帶裂縫混凝土氯離子擴散及碳化特性試驗研究

張希瑾，田穩(wěn)苓，王浩宇，卿龍邦，余建福

(1.河北工業(yè)大學土木與交通學院，天津 300401;2.天津住宅集團建設工程總承包有限公司，天津 300070)

?

帶裂縫混凝土氯離子擴散及碳化特性試驗研究

張希瑾1，田穩(wěn)苓1，王浩宇2，卿龍邦1，余建福1

(1.河北工業(yè)大學土木與交通學院，天津 300401;2.天津住宅集團建設工程總承包有限公司，天津 300070)

針對帶裂縫混凝土的氯離子擴散作用及碳化特性進行了試驗分析，利用無損裂縫制備裝置，預制了不同深度、厚度及不同間距的帶裂縫混凝土試件，分別進行了氯鹽溶液浸泡試驗及快速碳化試驗，并對二者的耦合作用進行了研究。得到了裂縫寬度、深度、裂縫間距及水灰比等因素對帶裂縫混凝土試件氯離子擴散作用和碳化特性的影響，且隨著碳化時間的增加，帶裂縫混凝土試件的氯離子擴散深度減小，氯離子擴散對混凝土的抗碳化性能起到了一定的提高作用。

帶裂縫混凝土; 氯離子擴散; 碳化特性; 耦合作用

1 引 言

混凝土結構耐久性是指在周圍環(huán)境及內部材料因素作用下，混凝土結構及其構件不需要花費大量資金維修，也可以保證其使用性、安全性及外觀要求的功能，是評價混凝土結構穩(wěn)定性和使用年限的重要指標[1-2]。氯離子的擴散作用和碳化特性造成的鋼筋銹蝕是造成混凝土結構耐久性能下降的主要原因?；炷两Y構在服役期間會不可避免的會產(chǎn)生裂縫，裂縫會促進氯離子擴散作用和碳化反應，進一步降低混凝土結構的安全性和適用性。

國外學者研究發(fā)現(xiàn)[3-6]：無損法制備的帶裂縫混凝土結構的試驗結果具有較高的可靠性，方便數(shù)值模擬，而且便于實現(xiàn)對擴散模型的試驗驗證。氯離子擴散作用造成的鋼筋銹蝕是混凝土結構耐久性降低的主要原因[2]，一般可以將銹蝕機理分為四個方面，即破壞鈍化膜、形成腐蝕電池、陽極去極化作用、導電作用[7]，通過研究氯離子在混凝土內的擴散過程來預測內部鋼筋的脫鈍時間。大氣環(huán)境下，混凝土的碳化特性是導致鋼筋銹蝕的重要因素，混凝土碳化與鋼筋銹蝕條件及銹蝕速率有著密切聯(lián)系[8]。混凝土的碳化作用消耗了混凝土內Ca(OH)2等堿性成分生成CaCO3，使基體pH值降低，鋼筋脫鈍銹蝕進而造成結構耐久性退化。王棟等[9]發(fā)現(xiàn)氯離子擴散系數(shù)隨著碳化時間的增長呈現(xiàn)先降低后平穩(wěn)而后升高的規(guī)律。陳偉等[10]通過試驗研究了碳化和應力作用下混凝土中的氯離子遷移規(guī)律,結果表明，碳化齡期短的混凝土試件，氯離子擴散系數(shù)會有很大程度的下降，隨著碳化時間的增加下降速度不斷減緩。許晨等[11]通過研究得出了碳化作用使氯離子擴散系數(shù)降低的結論，碳化前期會產(chǎn)生氯離子濃度峰值，同時發(fā)現(xiàn)氯離子擴散使混凝土抗碳化能力顯著增強，經(jīng)掃描電子顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，氯離子的侵蝕作用有效減緩了二氧化碳氣體的進入，其細化了混凝土的孔隙結構。

目前研究學者對于無損裂縫方法鮮有研究，且對帶裂縫混凝土耐久性的研究尚處于起步階段。針對這種情況，本文提出了一種無損制備裂縫裝置，可以高效便捷地制備帶裂縫混凝土試件。同時對帶裂縫混凝土試件進行了氯鹽溶液浸泡試驗及快速碳化試驗，并研究了其耦合作用，為混凝土結構的壽命預測提供試驗及理論依據(jù)。

