全国中文核心期刊中国科技核心期刊混凝土表面电阻率影响素试验研究
牛维宏，徐清，张凯，马忍，彭东航
(昆明理工大学建筑工程学院，云南昆明650504)
摘要：通过研究细骨料种类、粉煤灰与矿渣粉掺量、水灰比、环境温度以及养护方式等因素对混凝土表面电阻率的影响，为表面电阻率在混凝土工程中的应用提供参考。结果表明：在相同龄期、相同养护方式下，细骨料种类的改变对表面电阻率基本无影响；粉煤灰与矿渣粉掺量的改变对表面电阻率虽有影响，但影响程度较小；水灰比、环境温度的改变对表面电阻率有较大影响。湿养护和干燥养护方式下，随龄期的延长表面电阻率的变化规律不同，养护方式对表面电阻率影响较大。
关键词：水灰比；环境温度；养护方式；混凝土；表面电阻率
中图分类号:TU528文献标识码:A文章编号：1001-702X(2021)04-0022-05
Experimental rearch on the influencing factors of concrete surface resistivity
NIU We ihong,XU Qing,ZHA NG Kai,MA Re n,PENG Donghang
(School of Civil Engineering and Mechanics,Kunming University of Science and Technology,Kunming650504,China) Abstract:The variation law of concrete surface resistivity is studied in this paper,by changing five different factors such as fine aggregate type,fly ash and s lag powder content,water-cement ratio,ambient temperature and curing method,which lays the foundation for the application of surface resistivity in concrete engineering.The rearch results show that:under the same age a nd the same maintenance mode,the change of fine aggregate type has basically no effect on the surface resistivity of concrete;the change in the amount of fly ash a nd slag powder has some influence on the concrete surface resistivity,but the degree of influence is small;changes in water-cement ratio and ambient temperature have a greater effect on the concrete surface resistivity.The change law of resistivity varies with the age,whether it is in the wet curing mode or the dry curing mode,and the curing mode has a great influence on the concrete surface resistivity.
Key words:water-cement ratio,ambient temperature,curing
0引言
混凝土表面电阻率是一个电学参数，其反映了每单位长度混凝土阻挡电流的能力，属于混凝土表层性
能，表示为混凝土表层1~5cm电阻率的情况。实际工程中，可以通过对混凝土电阻率进行分析，来评判混凝土材料的多种性能。有研究表明，通过电阻率可表征混凝土抗碳化和抗氯盐侵蚀能力［1］；还可准确找出混凝土裂缝位置，并判断其裂缝深度和密实度®此外，可以通过对混凝土电阻率进行分析，来预测混凝土的强度円。
混凝土导电效应是由孔隙溶液中液相离子的活性以及离子的迁移来决定的，混凝土表面电阻率与混凝土的孔隙数量，微孔尺寸及孔连通程度有关叫因此，表面电阻率受多种因素
收稿日期：2020-05-11；修订日期：2021-01-09
作者简介：牛维宏，男,995年生，硕士研究生。地址：昆明市五华区学府路昆明理工大学莲华校区，E-mail:****************.method,concrete,surface resistivity
