摘要：采用ASTM C 1202 的方法對(duì)混凝土抗氯離子滲透性能的影響因素進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，混凝土抗Cl-的滲透能力隨水灰比降低而提高，但水灰比降低不能有效提高混凝土的抗?jié)B性能；FA、SF的摻入能有效提高混凝土抗Cl-滲透能力，在一定范圍內(nèi)隨FA摻量的增加，混凝土的抗?jié)B性能提高； FA與SF復(fù)合配制的混凝土抗Cl-滲透的能力較好，在相同礦物摻合料摻量的條將下，SF與FA雙摻比單摻FA對(duì)提高混凝土抗Cl-滲透能力效果都好，所以，適量的SF與FA雙摻是提高抗Cl-滲透混凝土的有效途徑之一。
關(guān)鍵詞：混凝土，滲透性，氯離子，礦物摻合料
1．引言
氯離子入侵是引起混凝土中鋼筋銹蝕的重要原因，往往決定了混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命，是混凝土耐久性的重要問(wèn)題[1]。傳統(tǒng)混凝土抗?jié)B性的試驗(yàn)測(cè)試采用GBJ82－85 方法，但該方法不能適應(yīng)現(xiàn)代混凝土（特別是高強(qiáng)、高性能混凝土）滲透性的評(píng)價(jià)。當(dāng)混凝土密實(shí)程度較高時(shí)，傳統(tǒng)的檢測(cè)方法難以評(píng)價(jià)其滲透性，如在水滲透檢測(cè)方法下滲水高度很小甚至不滲水的混凝土，氯離子等促使鋼筋發(fā)生銹蝕的有害介質(zhì)卻能在其中傳輸。
目前評(píng)價(jià)Cl-在混凝土中滲透的方法很多，包括自然遷移的方法、電遷移的方法等等，其中ASTM C 1202 (AASHTOT277)由于被定為標(biāo)準(zhǔn)，也就成為具有權(quán)威性的方法，并被廣泛應(yīng)用。但是，由于各種方法都有其局限性，所以這兩種標(biāo)準(zhǔn)方法的使用范圍應(yīng)與在與長(zhǎng)期氯化物滲透試驗(yàn)方法(如AASHTOT 259)之間建立起相關(guān)性的混凝土中,并要謹(jǐn)慎使用試驗(yàn)結(jié)果,特別是用于質(zhì)量控制和驗(yàn)收時(shí)，應(yīng)定性地使用表3 中的幾個(gè)級(jí)別，也就是說(shuō)，用ASTM C 1202(AASHTOT277)標(biāo)準(zhǔn)所測(cè)的混凝土6h庫(kù)侖電量作為各種不同混凝土之間的定性比較的效果要好于定量比較的效果[2，3]。之所以推薦定性而不是定量評(píng)價(jià)，原因之一是影響混凝土導(dǎo)電量的因素與影響其Cl-滲透性的因素并不完全相同，有時(shí)差別還很大[2]。本文通過(guò)試驗(yàn)研究了水灰比、粉煤灰、硅灰和齡期等因素對(duì)混凝土抗氯離子滲透性能的影響，以期定性的配制出具有高抗氯離子滲透性能的高性能混凝土。
2. 原材料及試驗(yàn)方法
2.1 原材料
砂：湖南湘江河砂，中砂，細(xì)度2.7，級(jí)配合格；石子：湖南長(zhǎng)沙市郊產(chǎn)5～25mm 碎石，壓碎指標(biāo)7.8%；減水劑：湘潭市潭建減水劑廠，TJ 系列高效減水劑；水泥：P.O 42.5(普硅) 湖南湘鄉(xiāng)水泥股份有限公司；粉煤灰：湖南湘潭電廠I 級(jí)粉煤灰，硅灰：西北鐵合金廠生產(chǎn)；水泥、粉煤灰和硅灰化學(xué)成分見(jiàn)表1，混凝土配合比見(jiàn)表2。
2.2 試驗(yàn)方法
本試驗(yàn)采用ASTM C 1202 直流電量法[4]。根據(jù)配比先成型150mm×150mm的試塊，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，然后切割成Ф100mm×50mm混凝土試件，按照ASTM C 1202 方法測(cè)試其6 小時(shí)通過(guò)的庫(kù)侖電量。
3 試驗(yàn)結(jié)果及討論
3.1 水灰比的影響