2 帶裂縫試件的制備

2.1 試驗原材料及配合比

混凝土試件的基本原材料為水泥、粉煤灰、粗骨料、細骨料、減水劑及水。為消除混凝土粗骨料對試驗結果的影響，澆注帶裂縫的立方體砂漿試件，其基本原材料為水泥、細骨料、水。

C40混凝土配合比見表1，28 d抗壓強度平均值49.1 MPa。砂漿試件水灰比分別為0.4、0.5和0.6，其配合比見表2。

表1 C40混凝土配合比

表2 砂漿配合比

2.2 無損制備裂縫法

目前，國內外學者研究的裂縫特征參數(shù)主要包括：曲折性、連通性、裂縫尺度(長、寬、深)、開裂面粗糙度及裂縫截面形狀(錐型或平行線型)[12-13]。裂縫產(chǎn)生方法包括破損法和無損法兩種。無損法相比破損法，便于定量研究裂縫對混凝土各方面性能的影響。

為了能在混凝土的內部及側面產(chǎn)生裂縫，針對不同種類試驗的裂縫制備要求，本文提出了無損制備裂縫方法及試驗裝置。此裝置可以通過改變試模的尺寸、形狀及鋼片的厚度和寬度，便于對存在單裂縫及多裂縫的混凝土結構進行耐久性試驗研究。其制備過程如下：根據(jù)試驗方案，定做不同厚度和寬度的高強度、高韌性不銹鋼鋼片，并通過試驗裝置將其固定(如圖1所示)。圖中序號代表含義依次為：1、不銹鋼鋼片，2、上部固定鋼片，3、夾具，4、底部固定鋼片，5、模板。在試件澆注24 h后脫模，養(yǎng)護至齡期后，使用電子萬能試驗機將鋼片小心拔出，已拆除鋼片的帶裂縫混凝土試件如圖2所示。

圖1 試驗裝置三維圖 Fig.1 Graphic model of experimental setup

圖2 已拆除鋼片的帶裂縫混凝土試件Fig.2 Sheet steel pulled out from concrete specimens with cracks

2.2.1 立方體混凝土試件制作

在100 mm×100 mm×100 mm的砂漿試件上產(chǎn)生單裂縫及不同間距的雙裂縫。其中單裂縫寬度0.2 mm、深度40 mm，雙裂縫寬度0.2 mm、深度50 mm，裂縫間距分別為10 mm、20 mm、30 mm、40 mm、50 mm及60 mm。

2.2.2 圓柱體混凝土試件的制作

澆筑φ100 mm×200 mm圓柱體混凝土試塊，將寬度為50 mm、不同厚度的鋼片準確固定在可拆卸鑄鐵試模中間，將試模夾緊的同時鋼片也會隨之被夾緊和固定.試件達到養(yǎng)護齡期后利用電子萬能試驗機將鋼片拔出，如圖3所示。在切割機上精準定出切割位置，分別切出裂縫深度為5 mm、10 mm及15 mm的混凝土試件，制備完成的帶裂縫圓柱體試件如圖4所示。

圖3 鋼片拔出過程 Fig.3 Process of pulling out sheet steel

圖4 制備完成的帶裂縫圓柱體試件Fig.4 Cylinder specimen with cracks

3 帶裂縫混凝土氯鹽溶液浸泡試驗

3.1 試驗過程

將帶裂縫試件置于氫氧化鈣溶液中浸泡7 d以達到飽和狀態(tài)，然后放入濃度為5%的氯化鈉溶液開始自然浸泡，除開裂面及其對面，其他4個側面用石蠟密封，持續(xù)30 d，日平均氣溫20 ℃。浸泡結束后取出試件，洗去試件表面鹽溶液，抹去多余水分并晾干，將試塊垂直于裂縫方向劈開，在斷裂面噴灑0.1 mol/L的硝酸銀溶液，15 min后以黑色記號筆勾勒出顯色分界線，并用鋼尺測量出顯色分界線與試塊底面之間的距離。由于飽和狀態(tài)下氯離子在混凝土內的輸運方式是基于氯離子濃度梯度引起的擴散作用，因此，稱此距離為該試件的氯離子擴散深度。為消除試塊邊界效應的影響，只測量裂縫處及其左右5 mm、10 mm、15 mm、20 mm、25 mm、30 mm、35 mm及40 mm處測量點的氯離子擴散深度，并對頂部及拐角位置進行加密測量，精確至0.1 mm。

