新拌混凝土電阻率特性研究

唐鵬程， 李　彪

(湖南省永吉高速公路建設(shè)開發(fā)有限公司， 湖南 長沙　410004)

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新拌混凝土電阻率特性研究

唐鵬程， 李彪

(湖南省永吉高速公路建設(shè)開發(fā)有限公司， 湖南 長沙410004)

[摘要]采用改進(jìn)的無電極電阻率測定儀對普通混凝土、摻礦物摻合料混凝土的早期電阻率特性進(jìn)行了試驗研究，探討了水泥用量、水灰比、礦物摻合料種類及摻量對新拌混凝土電阻率的變化規(guī)律。研究表明：新拌混凝土的電阻率對水灰比，水泥用量的變化較為敏感；新拌混凝土電阻率的變化規(guī)律與水泥用量、水灰比有良好的相關(guān)性。新拌混凝土的電阻率測試與和易性能綜合評價有機結(jié)合，可更有效的控制新拌混凝土質(zhì)量，也為我國相應(yīng)規(guī)范的修訂積累了技術(shù)資料。

[關(guān)鍵詞]新拌混凝土； 電阻率測定儀； 水泥用量； 水灰比； 礦物摻合料

0前言

永順至吉首高速公路(簡稱永吉高速公路)為湖南省西北部區(qū)域重要省際通道，是湖南省高速公路網(wǎng)規(guī)劃“七縱九橫”中第七縱重要組成部分，由于其地質(zhì)條件極為復(fù)雜，橋隧比例達(dá)60%以上， C20至C55混凝土總方量達(dá)235.5萬m3，其中C30、C40混凝土的總方量就達(dá)120萬m3。由于山區(qū)高速公路建設(shè)過程中混凝土用原材料的質(zhì)量波動較大，特別是砂石材料含水率波動很難控制，加至施工隊伍的管理水平、綜合素質(zhì)、質(zhì)量意識差次不齊以及經(jīng)濟(jì)效益的杠桿控制等，使得建設(shè)主管部門及質(zhì)量監(jiān)督主管部門不得不采取各種措施嚴(yán)把混凝土質(zhì)量關(guān)。而我國現(xiàn)有規(guī)范《混凝土強度檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50107-2010)對混凝土質(zhì)量的評價方法為：試件成型養(yǎng)護(hù)硬化28 d后再測試其強度，但是該方法實現(xiàn)周期太長，實質(zhì)上這是屬于事后控制手段，無法及時反映現(xiàn)場新拌混凝土生產(chǎn)時的質(zhì)量信息，而實際上新拌混凝土的性能能夠反映其永久性能[1]，因此開展新拌混凝土質(zhì)量控制，為確保混凝土質(zhì)量意義重大。

在新拌混凝土質(zhì)量控制中，除綜合評價新拌混凝土和易性能外，新拌混凝土的電導(dǎo)率也是新拌混凝土的基本屬性，從導(dǎo)電機制來看，混凝土可以看作是導(dǎo)電材料和骨料非導(dǎo)電材料組成的兩相復(fù)合材料。在新拌混凝土拌和物中，粗骨料和細(xì)骨料電阻率分別為5×103～1×106Ω·m及3.8×104～1.2×1012Ω·m，水灰比為0.4的硅酸鹽水泥純漿24 h內(nèi)的電阻率在5Ω·m以內(nèi)[2]。對于水泥基材料而言，隨著水泥水化的進(jìn)行，水分不斷被消耗，水泥基材料的電學(xué)性能會不斷發(fā)生變化，水泥基材料在水化過程中電學(xué)性能的變化規(guī)律可以反映水泥的水化特性[3,4]，付傳清等人將電阻率法用于早齡期混凝土的微觀分析[5]，為改善混凝土材料的服役性能提供了幫助。何真等研究表明新拌混凝土電阻率主要與水灰比和水泥含量有關(guān)[6]，電阻率可以作為評價其質(zhì)量的指標(biāo)。因此，開展新拌混凝土電阻率特性研究，開辟新拌混凝土質(zhì)量控制新途徑、新方法仍是當(dāng)前工程技術(shù)人員急需解決的新課題。