不同水灰比對(duì)混凝土抗Cl－滲透的影響見(jiàn)圖2 所示。由圖2 可知：隨著水灰比降低，混凝土6h庫(kù)倫電量降低，水灰比由0.5 降為0.3 時(shí)，混凝土6h庫(kù)倫電量減少了2.28 倍。試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明降低水灰比可以提高混凝土抗Cl－滲透性能[5，6]。這是因?yàn)樗冶冉档?，混凝土中自由水量減少，混凝土孔隙率降低，密實(shí)程度提高。但當(dāng)水灰比降至0.3 時(shí)，混凝土6h庫(kù)侖電量位于1000～2000 庫(kù)侖之間，Cl－在混凝土中的滲透性據(jù)表3 評(píng)價(jià)為“低”等，且0.3、0.35、0.4、水灰比的6h庫(kù)侖電量都在1000～2000 庫(kù)侖之間，這說(shuō)明單純采用降低水灰比的措施并不能有效提高混凝土抵抗Cl－滲透能力，即抵抗Cl－滲透的等級(jí)仍未改變。有研究表明[7]：當(dāng)水灰比低于0.3 時(shí)，混凝土擴(kuò)散系數(shù)對(duì)水灰比變化不敏感。
3.2 粉煤灰摻量的影響
圖3 為粉煤灰摻量對(duì)混凝土抗Cl－滲透性的影響。由圖3 可知：粉煤灰等量取代部分水泥能較大幅度降低混凝土6h庫(kù)侖電量，且隨粉煤灰摻量增加（20%～40%），混凝土6h庫(kù)侖電量呈遞減趨勢(shì)，較不摻粉煤灰的混凝土抗Cl－滲透能力提高1～2 個(gè)等級(jí)。粉煤灰摻量由0增加到40%時(shí)，6h內(nèi)通過(guò)混凝土試件的庫(kù)侖電量呈明顯的降低，即抗Cl－滲透的能力顯著增強(qiáng)，這主要因?yàn)榉勖夯业拿軐?shí)填充效應(yīng)和火山灰效應(yīng)，降低了混凝土孔隙率以及改善了孔隙特征,有效地延長(zhǎng)了毛細(xì)孔通道，從而提高粉煤灰混凝土抗Cl－滲透性能[9]。另外粉煤灰摻量達(dá)到60%時(shí)，粉煤灰混凝土28d抗Cl－滲透的能力有所下降，這主要是因?yàn)榉勖夯覔搅枯^大時(shí)，28d水泥水化程度仍較低，經(jīng)過(guò)測(cè)試粉煤灰摻量為60%的混凝土28d時(shí)，水化程度僅為34%，二次水化反應(yīng)進(jìn)行比較緩慢，混凝土中還有大量未水化的粉煤灰顆粒，混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)不夠密實(shí)，因此混凝土抗Cl－的滲透性能有所下降，但比不摻粉煤灰的混凝土，其抗Cl－的滲透能力還是要高出一個(gè)等級(jí)。
3.3 硅灰的影響
圖4 為硅灰對(duì)混凝土抗Cl－滲透性的影響。由圖4 可知，硅灰的摻入能有效提高混凝土抗Cl－滲透的能力。當(dāng)硅灰摻量?jī)H為5％時(shí)，混凝土的抗?jié)B等級(jí)就已將到表3 的“極低”。這可能是因?yàn)楣杌沂且环N極細(xì)小的顆粒，在水泥水化過(guò)程中能生成穩(wěn)定具有膠結(jié)能力的水化硅酸鈣凝膠[8]。硅灰等量取代部分水泥后可以提高混凝土硬化水泥漿基體的密實(shí)性能及改善混凝土漿體與骨料之間的界面區(qū)[1，9]。在硬化混凝土中，由于硅灰?guī)缀涡螤詈统叽绲奶厥庑?，使得它能有效地填充水泥顆粒間空隙，從而使水泥顆粒堆積更緊密、分布更均勻。同時(shí)由于火山灰作用將水泥水化生成的Ca(OH)2晶體轉(zhuǎn)化為C-S-H凝膠，進(jìn)一步改善混凝土的密實(shí)程度。硅灰摻入可以顯著減少界面區(qū)的泌水，密實(shí)堆積在骨料表面，防止Ca(OH)2大晶體的增長(zhǎng)。與不摻硅灰的混凝土相比，界面區(qū)晶體量和孔隙率均減少，孔隙率梯度幾乎消失。界面區(qū)Ca(OH)2晶體、鈣礬石和孔隙數(shù)量減少，結(jié)構(gòu)主要組分是密實(shí)的C-S-H凝膠，界面區(qū)結(jié)構(gòu)和基體的密實(shí)度相同，界面區(qū)厚度也變小，所以摻硅灰的混凝土界面過(guò)渡區(qū)性能因微細(xì)粉末填充作用而得到較好的改善。
3.4 硅灰與粉煤灰復(fù)合對(duì)混凝土抗氯離子滲透性能的影響
