一种基于水胶比监测的混凝土抗氯离子渗透性超前预测方法

摘要

本发明提供了一种水胶比监测的混凝土抗氯离子渗透性超前预测方法，其包括以下几个步骤：(1)制备不同水胶比的混凝土试验试件，并测试其实测水胶比；(2)分别测试不同水胶比的混凝土试验试件的28d和56d的氯离子扩散系数；(3)拟合实测水胶比与氯离子扩散系数之间的特征关系曲线；(4)测试现场新拌混凝土的水胶比，依托上述特征关系曲线，计算该现场新拌混凝土28d和56d龄期时的氯离子扩散系数以获得氯离子扩散系数预测值；(5)判断该混凝土抗氯离子渗透性是否达到规范或设计要求。本发明在现场混凝土浇筑前可预测硬化混凝土的抗氯离子渗透性，对不满足规范或设计要求的混凝土可及时进行调整，可避免传控制方法的滞后性所带来的潜在经济损失。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于水胶比监测的混凝土抗氯离子渗透性超前预测方法，属于混凝 土耐久性质量控制技术领域。

技术背景

处于侵蚀环境下的混凝土结构，混凝土的耐久性关键参数——混凝土氯离子扩散系 数必须满足规范或设计控制指标的要求，否则混凝土结构难以达到设计使用寿命。在实 际施工过程中，混凝土施工质量控制应该落实到耐久性设计指标上，从而保障工程建设 品质和寿命。混凝土氯离子扩散系数与原材料性能、材料组成以及养护过程等因素有关， 其中材料组成中的水胶比是影响混凝土氯离子扩散的最主要因素之一。通常情况下，在 其他配合比参数不变时，混凝土的氯离子扩散系数随水胶比的上升而提高。

在工程施工过程中，由于受到天气变化、计量偏差等因素的影响，混凝土中的骨料 等含水率波动较大，导致现场拌合混凝土的水胶比发生波动，并造成混凝土抗氯离子渗 透性等耐久性参数产生差异，混凝土结构的耐久性质量难以保障满足设计要求。在现行 施工规范中，如《水运工程混凝土质量控制标准》(JTS202-2-2011)和《铁路混凝土工 程施工技术指南》(TZ201-2005)，硬化混凝土耐久性质量控制是通过测试混凝土施工 过程中留置试件的28d或56d氯离子扩散系数来进行的。现有混凝土耐久性质量控制过 程与工程施工同时进行，一旦留置试件的耐久性指标测试结果未达到规范或设计要求， 相应的补救措施有限，可能造成较大的经济损失。因此，现行的混凝土耐久性质量控制 方法具有一定的滞后性，不能完全满足混凝土工程施工质量控制需求。

发明内容

本发明的目的是弥补现有技术的不足，提出一种基于新拌混凝土水胶比监测的混凝 土抗氯离子渗透性超前预测方法。

为了实现上述发明目的，本发明采用了以下技术方案：

(1)针对现场混凝土构件设计配合比，保持原材料及配合比中胶凝材料、碎石、 减水剂用量不变，并保持拌合用水和砂的质量和不变，改变水和砂的质量比例以制备不 同水胶比的混凝土试验试件，并测试混凝土试验试件的实际水胶比值以获得实测水胶 比；

(2)分别测试不同水胶比的混凝土试验试件的28d和56d的氯离子扩散系数；

(3)根据步骤(1)的实测水胶比及步骤(2)测得的氯离子扩散系数，分别拟合 该混凝土构件基于固定的原材料及配合比中胶凝材料、碎石、减水剂用量情况下不同实 测水胶比下与混凝土28d和/或56d龄期时氯离子扩散系数之间的特征关系曲线；

(4)在该混凝土构件施工过程中，测试现场新拌混凝土的水胶比，依托步骤(3) 中的特征关系曲线，计算该现场新拌混凝土28d和56d龄期时的氯离子扩散系数以获得 氯离子扩散系数预测值；

(5)将所述氯离子扩散系数预测值与规范或设计要求中规定的控制值进行比较， 判断该混凝土抗氯离子渗透性是否达到规范或设计要求。

本发明针对混凝土实际施工过程中水胶比易发生波动而影响混凝土结构耐久性的 问题，利用混凝土氯离子扩散系数与水胶比之间良好的相关性，建立新拌混凝土测试水 胶比与硬化混凝土氯离子扩散系数之间的特征关系曲线；在施工过程中，对出机混凝土 水胶比进行测试，并采用上述特征关系曲线计算硬化混凝土氯离子扩散系数，在混凝土 现场浇筑前即得到氯离子扩散系数的预测值，在考虑测试和预测偏差的情况下，判断该 混凝土抗氯离子渗透性是否达到规范或设计要求，并为现场混凝土耐久性质量控制提供 依据。与现行现场混凝土抗氯离子渗透性测试方法相比，本发明的特点在于：(1)本方 法是在现场混凝土浇筑前根据出机混凝土的水胶比测试结果预测硬化混凝土的抗氯离 子渗透性，对抗氯离子渗透性指标不满足规范或设计要求的混凝土可及时进行调整，为 现场混凝土耐久性质量超前控制提供依据，可避免传统耐久性质量控制方法的滞后性所 带来的潜在经济损失；(2)本方法根据现场出机混凝土水胶比测试结果和拟合的特征关 系曲线推算硬化混凝土氯离子扩散系数，不需要成型混凝土“快速氯离子迁移系数法” 试验试件进行氯离子扩散系数测试，耐久性质量控制省时、省力；(3)本方法是基于混 凝土组成、结构与性能之间存在内在关系的原理，经多项研究论证，对于相同混凝土原 材料，混凝土水胶比与氯离子扩散系数具有良好相关性，本发明具有良好的理论基础。