1試驗原材料及實驗方案

1.1試驗原材料

本試驗采用長沙坪塘水泥廠生產(chǎn)的PO·42.5普通硅酸鹽水泥，粉煤灰采用湘潭電力粉煤灰開發(fā)有限責(zé)任公司，礦粉采用湖南長沙地區(qū)常用磨細(xì)礦粉，水泥、粉煤灰和磨細(xì)礦粉的化學(xué)組成見表1；粗骨料采用湖南地區(qū)常見碎石，連續(xù)級配，最大粒徑不大于26.5 mm；細(xì)集料采用湖南湘江普通河砂；實驗拌和用水采用長沙市自來水。

表1 水泥、粉煤灰及礦粉的化學(xué)組成成分Table1 Chemicalcompositionsofthecement,flyashandslag材料CaOSiO2Al2O3Fe2O3MgOSO3Na2O燒失量水泥63.7221.385.633.652.151.751.020.97粉煤灰12.550.1530.512.080.090.4—3.8礦粉35.4633.6415.270.4510.202.05—0.15

1.2混凝土配合比

基于永吉高速結(jié)構(gòu)物中混凝土用量較多的為C30混凝土，基于現(xiàn)場和實驗室的對比優(yōu)化試驗結(jié)果，擬定C30混凝土的水膠比為0.5，具體配合比設(shè)計參數(shù)見表2，主要考察水灰比、水泥用量，粉煤灰及礦粉摻量對新拌混凝土電阻率的影響。

表2 混凝土配合比設(shè)計參數(shù)Table2 Theconcretecompositions(kg·m-3)編號水泥粉煤灰礦粉水河沙碎石水膠比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試驗方法

為了探明新拌混凝土在不同的水灰比條件下電阻率的變化規(guī)律，采用了改進(jìn)的CCR-3型無電極電阻率測定儀對混凝土漿體的電阻率進(jìn)行測試(見圖1)。其工作原理：通過在變壓器的初級線圈上施加一定的電壓，可以在環(huán)形模具上產(chǎn)生恒定的環(huán)形次級電壓，用電流傳感器測出模具內(nèi)漿體的環(huán)形電流后，運用歐姆定律測出模具中漿體的電阻，再結(jié)合漿體體積計算出漿體的電阻率。

圖1　無電極電阻率原理圖Figure 1　Electrodeless cement concrete resistivity meter

試驗過程： 按《普通混凝土拌合物性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50080-2002)配制混凝土，將拌和好的混凝土經(jīng)過4.5 mm方孔篩，得到的砂漿立刻裝入環(huán)形模具中，輕微振蕩使?jié){體分布均勻，除去氣泡，然后加蓋封閉開始測試。混凝土從加水拌和到開始測試的時間控制在10 min左右，測試系統(tǒng)每10 s自動記錄一次數(shù)據(jù)。

2分析與討論

2.1混凝土電阻率隨時間的變化規(guī)律

圖2　混凝土電阻率隨時間的變化規(guī)律Figure 2　Electrical resistivity curve of concrete mortar

2.2水泥用量對新拌混凝土電阻率的影響

圖3為不同水泥用量條件下新拌混凝土電阻率的發(fā)展曲線。由圖3分析得出： ①不同膠凝材料用量的C30混凝土早期電阻率具有相同的變化趨勢，在相同的水化時間，水泥用量大的漿體電阻率低于水泥用量較小的漿體，因為在用水量不變的條件下增加了水解鹽類，漿體中游離態(tài)的離子量增多，電阻率減小。②水泥用量越大，漿體電阻率變化率越小。水泥用量大的漿體中參與水化的水泥熟料濃度較大，加水拌和時能與水結(jié)合反應(yīng)的速率快于水泥用量小的漿體，液相溶液離子濃度較快趨于穩(wěn)定。

圖3　不同水泥用量混凝土電阻率發(fā)展曲線Figure 3　Electrical resistivity developing curves of different cement content