3.2 單縫砂漿試件試驗結果及分析

水灰比為0.4的單縫砂漿試件氯離子擴散深度如圖5所示，根據(jù)試驗數(shù)據(jù)繪制不同水灰比試件氯離子擴散深度如圖6所示。

圖5 單縫砂漿氯離子擴散深度 Fig.5 Chloride ion diffusion depth in single slit specimen

圖6 不同水灰比試件氯離子擴散深度Fig.6 Chloride ion diffusion depth in different water cement ratio specimens

圖7 X1～X5測量示意圖Fig.7 The measuring schematic diagram of X1-X5

從圖6中可以看出，單縫砂漿試件發(fā)生了沿裂縫開展方向及垂直于裂縫開展方向的擴散作用，隨著水灰比的減小，砂漿試件的抗氯離子擴散性能明顯提高。為了更好的了解裂縫對氯離子擴散過程的影響，測量各試件的非裂縫影響區(qū)域氯離子擴散深度X1、垂直于裂縫面的氯離子擴散深度X2、X3、X4及裂縫尖端與最大擴散深度間的距離X5，其中X3位于X2與X4對應位置中間，如圖7所示，測量結果見表3。

表3 各測量點數(shù)值

由表3中數(shù)據(jù)可以看出，相同水灰比情況下，X2值大于X1，究其原因是裂縫面和下表面的雙向擴散作用形成了邊角效應。X3值大于X4值，說明裂縫深度值越大，垂直于裂縫開展方向的擴散作用逐漸減弱。X4值與X5值近似相等，表明裂縫尖端的氯離子擴散作用對X4點和X5點的影響近似相等，從擴散深度圖像上可以看出，其影響區(qū)域接近半圓形，由此推斷出高于裂縫尖端位置的氯離子擴散作用，主要是以裂縫尖端為圓心的點擴散。

3.3 雙縫砂漿試件試驗結果及分析

根據(jù)試驗數(shù)據(jù)繪制不同水灰比雙縫試件的氯離子擴散深度，如圖8和圖9所示。

由圖8和圖9可知，當裂縫間距較小時，0.4水灰比試件的氯離子擴散曲線類似于由兩個單縫砂漿氯離子擴散曲線簡單組合而成，在雙縫間幾乎未發(fā)生交互影響。0.5水灰比試件的雙縫間產(chǎn)生了較為明顯的擴散交互作用，與單縫砂漿相比，雙縫砂漿擴散曲線的最高點由兩條裂縫的正上方轉移到了兩條裂縫的中心位置，雙縫氯離子擴散時的最高點位置比單縫最高點高出1.2 mm。0.6水灰比試件受到了兩條裂縫的顯著影響，頂部曲線類似于拋物線，與單縫砂漿相比，曲線最高點同樣由裂縫的正上方轉移到了兩條裂縫的中心位置，雙縫氯離子擴散時的最高點位置比單縫最高點高出1.1 mm。當裂縫間距較大時，0.4和0.5水灰比試件的雙縫擴散交互作用不明顯，而對于0.6水灰比試件，裂縫間距較大，交互影響程度減小。

圖8 裂縫間距10 mm的雙縫試件氯離子擴散深度 Fig.8 Chloride ion diffusion depth in double slits specimens with 10 mm cracks spacing

圖9 裂縫間距20 mm的雙縫試件氯離子擴散深度Fig.9 Chloride ion diffusion depth in double slits specimens with 20 mm cracks spacing

4 帶裂縫混凝土的碳化特性試驗研究

混凝土的碳化特性是引起鋼筋銹蝕的重要因素之一，而裂縫的存在對于混凝土中二氧化碳的擴散起到了促進作用，本文針對帶裂縫混凝土的碳化特性進行了試驗研究，為帶裂縫混凝土碳化特性機理的研究提供了相應數(shù)據(jù)支撐。

