，本发明采用的一种评价胶凝材料抗氯化物侵蚀能力的试验方法，采用包含不 同质量配合比的胶凝材料的胶砂评价气抗氯化物侵蚀能力，将混凝土抗氯化物侵蚀的试验方 法与评价指标简化为对胶凝材料试验方法与评价指标，进而预测混凝土的耐久性，减少工作 量，规范特种水泥和特种胶凝材料的检测方法，缩短混凝土抗氯化物侵蚀性能的评定周期， 方便工程施工中工程质量的检测。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度 产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技 术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡 所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等 效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。