圖5 為硅灰與粉煤灰復(fù)合對(duì)混凝土抗Cl－滲透性的影響。由圖5 可知：在礦物摻合料總量相同的情況下，硅灰與粉煤灰復(fù)合的混凝土較單摻粉煤灰的混凝土，混凝土6h庫(kù)侖電量降低；在硅灰摻量一定的條件下，硅灰與粉煤灰復(fù)合的混凝土較單摻硅灰混凝土，混凝土6h庫(kù)侖電量下降，這說(shuō)明硅灰與粉煤灰復(fù)合是配置是配制高抗Cl－滲透混凝土的有效途徑之一。硅灰摻量為10%，粉煤灰摻量為10%、20%、30%的混凝土，比硅灰摻量為5%，粉煤灰摻量為15%、25%、35%的混凝土6h庫(kù)侖電量分別降低1.33 倍、1.24 倍、1.45 倍。無(wú)論是5%還是10%的硅灰與粉煤灰復(fù)合，當(dāng)粉煤灰摻量較小時(shí)（小于20%），混凝土6h的庫(kù)侖電量下降的都不太明顯，這說(shuō)明適量的粉煤灰與適量的硅灰復(fù)合使用時(shí)，粉煤灰與硅灰才能充分發(fā)揮各自的特點(diǎn)，配制出抗Cl－滲透能力較強(qiáng)的高性能混凝土。
試驗(yàn)還比較了礦物摻合料總量對(duì)混凝土抗Cl-滲透性的影響，見(jiàn)圖6 所示。由圖6 可知，單摻FA、5%SF與FA雙摻、10%SF與FA雙摻的混凝土中，礦物摻合料總量均為20%、30%、40%，但是其抗Cl-滲透性的能力高低卻是，10%SF與FA雙摻的混凝土最好，5%SF與FA雙摻次之，單摻FA最差，這也進(jìn)一步說(shuō)明了，適量的SF與FA雙摻是提高混凝土抗Cl-滲透性的有效方法。
3.5 齡期的影響
圖7 為齡期對(duì)混凝土抗Cl－滲透性的影響。由圖6 可知，隨著齡期的增加，兩種混凝土6h的庫(kù)侖電量都下降， 28d、56d時(shí)空白混凝土6h庫(kù)侖電量較3d下降了2.22 倍和2.56 倍；28d、56d時(shí)粉煤灰混凝土6h庫(kù)侖電量較3d下降了6.14 倍和9.68 倍，可見(jiàn)粉煤灰摻量為30%的混凝土6h的庫(kù)侖電量隨齡期下降的趨勢(shì)比空白混凝土要快。粉煤灰混凝土3d時(shí)庫(kù)侖電量比空白混凝土3d的庫(kù)侖電量大的多，這主要是因?yàn)?，在水化早期粉煤灰的火山灰效?yīng)不明顯，粉煤灰?guī)缀醪粎⒓铀磻?yīng)，膠凝材料的水化程度較低經(jīng)測(cè)試只有33.1%，因此混凝土中的水化產(chǎn)物較少，孔隙率較大，抗?jié)B能力較差。而空白混凝土3d的水化程度較粉煤灰混凝土的大經(jīng)測(cè)試已有46.01%，相對(duì)來(lái)說(shuō)混凝土中的水化產(chǎn)物就多，這樣3d時(shí)空白混凝土的6h庫(kù)侖電量比粉煤灰混凝土的低。但是，隨著齡期的增加，粉煤灰在混凝土中的二次水化反應(yīng)開(kāi)始進(jìn)行，粉煤灰的火山灰效應(yīng)逐漸體現(xiàn)出來(lái)，水化產(chǎn)物增多，混凝土變得密實(shí)，能夠較多的結(jié)合Cl－，所以28d時(shí)粉煤灰混凝土的6h庫(kù)侖電量就比空白混凝土少，摻30%粉煤灰的混凝土大約18 天以后，抗Cl－的滲透能力就能夠超過(guò)空白混凝土。空白混凝土雖然隨齡期庫(kù)侖電量也在下降， 56d時(shí)混凝土6h庫(kù)侖電量仍然達(dá)到了1470.42 C，在表3 評(píng)價(jià)為“低”等；但是粉煤灰混凝土在56d時(shí)混凝土6h庫(kù)侖電量只有507.84 C，在表2 評(píng)價(jià)為“極低”等。這也充分說(shuō)明了，粉煤灰混凝土的抗?jié)B能力要大大的優(yōu)于空白混凝土，且隨時(shí)間的增加，這 種優(yōu)勢(shì)將更加明顯。
4 結(jié)論
1．降低水灰比能提高混凝土抗Cl-滲透性能，但單純通過(guò)降低水灰比并不能配制出抗Cl-滲透能力好的高性能混凝土。
2．在一定摻量范圍內(nèi)，單摻粉煤灰和單摻硅灰能有效提高混凝土抗Cl-滲透性能。
3．硅灰與粉煤灰復(fù)合配制的混凝土抗Cl－滲透性能較好， 但是要選擇適量的硅灰與適量的粉煤灰復(fù)合，F(xiàn)A與SF雙摻是配制高抗Cl－滲透混凝土的有效途徑之一。
4．隨齡期的增加，普通混凝土與粉煤灰混凝土抗Cl-滲透性能都提高，但是粉煤灰混凝土提高的幅度較大。
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