的影响，如原材料、强度等级、服役环境等。有研究表明冋，混凝土中加入矿物掺合料，能够细化混凝土内部孔结构，降低孔隙溶液离子浓度，进而提高混凝土密实度，使混凝土电阻率增大。Ehtesham和Rasheeduzzafar［6］采用粉煤灰定量取代水泥，研究混凝土电阻率的变化，结果表明，在混凝土中掺入适量粉煤灰后，混凝土的内部孔结构得到细化，电阻率较未掺粉煤灰时有所提高。赵卓等［7］研究了机制砂用量与掺合料掺量对混凝土电阻率的影响，结果表明，同时提高机制砂用量与掺合料掺量时，混凝土的电阻率呈上升趋势。张贺等冏研究了水胶比对混凝土电通量的影响规律，结果
表明，混凝土电通量随着水胶比的增大而逐渐变大。此外，混凝土表面电阻率在不同服役环境下也有较大差别。刘志勇和詹镇峰"研究了混凝土电阻率在不同温度下的变化情况，结果表明，随着温度的升高，混凝土的电阻率显著降低。李美利等旧研究了混凝土表面电阻率在不同养护方式下的变化规律，结果表明，养护相对湿度越大，混凝土电阻率变化范围越小。蒋建华和王强强㈣研究了混
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凝土电阻率与内部孔隙水饱和度的关系，结果表明，混凝土电
阻率随着其内部孔隙水饱和度的增大而减小。
混凝土电阻率作为混凝土阻挡电流能力的电学特性参
数，利用混凝土表面电阻率来表征混凝土特性己经成为现阶
段一个热门的研究课题。本文通过改变细骨料种类、粉煤灰及
矿渣粉掺量、混凝土水灰比、环境温度以及养护方式等因素,
通过测试不同养护龄期混凝土表面电阻率的变化，研究各因
素对混凝土表面电阻率的影响规律。
1试验
1.1 原材料
水泥:P -O42.5水泥，主要物理力学性能见表1；粉煤灰
(FA )：域级，主要技术性能见表2；矿渣粉(GGBS)：云南嘉华
提供的磨细高炉矿渣粉，主要技术性能见表3；细骨料：云南
本地山砂、机制砂、河砂及混合砂(山砂与机制砂按4：6的质
量比混合)，主要技术性能见表4；粗骨料：5~20 mm 连续级配
天然碎石， 主要技术性能见表 5； 试验用水：自来水。
表1水泥的主要物理力学性能
密度(g/cm 3)细度(45滋m 筛筛余)/% 需水量比/% 含水率/%
2.43
10.8
97.1 0.34
凝结时间/min 标准稠度
体积
安定性抗压强度/MPa 抗折强度/MPa
初凝
终凝用水 量/%3d 28 d 3 d 28 d
192
278
25.8
无裂纹 或弯曲
18.7
51.2
5.4
8.1
表 2 粉煤灰的主要技术性能
表3矿渣粉的主要技术性能
比表面积含水率流动度比
7d 活性指数
28 d 活性指数
(/ m 2/kg )/%/%/%
/%
404.1
0.17
97.0
91.6124.3
表4细骨料的主要技术性能
细骨料 类别表观密度(/ kg/m 3)松堆密度
(/ kg/m 3)空隙率
/%含泥量
/%细度模数山砂
2535
148741.8
1.3 1.2机制砂
2618157938.5 1.1
3.1河砂
2566
1524
39.8 1.0 2.6混合砂25691531
40.2
1.1
2.8
表5粗骨料的主要技术性能
表观密度
(/
kg/m 3)堆积密度
(/ kg/m 3)
空隙率
/
%
吸水率 /%
压碎指标 /%
2721
1455
40.5 1.07.3
1.2表面电阻率测试方法
混凝土试件尺寸为150 mmx150 mmx150 mm，米用电阻率 测试仪对试件表面电阻率进行测试，表面电阻仪测试原理如图
1所示。测试时，将电阻测试仪wenner 探头沿混凝土 4个侧面
(除了浇筑面及浇筑面对立面)的对角线进行测量，每个面量 取对角线2个电阻率数据，将平均偏差超过±15%的数据舍
弃，取剩余测试数据的平均值为代表值。
图1表面电阻仪测试原理
2试验结果及分析
2.1细骨料种类对混凝土表面电阻率的影响
试验以C30混凝土为基准，选用水泥作为胶凝材料，水 胶比为0.5，采用山砂、机砂、河砂、混合砂4种不同类型细骨
料，分别配制并成型混凝土试件，配合比如表6所示。
表6不同细骨料种类混凝土配合比
细骨料 种类
材料用量/ (kg/m 3)
水泥
水
山砂机制砂河砂粗骨料山砂390195746
001119.0机制砂
3901950969.8
0895.2河砂
39019500932.5
932.5
混合砂390
195
336
503
01026.0
将成型完毕的试件带模放置于标准养护室［温度(20±2)
益，相对湿度逸95%］养护,24 h 后拆模(记龄期为Id)，之后将
试件于标准养护环境养护至28 d 。试件养护期间，对不同龄期
混凝土表面电阻率进行测试，结果如图2所示。
0 7 N 21 2S
图2细骨料种类对混凝土表面电阻率的影响由图2可见：在相同养护方式下，不同种类细骨料混凝土
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-