4.1 試驗過程

依據(jù)試驗規(guī)范[14]，試件養(yǎng)護28 d后，放置兩天進行碳化試驗，使用電熱鼓風干燥箱將試件在60 ℃下烘干48 h。經(jīng)烘干處理后的試件，除開裂面及其對面，其他4個側面用石蠟密封，然后將密封好的試件置于碳化箱中。碳化至3 d、7 d、14 d和28 d后，從碳化箱中取出試件，進行破型，刮去斷面上殘存的粉末，噴上濃度為1%的酚酞酒精溶液，觀察和記錄各測量點碳化深度，已碳化區(qū)呈現(xiàn)無色，未碳化區(qū)呈現(xiàn)粉紅色。測量并記錄裂縫處及其左右5 mm、10 mm、15 mm、20 mm、25 mm、30 mm、35 mm、40 mm處測量點的碳化深度，精確至0.1 mm。

4.2 試驗結果

4.2.1 單縫砂漿試件試驗結果及分析

圖10 單縫砂漿試件碳化圖Fig.10 Carbonization in single slit specimen

水灰比0.6，碳化至14 d時單縫砂漿試件的碳化情況如圖10所示。

根據(jù)所測數(shù)據(jù)繪出不同碳化時間及不同水灰比試件碳化深度示意圖，如圖11及圖12所示。

由圖11及圖12可知，各試件碳化深度的最大值產(chǎn)生于裂縫處，碳化作用區(qū)域近似呈現(xiàn)倒“V”形。研究發(fā)現(xiàn)：在裂縫處至其左右5 mm范圍內，裂縫與表面交界處形成雙向碳化作用，二氧化碳從兩個方向進行碳化，加大了裂縫周圍的碳化深度。

水灰比對砂漿的抗碳化性能有著顯著影響，碳化時間相同時，低水灰比砂漿試件的抗碳化性能較好。其主要原因有兩點，一是水灰比增大，砂漿內部的孔隙率增大，二氧化碳擴散系數(shù)增大，從而加快了砂漿的碳化速度；二是一部分二氧化碳沿裂縫通道直接進入砂漿中，在表面形成雙向碳化作用，這兩種作用疊加從而加快了砂漿的碳化速度。在水灰比一定的條件下，砂漿孔隙中的二氧化碳與基體中的堿性物質反應時間越長，砂漿表層碳化越充分，裂縫面對側的碳化深度明顯增加。

4.2.2 雙縫砂漿試件試驗結果及分析

試驗采用邊長為100 mm的立方體雙縫砂漿試件，表4是雙縫砂漿的碳化深度匯總信息。

圖11 水灰比0.4碳化深度示意圖 Fig.11 Carbonization depth in specimens with water cement ratio=0.4

圖12 水灰比0.5碳化深度示意圖Fig.12 Carbonization depth in specimens with water cement ratio=0.5

WatercementratioSlitsspacing/mmAveragecarbonizationdepthonslits/mmAveragecarbonizationdepthbetweenslits/mmAveragecarbonizationdepthontheoppositeside/mm0.4102.71.51.20.4202.51.41.20.4302.61.31.30.4402.51.31.30.4502.51.31.20.4602.51.31.30.51010.28.05.80.52010.67.96.60.53012.07.26.50.54010.76.46.30.55011.96.36.00.56013.26.66.50.61019.814.410.90.62021.413.311.00.63019.111.710.90.64019.611.59.50.65018.710.49.80.66020.010.09.4

根據(jù)試驗結果，繪制不同裂縫間距、水灰比的雙縫砂漿試件碳化深度示意圖，如圖13和圖14所示。

由表4可以看出，水灰比對碳化作用影響很大，水灰比越低，砂漿的抗碳化能力越強。這與混凝土材料本身的特性是密不可分的，減小水灰比，混凝土的孔隙率減小，密實度提高，空氣中的水分及二氧化碳浸入混凝土體內較困難，減緩了混凝土的碳化作用。當砂漿的水灰比一定時，裂縫間距增大，裂縫間平均碳化深度緩慢減小。這是因為裂縫間砂漿受到左右裂縫和上表面共三個方向的碳化作用。當兩條裂縫的間距較遠時，裂縫間砂漿的三個方向碳化作用減弱，當兩條裂縫的間距足夠遠時，裂縫及其周邊的碳化深度與單縫砂漿裂縫處的碳化深度類似，遠離兩條裂縫處的砂漿與無裂縫砂漿的碳化深度類似。

