氯盐环境下混凝土氯离子扩散系数与混凝土配合比的关系解读

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1、科技致富向导 2009.7、引言混凝土是当今典型的大宗建筑工程材料。氯离子侵入混凝土内部引起钢筋锈 蚀，对钢筋混凝土耐久性造成极大的破坏。修复的花费已成为一个严重的经济问 题。对混凝土来讲，氯离子的来源主要有：含有氯盐的混凝土外加剂、含有氯盐的 拌合水、海砂、化冰盐、工业盐和分布广泛的盐渍土、盐湖以及辽阔的海洋环境。 氯离子侵入混凝土快慢的指标之一就是氯离子扩散系数。由于氯离子对钢筋混凝土 的侵蚀是一个复杂的物理化学过程，混凝土氯离子扩散系数必然随环境条件、材 料组分、龄期等众多因素的变化而变化，同时也受混凝土中水泥的种类和掺量、活 性掺和料的类型及掺量、混凝土的水胶比、混凝土试件的制作方法、

2、养护的温度以 及试验操作人员的业务水平和素质的影响。这里我们通过不同混凝土配合比氯离子 扩散系数的试验数据，分析探讨混凝土氯离子扩散系数与混凝土配合比之间的关 系。、试验方法我们试验测定氯离子扩散系数的方法是 RCM 法。其原理是：跨过试件的轴向施加30V的外部电势，迫使负极的氯离子向试样中迁移，经一定时间（996h ）后将试样沿轴向劈开，在劈开面上喷显色剂 AgNO 3，测量显色深度代入下面公式 计算氯离子扩散系数，Rem =2.872xlO-6xTh （Xd -a其中，三、试验所用原材料及试验数据：1试验所用原材料试验所用的原材料主要有：山铝P.I52.5水泥；莱西大沽河河砂；沂水5 20

3、mm碎石；华伟银凯聚羧酸高效减水剂（掺量0.8%，减水率31%）。青岛S75 级矿渣粉，潍坊一级粉煤灰、青岛地区的饮用水。2试验数据利用上述原材料，进行不同水胶比的混凝土的试配，选择状态最佳的混凝土拌 合物成型混凝土试件，进行混凝土氯离子扩散系数的试验得到试验数据如下：四、数据分析 1定性分析图形由上表数据我们可以得到以下图象：1）掺合料数量相同时，混凝土氯离子扩散系数与混凝土水胶比的关系（图2）混凝土水胶比相同时，混凝土氯离子扩散系数与掺合料用量的关系（图 2）图1图23）混凝土水胶比相同时，混凝土氯离子扩散系数与掺合料粉煤灰用量的关系 （图 3）图3图44）混凝土水胶比相同时，混凝土氯离子

4、扩散系数与掺合料矿粉用量的关系 （图 4）2氯离子扩散系数与混凝土配合比之间的数学关系式由上表数据我们依据多元线性回归理论，对试验数据进行多元回归，最后得到 氯离子扩散系数与混凝土配合比之间的数学关系式（具体计算步骤略）：Drcm=2.97+10.14W/B-3.24xl0-3C-0.1368F%-0.0605K%+0.238W/B xF%2 （xl0-12m 2/s）;全相关系数 R=0.9487651 五、结论综上所述，我们得到以下结论：对于 28d 龄期的混凝土而言：1 纯水泥混凝土的氯离子扩散系数仅与水灰比有关，且随水灰比的增大而增 大。2高性能混凝土，掺合料的掺量是影响氯离子扩散系数

5、的重要因素。相同掺 量的前提下，W/B小的混凝土氯离子扩散系数小，其耐久性好。3混凝土水胶比相同时，混凝土氯离子扩散系数与掺合料粉煤灰、矿粉用量的关系有三种情况：1) W/B小于0.32时，混凝土氯离子扩散系数随掺合料粉煤灰用量的增大而减 小，随掺合料矿粉用量的增大而增大。2) W/B 大于 0.32时，混凝土氯离子扩散系数随掺合料粉煤灰用量的增大而增 大，随掺合料矿粉用量的增大而减小。3) W/B等于0.32时，混凝土氯离子扩散系数随掺合料粉煤灰、矿粉用量的增 大、减小。基本保持不变化。4数学模型 Drcm =2.97+10.14W/B-3.24xl0-3C -0.1368F%-0.0605