牛维宏，等：混凝土表面电阻率影响因素试验研究
表面电阻率随龄期的延长变化规律一致，在7d 龄期之前混 凝土表面电阻率均增长幅度较大,7d 龄期后增长幅度减缓并 趋于稳定；相同龄期时，细骨料种类的改变对混凝土表面电阻
率基本无影响。分析原因,28d 龄期后不同细骨料的混凝土表
面电阻率最大值仅为最小值的1.056倍，骨料在混凝土中不
具有导电效应，且不参与水化反应，但由于骨料具有一定的吸
水性，会在骨料表面形成一层水膜。此外，骨料在混凝土中起 骨架作用，骨料之间相互连接，胶凝材料的填充作用使得混凝
土中起到导电作用的移动导电通道堵塞，使得混凝土的导电 性降低。试验改变细骨料的种类，但掺量不变，混凝土内部骨
料连接结构相差较小， 使得不同种类细骨料混凝土在相同龄
期时表面电阻率相差不大。
2.2粉煤灰和矿渣粉掺量对混凝土表面电阻率的
影响
试验选用水泥、粉煤灰和矿渣粉作为胶凝材料，混合砂作
为细骨料，混凝土配合比（kg/m 3）为:m （胶凝材料）:m （水）:
m （混合砂）:m （粗骨料）=390： 195：839： 1026，分别采用粉煤灰、
矿渣粉等质量取代水泥，掺量分别为0、10%、20%、30%，配制 并成型混凝土试件，将试件带模放置于标准养护室养护,24 h
后拆模（记龄期为1d ），之后将试件于标准养护环境养护至
28 d 。试件养护期间，对不同龄期混凝土的表面电阻率进行测
试，结果如图3与图4所示。
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浑
7
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21
湖
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• I'MlT-
t 到30%，混凝土的表面电阻率随龄期的延长变化规律均一
致。7d 前表面电阻率增长较快,7d 后增长幅度变缓。
（2）在养护龄期达到7d 后，相同龄期下，随着矿渣粉、粉
煤灰掺量的增加，混凝土表面电阻率稍有增大。28 d 龄期时，粉
煤灰掺量分别为10%、20%、30%的混凝土表面电阻率较基准
组分别增大了 6.8%、12.3%、13.7%；矿渣粉掺量分别为10%.
20%、30%的混凝土表面电阻率较基准组分别增大了 6.8%、 15.1%、17.8%。由于混凝土中掺入粉煤灰及矿渣粉可以改善混
凝土的工作性，使其流动性与密实度增大，降低混凝土的孔隙
率叫此外，粉煤灰与矿渣粉在水泥的水化产物Ca （OH ）的激
发下，反应生成C-S-H 凝胶,C-S-H 凝胶填充硬化水泥浆体
中的孔隙，使混凝土的孔隙率降低。矿物掺合料的掺入细化了
混凝土内部的孔结构，堵塞了混凝土内部的导电通路，使得导 电性能降低［12］，表面电阻率增大。
2.3水灰比对混凝土表面电阻率的影响
试验选用水泥作为胶凝材料，混合砂作为细骨料，改变水 灰比分别为0.3、0.4、0.5、0.6，分别配制混凝土并成型试件，配 合比如表7所示。
表7不同水灰比混凝土的配合比
水灰比水泥(/ kg/m 3)水
(/ kg/m 3)细骨料(/ kg/m 3)
粗骨料
(/
kg/m 3)山砂机制砂0.3465
139
33650310260.4
41016433650310260.5390
19533650310260.6
309
185
336
503
1026
将成型完毕的试件带模放置于标准养护室养护,24h 后
拆模（记龄期为1 d ），之后将试件于标准养护环境养护至28
d o 试件养护期间，对不同龄期混凝土表面电阻率进行测试，结
果如图 5 所示。
ffl -
粉煤灰掺量对混凝土表面电阻率的影响
图4矿渣粉掺量对混凝土表面电阻率的影响
由图3、图4可见：
（1）在相同养护方式下，随粉煤灰、矿渣粉掺量从0增大
图5水灰比对混凝土表面电阻率的影响
由图5可见:⑴在相同养护方式下，水灰比为0.3~0.6时,
随龄期的延长，试件表面电阻率变化规律一致。（2）在相同龄 期时，水灰比越大，试件表面电阻率越小，且水灰比的改变对
试件的表面电阻率有较大影响。28d 龄期时，水灰比为0.6的
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混凝土表面电阻率较0.3时下降了37.5%。这是由于表面电阻率受混凝土内部孔隙结构影响较大，而水灰比的改变对孔隙结构有很大影响。养护条件相同时，随着水灰比的增大，混凝土内部孔隙量也明显增大叫混凝土的孔隙率越大，其密实度越差，混凝土的表面电阻率越小。此外，混凝土内部的游离态
离子量也受水灰比的影响的。当混凝土中水泥用量相同时，其内部的游离态离子量随着水灰比的增大而增大，进而使得混凝土的导电性增强，表面电阻率减小。