從圖13和圖14中可以看出，對于0.6水灰比的雙縫砂漿試件，縫間混凝土碳化深度曲線呈現(xiàn)“U”形，當裂縫間距為10 mm時，縫間混凝土的碳化作用受裂縫的影響比較明顯。當裂縫間距超過30 mm時，裂縫對縫間混凝土的碳化作用幾乎已無影響。同樣根據(jù)試驗數(shù)據(jù)，我們對0.4、0.5水灰比的砂漿可以得到相似的結論，0.5水灰比的雙縫砂漿試件其縫間距超過30 mm時，影響已經(jīng)不明顯；而0.4水灰比的雙縫砂漿試件當其縫間距超過20 mm時，影響不明顯。

圖13 裂縫間距為10 mm的碳化深度 Fig.13 Carbonization depth in specimens with 10 mm cracks spacing

圖14 裂縫間距為60 mm的碳化深度Fig.14 Carbonization depth in specimens with 60 mm cracks spacing

圖15 混凝土試件碳化情況Fig.15 Carbonization depth in concrete specimens

4.2.3 帶裂縫混凝土試件試驗結果及分析

試驗采用尺寸為100 mm×100 mm×400 mm的C40混凝土試件。裂縫寬度為0.3 mm，深度為60 mm的試件碳化至14 d，試驗過程如圖15所示。根據(jù)試驗測量數(shù)據(jù)匯總，見表5。

由表5中數(shù)據(jù)可知，裂縫處的碳化深度在11.9～18.5 mm范圍內，裂縫面對側的平均碳化深度在9.5～11.7 mm之間，裂縫處混凝土的最大碳化深度是裂縫面對側混凝土的1.78倍，可見裂縫的存在對混凝土碳化作用有著重要影響。根據(jù)表5中數(shù)據(jù)，得到裂縫寬度與裂縫處碳化深度之間及裂縫深度與裂縫處碳化深度之間的關系，如圖16 及圖17所示。

表5 混凝土試件的碳化深度及放大系數(shù)

圖16 裂縫寬度與裂縫處碳化深度的關系Fig.16 The relationship of cracks width and carbonization depth

圖17 裂縫深度與裂縫處碳化深度的關系Fig.17 The relationship of cracks depth and carbonization depth

由圖16可知，當裂縫寬度大于0.1 mm時，裂縫處混凝土的碳化深度隨裂縫寬度的增加而顯著增長。對比表5中無裂縫試件的混凝土碳化深度，可以看出裂縫寬度對于混凝土碳化的影響并未存在明顯的閾值，碳化深度值始終呈現(xiàn)增長趨勢。而從圖17中可以看出，裂縫深度為0～40 mm時，裂縫處混凝土的碳化深度隨著裂縫深度的增加而增加。當裂縫深度在40～60 mm時，裂縫處的碳化深度不再隨裂縫深度的增加而增長，而是趨于一個比較穩(wěn)定的數(shù)值，這說明當裂縫寬度在0.1～0.3 mm范圍內時，裂縫深度存在閾值，且為40 mm。造成這種現(xiàn)象的原因可能是由于裂縫較深時，隨空氣進入的二氧化碳將要被消耗完時，外部二氧化碳無法及時進入裂縫內進行補充，導致裂縫內二氧化碳濃度較低，碳化反應緩慢。

5 碳化作用與帶裂縫混凝土抗氯離子擴散性能的耦合作用

5.1 碳化對帶裂縫抗氯離子擴散性能的影響

圖18 試件斷面圖Fig.18 Sectional view of concrete specimens

試驗采用φ100 mm×50 mm的帶裂縫圓柱體混凝土試件，試件裂縫寬度為0.2 mm，深度為10 mm。標準養(yǎng)護28 d后進行碳化試驗，將圓柱體試件的側面涂蠟，使二氧化碳只能從試件的頂部和底端部進入。碳化至3 d、7 d和14 d時，部分試件進行碳化深度測量，另一部分試件進行RCM試驗，試驗施加30 V的直流電場，持續(xù)通電24 h。