6、K%+0.238W/BxF%2 (x10-12m2/s)是由试验数据推导出来的，受试验条 件、原材料品质、操作人员业务素质的限制，仅具有参考意义，不具有普适性。六、关于试验方法的一点看法本实验所采用方法的前提条件是：稀的电解质溶液，且被研究的离子浓度是恒 定不变的。但混凝土试件饱水后通电时间较长，会使孔溶液浓度发生变化；另外， 对渗透高度的测量也会因人而异，出现误差，对试验结果会有一定的影响。本实验方法中所用氯离子溶液是 5%的 NaCl 溶液，氯离子浓度是氯盐环境下混凝土氯离子扩散系数与混凝土配合比的关系李凤华彭新颜(山东铁正工程试验检测中心山东济南 250014)摘要：混凝土氯离子扩散系数

7、是氯盐环境中混凝土耐久性的重要指标之一。本 篇文章作者以不同水胶比、不同掺合料掺量的混凝土氯离子扩散系数的试验数据为 基础，分析探讨混凝土氯离子扩散系数与混凝土配合比之间的关系。关键词：氯盐环境；氯离子扩散系数；配合比?1038.3 科教论坛 9 8 科技致富向导 2009.7恒定不变的；而实际环境中的氯离子浓度并不是一成不变的，也不一定是 5%。在恒定浓度下测定的试验数据究竟与实际工程情况有多大差别，还有待研 究。本试验仅对 28d 龄期的混凝土氯离子扩散系数进行了探讨，而对其他龄期的混 凝土氯离子扩散系数与配合比之间的关系还有待研究。七、结束语氯离子扩散系数是氯盐环境下，高性能混凝土耐久性

8、的一个重要指标。混凝土 又是一个复杂的多相体系，受组成材料、组分掺量、养护制度、试验条件、操作人 员业务素质的限制，研究起来相当复杂。探讨氯盐环境下的混凝土氯离子扩散系数与混凝土配合比之间的关系，目的在于积累经 验数据，为氯盐环境下耐久性混凝土配合比的设计、施工控制提供理论保证。受工作经验、业务水平的限制，文中观点难免有不当之处，敬请批评指正。参考文献1混凝土结构耐久性与施工指南CCES01-20042高性能混凝土吴中 伟、廉慧珍铁道出版社1999我国工业生产中以煤炭为主要能源，随着祖国的建设能源需求量日益增加，因 此我国煤矿向地下开采深度不断增大，地下地质条件更加复杂多变，为保证人员生 产安

9、全和现代化生产的顺利，为了提高精度，勘查地质任务中将更多涉及岩性解 释，如：岩浆岩发育地区煤层分布范围，第四系内部因地层物性不同而引起的含、 隔水性变化，以及煤层顶底板因孔隙度、含水饱和度变化而造成的富水性差异等。 面对这些复杂的情况，仅靠传统的地震剖面及地区钻孔资料相结合方法，很难取得 良好的效果。1地震岩性反演技术的基本原理地震反演技术是利用地震资料计算地下地层演示弹性参数的一门技术，目前被 广泛在地球物理学方面。地震岩性反演技术就是结合地震、测井、地质等资料，推 算地下目标层(如煤层、地下水等)的空间几何形态(包括目标层产状、厚度、顶 底构造形态延伸方向、延伸范围、尖灭位置等)和目标层微

10、观特征，将具有纵向高 分辨率的已知测井资料与连续观测的地震资料建立联系，优势互补，更好的预测煤 层空间变化及其顶底板岩性的分布。岩性地震勘探手段有波阻抗反演技术，波阻抗是地层速度和密度的乘积，是对 地层岩性的一种直接反映，因此，反演后的波阻抗剖面比地震剖面更直观，反映的 地层信息更丰富。R= (p2V2-plVl) / (p2V2+plVl) (1)注：(1)为波阻抗公式在煤矿生产方面，煤层的速度、密度均较低，而相接触的岩层速度、密度均较 高，尤其遇到岩浆岩侵入情况，它们间差别更明显，因此波阻抗反演技术拥有非常 好的优势。谱分解技术的理论可认为来自薄层的反射在频率域中的特征表达可指示时间的 厚

11、度，是进行时深转换的新手段。地下地层架构复杂，不再是单一地层叠加，当地 震子波在地下传播时会产生复杂的谐振反射。谐振反射得到的振幅谱干涉图确定单 个地层声波特性间相互关系，振幅谱通过谱陷频曲线确定薄地层变化情况。2应用实施2.1首先了解测区地质情况分布明确井田位置，了解煤田类型。结合煤矿生产资料熟悉煤系地层，被哪一系地 层所覆盖和煤系的基底。这样可以从整体上对煤系产生一定认识，同时建立初步地 层模型。例如：大强矿某井田属侏罗系上统全隐蔽含煤区，煤系地层的基底为侏罗 系上统建昌组火山角砾岩，地层由老自新为：侏罗系、白垩系、第四系；其主要可 采煤层位于侏罗系上统三台子组32.2反演主要过程根据测井