2.4环境温度对混凝土表面电阻率的影响
试验以C30混凝土为基准，选用水泥作为胶凝材料，混合砂作为细骨料，混凝土配合比（kg/m3）为:m（水泥）:m（水）: m（混合砂）:m（粗骨料）=390：195：839：1026，配制并成型混凝土试件，将试件带模放置于标准养护室养护,24h后拆模（记龄期为1d），将试件持续标准养护28d后，将其放置在50益烘箱中进行升温处理，采用表面电阻测试仪每10min对混凝土试件表面电阻率进行测试并记录，当温度达到50益时停止试验，结果如图6所示。
一
罕
：
口
芒
-■-
聲
囲
TI-
崔
坯
图6环境温度对混凝土表面电阻率的影响由图6可见：随环境温度的升高，混凝土的表面电阻率减小，且环境温度的改变对表面电阻率影响较大。环境温度由10益升至50益时，混凝土表面电阻率下降了18.9%。混凝土表面电阻率受环境温度影响主要是由于混凝土的孔隙溶液黏度和混凝土液相中的离子活性叫随着表层混凝土所接触的环境温度升高，孔隙溶液中的导电离子活性增大，从而提高混凝土的导电性，使得试件表面电阻率降低。
2.5养护方式对混凝土表面电阻率的影响
试验以C30混凝土为基准，混凝土配合比（kg/m3）为: m冰泥）：m（水）：m（混合砂）:m（粗骨料）=390：195：839：1026，配制并成型混凝土试件，将成型完毕的试件带模放置标准养护室养护,24h后拆模（记龄期为1d），之后将试件分别置于表8所示5种不同养护环境下养护至28d龄期，养护期间对不同龄期的混凝土表面电阻率进行测试，结果如图7所示。
由图7可见,28d洒水盖膜养护及标准养护下，随养护龄期延长，混凝土试件表面电阻率变化幅度较为平缓且变化规
表8混凝土试件的养护方式
养护方式养护条件
自然干燥养护①试件拆模后置于自然干燥环境下养护至28d 标准养护
试件拆模后置于温度（20±2）益，相对湿度
大于95%环境中养护至28d
28d洒水盖膜养护
试件拆模后，每天洒水3次并用塑料薄膜
密封，置于自然干燥环境养护至28d 7d洒水养护
试件拆模后，每天洒水3次，持续洒水7d,
之后停止洒水，于自然干燥环境下养护至28d 14d洒水养护
试件拆模后，每天洒水3次，持续洒水14d,
之后停止洒水，于自然干燥环境下养护至28d 注:①自然干燥环境温度为20-30益，相对湿度臆40%.
-
二
釜
：
二
已
芒
三
马
*ltd應水界『
•[1*5F般冷F
漳期/1
图7养护方式对混凝土表面电阻率的影响
律一致。7d、14d洒水养护以及干燥养护方式下，随养护龄期延长，混凝土试件表面电阻率的变化幅度较大。28d龄期时，自然干燥养护下的混凝土表面电阻率是标准养护下的混凝土表面电阻率的3.66倍，养护方式的改变对试件的表面电阻率有较大影响。这是因为混凝土表面电阻率对表层混凝土湿度的变化极为敏感円，当试件处于标准养护或28d洒水盖膜养护的条件时，表层区域混凝土所接触的环境潮湿度较高，环境湿度越大，表层混凝土孔隙的饱水率就越高叫因此随龄期延长混凝土表面电阻率变化幅度小且较为平缓。自然干燥养护下的试件，干燥环境使试件表层水分丧失较快，且水泥水化消
耗部分水，使得水分丧失较多，导致混凝土表面电阻率变化幅度最大。当试件处于短期持续洒水养护下时，初期混凝土由于水化反应与蒸发失水使表层自由水减少，但通过洒水对水分进行了补充，洒水使得混凝土表面湿度增大，表面电阻率较小。一旦停止洒水，处于自然干燥环境中时，表层水分因水化作用和蒸发叫丧失较快又得不到及时补充，则混凝土表面电阻率增长幅度显著加大。3结论
（1）在相同龄期、相同养护方式下，细骨料种类对表面电阻率基本无影响；粉煤灰与矿渣粉掺量对表面电阻率虽有影响，但影响程度较小。
（2）在相同龄期、相同养护方式下，水灰比、环境温度对表NEW BUILDING MATERIALS・25・
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面电阻率影响较大。
(3)湿养护和干燥养护方式下，混凝土电阻率随龄期的变化规律不同，养护方式对表面电阻率影响较大。
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(上接第4页)
(4)与常规C50混凝土配合比相比，掺加低碱速凝剂、硫铝酸盐水泥均能显著缩短混凝土的凝结时间，提高混凝土的脱模强度，且大幅度提高标养、经蒸养后的28、56、90d抗压强度。低碱速凝剂掺量为1%和2%时，经蒸养的混凝土28、56、90d抗压强度比基准组经蒸养的分别提高15%、22%、22%和7%、8%、8%；硫铝酸盐水泥掺量为6%和20%时，经蒸养的混凝土28、56、90d抗压强度比基准组经蒸养的分别提高10%、16%、16%和25%、36%、36%。
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