5.1.1 試驗結果分析

碳化14 d，并經(jīng)過RCM試驗后的試件斷面如圖18所示。為了更好的分析碳化作用對混凝土抗氯離子擴散性能的影響，將不同碳化時間的碳化深度、氯離子擴散深度及擴散系數(shù)總結見表6。

表6 各試件的碳化深度、氯離子擴散深度及擴散系數(shù)

由表6中數(shù)據(jù)可知，隨著碳化時間的增長，帶裂縫混凝土的氯離子擴散系數(shù)及擴散深度逐漸降低，碳化作用使混凝土抗氯離子擴散性能增加。CO2與混凝土中的Ca(OH)2反應生成CaCO3，CaCO3填充了混凝土孔隙，混凝土試件孔隙率降低，在一定程度上阻礙了氯離子向混凝土內部的擴散，早期碳化作用對氯離子擴散系數(shù)及擴散深度的變化起到了更為明顯的影響。

5.2 氯離子擴散作用對帶裂縫混凝土抗碳化性能的影響

圖19 試件斷面圖Fig.19 Sectional view of specimens

試驗采用φ100 mm×50 mm的帶裂縫圓柱體混凝土試件，裂縫寬度為0.2 mm，深度為10 mm。養(yǎng)護28 d后進行RCM試驗，通電時間分別為8 h、16 h和24 h，然后部分試件進行氯離子擴散深度測量，另一部分試件進行碳化試驗，碳化時間為14 d。

經(jīng)過16 h的 RCM試驗并碳化14 d后的試件斷面如圖19所示，將不同試驗時間的氯離子擴散深度及碳化深度總結見表7。

表7 氯離子擴散深度及碳化深度

由表7中的數(shù)據(jù)分析可知，未經(jīng)過RCM試驗而直接進行14 d碳化試驗的帶裂縫混凝土試件的碳化深度平均值為11.2 mm，明顯高于經(jīng)過RCM試驗的三種不同試驗時間的帶裂縫混凝土試件。隨著RCM試驗時間的增加，氯離子擴散深度增加，而碳化深度逐漸降低，說明氯離子擴散作用對混凝土的抗碳化性能起到了一定的增強效果，原因是氯離子擴散過程中產(chǎn)生的Friedl鹽在孔隙中的沉積及C-S-H膠凝表面形成的化學吸附層都會細化孔隙尺寸，使孔隙結構變得致密，對二氧化碳氣體的進入起到了阻礙作用，繼而提高了帶裂縫混凝土試件的抗碳化能力。

6 結 論

本文利用無損裂縫制備裝置，預制了帶裂縫混凝土試件，分別進行了氯鹽溶液浸泡試驗和快速碳化試驗，繼而進行了二者的耦合作用研究，得到了以下主要結論：

(1)在氯鹽溶液浸泡試驗中，帶裂縫砂漿試件中的氯離子會發(fā)生沿裂縫發(fā)展方向及垂直于裂縫發(fā)展方向的擴散作用，隨著水灰比的減小，砂漿試件的抗氯離子擴散性能明顯提高;

(2)裂縫與混凝土表面交界處形成了雙向碳化作用，加大了裂縫周圍的碳化影響區(qū)域，使碳化區(qū)域近似呈現(xiàn)倒“V”形。對于0.5及0.6水灰比雙縫砂漿試件，當裂縫間距超過30 mm時，兩條裂縫對中心位置砂漿的碳化作用影響不明顯；而對于0.4水灰比試件，此閾值為20 mm;

(3)經(jīng)過碳化作用后的混凝土試件孔隙率降低，在一定程度上阻礙了氯離子向混凝土內部的擴散，早期碳化作用對氯離子擴散系數(shù)及擴散深度的變化趨勢起到了更為明顯的影響;