12、数据资料，按照倾角校正、DIX公式分两步骤计算层速度，地层层 速度是反映地层层段内速度变化的重要参数，对于解释地层性质具有明显地质效 果。首先对地震资料进行层位解释，利用解释的层位数据；然后通过合成记录，做 好层位标定；最后以层位解释为控制，将结合地层间接触关系以及内部地震波反射 特征；测井数据外推内插，建立基本反映研究区沉积体地质特征的初始模型初始模 型。在时深转换数据基础上，初始模型控制下，将经过处理的测井数据外推内插， 最终得出波阻抗，电阻率，密度等多种数据模型。同时为了提高解释精度，结果结 合谱分析技术，进行地层结构解释。2.3煤层厚度及顶底板岩性分布经过反演过程，可以得到波阻抗剖面图

13、。由于煤层与接触岩层的岩性不同，它 们的地震响应也必定不同。煤层比较松软、密度较低；因此低频地震响应相对应较 强，而高频地震响应相对较弱。煤层接触岩比较坚实、密度较大；因此低频地震响 应相对较弱，而高频地震响应相对较强。对地震资料，根据时间域地震数据转换成 深度域地震数据，结合钻孔等资料反演，可以得到深度域煤层波阻抗值，结合井田 范围数据进行全区跟踪，综合应用岩性反演和谱分解等岩性解释技术，利用煤层和 接触岩层的岩性差异，计算煤层厚度，最终圈定煤层范围。同时利用岩性反演技术 计算煤层顶底板厚度及岩性分布特点。2.4 应用效果对煤矿采区地震资料进行了用岩性地震反演处理，结合测井资料进行约束，获

14、得了岩性反演数据体。在进行岩性反演处理过程中，利用煤层与接触岩层视电阻率 和密度不同的特点，较好地区分煤层和接触岩层，同时利用岩性特点可以较好的解 决复杂地质条件下的岩浆岩侵入、地下水问题。为煤矿的矿井设计、井下开拓提供 了详尽的地质信息，为煤矿安全生产提高安全砝码。3模型建立随着反演技术的深入研究，计算机数据处理软件的开发，因此提出建立一种地 震岩性反演技术在煤矿应用的解释系统，流程如下图所示：中国煤炭资源丰富，分布广，同时各地区地质条件不同，因此在解决实际情况 时在岩性反演技术支持下，我们也应该做好与实际资料相结合，全方面提高数据精 度。随着岩性分析理论的深入研究，计算机数据处理能力的提高

15、，利用测井、地 质、地震反演资料和谱分解成果对煤矿采区的岩性分布进行综合解释，煤田勘探从 构造阶段向岩性阶段具有质的飞跃。参考文献1张宝水.地震参数反演及其在岩性中的解释应用J.山东地质2002-22李仁 海，崔若飞，毛欣荣利用岩性解释方法圈定岩浆岩侵入煤层范围J.地球物理学进 展.2008， 2（1）:242-2483邓均，禹凤林，杨国敏. 三维地震勘探岩性反演技术在大强煤矿的应用效果J.黑龙江科技信息金博，刘震，邬长武.地震速度岩性解释系统的应用J.新疆石油地质.2004， 2（1）5 安润莲，韩应龙，姚精选.三维地震勘探在矿井地质勘查中的应用J.煤2005， 5:15-166 张卫红.V

16、SP和声波测井资料在岩性解释中的联合应用J.石油物探2002, 6（2）崔若飞，武旭仁，陈同俊.煤矿地震数据管理系统的开发J.地球物理学进展， 2005， 20（2）：374-3768董守华，陈辉.利用人工神经网络自动识别煤田测井岩性J.中国煤田地质1996， 3（1）地震岩性反演技术在煤矿生产中的应用蒋宗霖陈传绪姚文涛（中国矿业大学资源与地球科学学院江苏徐州 221116）摘要：以地震勘探岩性反演为方法，简介利用地震勘探反演技术解决煤层地层 岩性在平面上的变化情况。利用测井数据，对井旁地震资料进行反演，进而推算出 波阻抗资料，计算煤层厚度，并对煤层地层岩性平面情况做出推断。通过这种思 路，在煤矿生产中建立起一种勘查解释系统。关键词：地震勘探；岩性反演；波阻抗；解释系统科教论坛9 9