2.3水灰比對新拌混凝土電阻率的影響

圖4為水灰比分別為0.45、0.5、0.55、0.6時新拌混凝土樣品在60 min內(nèi)電阻率的發(fā)展曲線。由圖4分析得出： ①不同水灰比的混凝土漿體電阻率具有相同的變化趨勢，且水灰比較大的漿體電阻率變化率較小； ②水灰比越小漿體電阻率越小。雖然水灰比小的漿體離子濃度大，但由于其基體溶液所占比例較少，漿體內(nèi)部孔隙率大，相同水化時間其電阻率始終高于水灰比大的漿體，說明孔隙率大對電阻率增大的影響較離子濃度高對電阻率降低的影響程度大。

圖4　不同水膠比混凝土電阻率發(fā)展曲線Figure 4　Resistivity developing curves of different water-binder ratio concrete

2.4礦物摻合料對新拌混凝土電阻率的影響

礦物摻合料已被混凝土工程廣泛使用，混凝土中摻加礦物摻合料不僅節(jié)約了大量的水泥，而且能改善了混凝土拌和物的和易性，減少混凝土的水化熱、徐變，還能提高混凝土的耐久性能。圖5、圖6分別為摻粉煤灰、礦粉的C30混凝土電阻率發(fā)展變化情況，由圖5、圖6分析可以得出： ①新拌混凝土漿體早期電阻率隨礦物摻合料摻量的增加而增大，且漿體電阻率的變化率也隨之降低。由于粉煤灰、礦粉水化時所釋放出的離子量沒有被取代的水泥所釋放出的多，漿體離子濃度隨礦物摻合料的增加而降低[8]，同時摻合料填充在混凝土的空隙中,漿體孔隙率減小，導(dǎo)電離子在電場作用下運動的阻力增大，使新拌混凝土電導(dǎo)率值隨著水泥取代量的增加而減小。②相同摻量條件下，摻粉煤灰混凝土漿體的電阻率低于摻礦粉混凝土的，這與礦物摻合料的粒徑分布有關(guān)，礦粉粒徑比Ⅱ級粉煤灰小，在水泥中的分散效果較好，能較好地延緩混凝土的凝結(jié)硬化過程。

圖5　摻粉煤灰混凝土電阻率發(fā)展曲線Figure 5　Resistivity curves of concrete mixed with flyash

圖6　摻礦粉混凝土電阻率發(fā)展曲線Figure 6　Resistivity curves of concrete mixed with slag

3結(jié)論

① 采用改進(jìn)的CCR-3型無電極電阻率測定儀可有效的對C30、C40混凝土漿體的電阻率進(jìn)行測試，為探求新拌混凝土質(zhì)量控制信息提供了有利的技術(shù)保障。

② 探明了水泥用量、水灰比、礦物摻合料種類及摻量與新拌混凝土電阻率的變化規(guī)律。

③ 新拌混凝土的電阻率測試與新拌混凝土和易性能綜合評價有機結(jié)合，可更有效控制新拌混凝土質(zhì)量。該方法可為建設(shè)、施工、監(jiān)理單位以及質(zhì)量監(jiān)督主管部門對新拌混凝土的質(zhì)量控制提供參考，也為我國相應(yīng)規(guī)范的修訂積累技術(shù)資料。

[參考文獻(xiàn)]

[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.

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[3]魏小勝,肖蓮珍.用電阻率法確定混凝土結(jié)構(gòu)形成的發(fā)展階段及結(jié)構(gòu)形成動力學(xué)參數(shù)[J].硅酸鹽學(xué)報,2013(02):171-179.

[4]曾曉輝, 隋同波,范磊,等.電阻率法測定水泥的凝結(jié)時間[J].水泥,2009(01):43-45.

[5]付傳清,陳軍,金賢玉,等.早齡期混凝土的電阻率特性和微觀形貌研究[J].混凝土,2015(04):32-36.

[6]何真,王信剛,梁文泉,等.水泥基材料電特性的研究進(jìn)展[J].建筑材料學(xué)報,2004(01):46-51.

[7]陸平.水泥材料科學(xué)導(dǎo)論[M].上海:同濟(jì)大學(xué)出版社,1991.

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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

[基金項目]湖南省交通運輸廳科技進(jìn)步與創(chuàng)新項目(201212)

[作者簡介]唐鵬程(1977-)，男，湖南永州人，工程師，從事公路與橋梁建設(shè)與管理工作。

[中圖分類號]U 414.1

[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A

[文章編號]1674-0610(2016)03-0178-04