(4)隨著RCM試驗時間的增加，帶裂縫混凝土氯離子擴散深度逐漸增長，混凝土的碳化深度逐漸降低，氯離子擴散作用對混凝土的抗碳化性能起到了增強效果。

[1] 牛荻濤.混凝土結構耐久性與壽命預測[M]．北京：科學出版社，2003．[2] 王棟民,王劍峰,范興旺,等．自燃煤矸石粉對混凝土耐久性的影響[J]．硅酸鹽通報,2013,32(5)：839-843．

[3] Audenaert K,Schutter D G,Marsavina L．Influence of artificial cracks on chloride diffusion[C]．Final Conference on Concrete in Aggressive Aqueous Environments Performance,Testing and Modeling,Toulouse,France,2009：326-333．

[4] Marsavina L,Audenaert K,Schutter D G,et al．Experimental and numerical determination of the chloride penetration in cracked concrete[J]．ConstructBuildingMater,2009,23(1)：264-274．

[5] Schutter De G,Audenaert K．Penetration of aggressive substances in cracked concrete[C]．Proceeding of the IVth International Symposium on Concrete for a Sustainable Agriculture Agro-,Aqua- and Community Applications,Ghent,Belgium,2002：232-241．

[6] Audenaert K,Schutter D G,Marsavina L．Modelling of chloride penetration in concrete with artificial cracks[C]．International RILEM Symposium on Concrete Modelling-ConMOD' 08,Delft,Netherland,2008：439-446．

[7] 付傳清．混凝土中氯鹽的傳輸機理及鋼筋銹脹模型[D]．杭州：浙江大學,2012．

[8] 施錦杰,孫 偉．混凝土中鋼筋銹蝕研究現(xiàn)狀與熱點問題分析[J]．硅酸鹽學報,2010,38(9)：1753-1764．

[9] 王 棟,孫家瑛,房信峰．碳化作用對混凝土抗氯離子滲透性能的影響[J]．四川建筑科學研究,2014,(03)：212-214．

[10] 陳 偉,徐亦東,耿 ?。蓟蛻ψ饔脤炷量孤入x子滲透性能的影響[J]．硅酸鹽通報,2015,34(5)：1199-1204．

[11] 許 晨,王傳坤,金偉良．混凝土中氯離子侵蝕與碳化的相互影響[J]．建筑材料學報,2011,14(03)：376-380．

[12] Ammouche A,Breysse D,Hornain H,et al．A new image analysis technique for the quantitative assessment of microcracks in cement-based materials[J]．Cement&ConcreteResearch,2000,30(1)25-35.

[13] Ringot E,Bascoul A．About the analysis of microcracking in concrete[J].Cement&ConcreteResearch,2001,23(2): 261-266.

[14] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部．普通混凝土長期性能和耐久性試驗方法標準(GB/T50082-2009 )[S]．北京：中國建筑工出版社,2009．

Experimental Study on Chloride Ion Diffusion and Carbonation Characteristics of Concrete with Cracks

ZHANGXi-jin1，TIANWen-ling1，WANGHao-yu2，QINGLong-bang1，YUJian-fu1

(1.School of Civil and Transportation Engineering，Hebei University of Technology,Tianjin 300401,China;2.Tianjin Housing Group Construction Engineering General Contraction,Tianjin 300070,China)

Considering chloride ion diffusion and carbonization properties of concrete with cracks, tests have been studied. With the help of non-destructively preparing crack device, different depth, thickness and spacing of concrete specimens with cracks are prefabricated, conducting chloride salt solution immersion and rapid carbonization tests, and studying their coupling effect. Effects of width, depth, crack spacing and water cement ratio on chloride ion diffusion and carbonization characteristics of concrete specimens with cracks are gained in this study. As carbonization time goes by, chloride ion diffusion depth of concrete specimen with cracks reduces, and better influence of the chloride ion diffusion on the carbonation resistance of concrete have been found.

concrete with crack;chloride ion diffusion;carbonation characteristic;coupling effect

國家自然科學基金(51309073)

張希瑾(1992-)，女,碩士研究生.主要從事高性能混凝土材料及其耐久性方面的研究.

王浩宇,博士.

TU528.01

A

1001-1625(2016)12-3972-09