附图说明

图1是本发明基于某一工程实例而测定的混凝土测试水胶比与硬化混凝土氯离子扩散 系数的特征关系图。

具体实施方式

本发明涉及的基于水胶比监测的混凝土抗氯离子渗透性超前预测方法，包括以下几 个步骤：

(1)针对现场混凝土构件设计配合比，保持原材料及配合比中胶凝材料、碎石、 减水剂用量不变，并保持拌合用水和砂的质量和不变，改变水和砂的质量比例以制备不 同水胶比的混凝土试验试件，并测试混凝土试验试件的实际水胶比值以获得实测水胶 比；

(2)将所制备的不同水胶比的系列混凝土试验试件，按照国家标准《普通混凝土 长期性能和耐久性试验方法标准》(GB/T50082-2009)中“快速氯离子迁移系数法”中的 规定，测试混凝土28d和56d氯离子扩散系数；

(3)根据步骤(1)的实测水胶比及其对应的步骤(2)中混凝土试件在28d和56d 龄期时测得的氯离子扩散系数，分别拟合该混凝土构件基于所用混凝土原材料及配合比 的情况下，实测水胶比与混凝土28d和56d龄期时氯离子扩散系数之间的两条特征关系 曲线；

(4)在施工过程中，针对现场出机混凝土，测试现场新拌混凝土水胶比，依托步 骤(3)中的上述特征关系曲线，分别计算该新拌混凝土28d和56d龄期时的氯离子扩 散系数以获得氯离子扩散系数预测值；

(5)将混凝土氯离子扩散系数预测值与规范或设计要求中规定的控制值进行比较， 判断该混凝土抗氯离子渗透性是否达到规范或设计要求，并为现场混凝土耐久性质量控 制提供依据。

本发明的测试基本原理为混凝土水胶比与氯离子扩散系数相关理论。当混凝土的原 材料及配合比中其他参数固定时，在相同养护条件下，水胶比决定了混凝土氯离子扩散 系数。

本发明中混凝土试件采用传统的标准养护方法。

新拌混凝土水胶比测试采用日本圆井新拌混凝土单位水量测定仪在混凝土搅拌完 成后进行。

根据预测结果，判断此时现场制备混凝土抗氯离子渗透性是否满足规范或设计要 求，并为现场混凝土耐久性质量控制提供依据。

实施例一

试样：港珠澳大桥现有的预制沉管混凝土配合比(胶凝材料用量420kg/m³，水泥、 粉煤灰、粒化高炉矿渣粉分别占胶凝材料的45％、25％、30％)为基础配合比，其配合 比如表1所示。保持其他配合比参数固定的条件下，改变混凝土单方用水量，上下波动 水胶比，分别制备设计水胶比为0.33、0.34、0.35、0.36、0.37、0.38的系列混凝土。

表1试验混凝土基准配合比(单位：kg/m³)

采用新拌混凝土单位水量测定仪对以上系列的混凝土水胶比进行测试，得到各设计 水胶比混凝土对应的实测水胶比及测试偏差，如表2所示。

表2试验混凝土测试水胶比

设计水胶比 0.330 0.340 0.350 0.360 0.370 0.380 测试水胶比 0.337 0.345 0.351 0.361 0.371 0.382 测试偏差(％) 2.1 1.5 0.3 0.3 0.3 0.5

将该系列混凝土试验试件，标准养护28d和56d后测试混凝土氯离子扩散系数，结 果如表3所示。

表3试验混凝土氯离子扩散系数

拟合该系列混凝土实测水胶比与28d和56d氯离子扩散系数的特征关系曲线，如图 1所示。其中，测试水胶比与混凝土28d、56d龄期氯离子扩散系数之间的关系曲线可 依次表述为公式1和公式2，相关性依次为0.964、0.945。

y＝309.1x²-198.9x+36.23(公式1)

y＝495.2x²-331.2x+58.25(公式2)

对施工过程中序号为1～6的一系列出机混凝土的水胶比进行测试，根据水胶比测试 结果和上述特征关系曲线，得到该批系列出机混凝土28d和56d氯离子扩散系数的预测 值，结果如表4所示。

表4施工混凝土水胶比测试及氯离子扩散系数预测值结果

为了比较预测值的准确性，准备了一组对比试验。将上述序号为1～6的系列出机混 凝土分别对应制成对比试验试件1～6，在标准条件下养护，采用“快速氯离子迁移系数 法”法进行该批次混凝土28d和56d氯离子扩散系数测试，得到氯离子扩散系数的实测 值，结果见表5。

表5施工混凝土氯离子扩散系数实测值

将表5中的实测值与表4中的对应的预测值进行比较，计算预测偏差，结果见表6。

表6混凝土氯离子扩散系数预测偏差

从表中结果可看出，混凝土氯离子扩散系数的预测值与实测值一致性良好，28d和 56d氯离子扩散系数的预测偏差均在10％以内，具有较高准确性。

根据表4中混凝土氯离子扩散系数预测值，可对现场制备的混凝土抗氯离子渗透性 是否达到规范或设计要求作出判断，为现场混凝土耐久性质量控制提供依据。考虑预测 偏差，在该工程沉管混凝土的后续施工过程中提供更为精确的氯离子扩散系数预测及耐 久性质量控制。