摘要：本文用硅灰、粉煤灰、磨細高爐礦渣作為摻合料配制了自密實混凝土（SCC），并用浸烘試驗后試樣的研究了它們的抗硫酸鹽性能。研究表明：磨細礦渣在摻量為50%以內(nèi)和硅灰摻量在3%以內(nèi)時都將使SCC的抗硫酸鹽性能劣化；硅灰摻量在超過5%時可大大改善SCC的抗硫酸鹽性能；摻入粉煤灰可以明顯改善SCC的抗硫酸鹽性能，在50%摻量范圍內(nèi)，摻量越大，抗硫酸鹽性能越好。
關鍵詞：自密實混凝土，抗硫酸鹽性能，硅灰，粉煤灰，磨細高爐礦渣
自密實混凝土(Self-Compacting Concrete)的概念是1986年日本的Okamura于1986年提出的[]1，指混凝土拌合物主要靠自重，不需要振搗即可充滿模型和包裹鋼筋，屬于高性能混凝土的一種[]2。在自密實混凝土配比中，足夠多的粉料是保證混凝土流動性和不離析的重要因素。為了控制水化熱，粉料往往由水泥和摻合料組成[]3，其中用得最多的是碳酸鈣。而使用碳酸鈣作為自密實混凝土的摻合料，也存在耐久性不足的問題，Persson[, ]45對使用碳酸鈣粉作為摻合料配制的自密實混凝土耐久性研究表明：（1）相同水膠比條件下，添加了碳酸鈣填料的自密實混凝土比普通振搗成型的混凝土的氯離子擴散系數(shù)要大；（2）添加碳酸鈣填料的自密實混凝土浸泡在硫酸鈉溶液中的質(zhì)量增加值要比振搗成型混凝土的大；（3）對于鹽凍剝蝕量來說，添加了碳酸鈣填料的自密實混凝土和振搗混凝土的沒有什么區(qū)別，而摻入硅灰和粉煤灰的自密實混凝土的則較小[]6。因此，本文中并沒有采用常規(guī)的碳酸鈣，而是使用了硅灰、粉煤灰、磨細高爐礦渣作為摻合料配制了自密實混凝土，并用浸烘試驗后試樣的質(zhì)量和抗壓強度變化來研究它們的抗硫酸鹽性能。
1 試驗原材料及試驗方法
1.1試驗原材料
普通硅酸鹽水泥：PO42.5，上海海豹水泥廠，化學組成見表1；粉煤灰：海力牌粉煤灰，Ⅱ級灰，45 μm篩余15.28%，主要技術指標見表2；硅灰：EM920U，?？蠂H貿(mào)易上海有限公司，主要技術指標見表3；礦渣：S－95，細度為430 m2/kg，上海寶田新興建材有限公司生產(chǎn)，主要技術指標見表4；減水劑：PC新型混凝土高效減水劑；pH值中性；固含量40％；粘度(涂-4杯) 40s，上海澳申建筑化學科技有限公司；增稠劑：MHPC500PF，甲基羥丙基纖維素，上海尚南貿(mào)易有限公司；河砂：細度模數(shù)2.17，表觀密度2.25 g/cm3；石子：粒徑范圍5~15 mm，表觀密度2.09 g/cm3。
1.2 試驗配比
試驗配比見表6。
表6 試驗配比
1.3 試樣制備和試驗方法
采用10×10×10cm的混凝土立方體試件，混合料靠自重填充模具，刮平后放置實驗室中，1d后拆模，然后將試樣放入水中養(yǎng)護到28d齡期。用浸烘試驗（即干濕循環(huán)）的方法考察試樣的抗硫酸鹽性能。浸烘制度如下：試件完全浸在侵蝕溶液（10％硫酸鈉溶液[]8）中浸泡8h，然后放入75℃的烘箱中烘16h為一個循環(huán)，即1天1個循環(huán)[，，]91011。
在浸烘期間，定期對混凝土試件進行稱重、拍照。失重率計算公式如下：
K= 100•(W0－Wx)/W0
其中K為失重率，Wx為浸烘一定時間的混凝土試塊的表干質(zhì)量，W0為試塊浸烘前的表干質(zhì)量，K為負值時表示質(zhì)量增加。
2 結果與討論
2.1 摻粉煤灰自密實混凝土的抗硫酸鹽性能
圖 1是單摻粉煤灰自密實混凝土試樣的質(zhì)量損失隨浸烘循環(huán)的變化。圖 2是經(jīng)過70d以后試樣的外觀。
由圖 1可以看出，粉煤灰摻量越少的混凝土試塊，其失重率越小，不摻粉煤灰和摻10％粉煤灰試塊的質(zhì)量的在浸烘初期甚至出現(xiàn)了增加，而經(jīng)過一定時間的浸烘后，幾乎所有的試樣的質(zhì)量都開始變小。試樣質(zhì)量減小，主要是因為試樣受到硫酸鈉腐蝕以后出現(xiàn)剝落，而試樣質(zhì)量增加，表明進入試樣的物質(zhì)多于剝落的物質(zhì)。一般都認為，在高濃度硫酸鈉溶液中，主要是石膏型腐蝕[, ]1213，即硫酸鈉與氫氧化鈣反應生成二水石膏。此外，硫酸鈉溶液在32℃以上析出晶體為無水硫酸鈉，而在32℃以下析出的晶體為十水硫酸鈉（芒硝），膨脹率高達311%，在干濕循環(huán)試驗條件下，進入混凝土試樣的硫酸鈉在75℃析出晶體為無水硫酸鈉，當將試樣浸回溶液中以后，已經(jīng)結晶的硫酸鈉可以通過晶間空隙飽和溶液重新結晶，轉(zhuǎn)化為芒硝，從而產(chǎn)生巨大膨脹力?；炷恋馁|(zhì)量損失與混凝土剝落有關，而剝落破壞與硫酸鈉侵入導致化學反應或結晶膨脹以及混凝土本身的強度有關，硫酸鈉的侵入又與混凝土的滲透性有關。顯然，混凝土滲透性大、強度低，則容易發(fā)生剝落破壞。
由不同粉煤灰摻量混凝土的強度（圖 3）可見，由于粉煤灰的水化速率較低，因此試件樣粉煤灰摻量越大，試樣的初期強度越低，更容易發(fā)生膨脹引起的剝落，而不摻或粉煤灰摻量較少的試樣，初期強度較高，從而使試樣較不易發(fā)生剝落；另外，硫酸鹽的滲透主要是濃度差引起的，粉煤灰摻量少的試樣，內(nèi)部存在較多的氫氧化鈣，可溶性的硫酸鈉進入試樣內(nèi)部以后與之反應生成石膏沉淀，因而試樣內(nèi)部可以保持較低的硫酸根離子濃度，促進硫酸根離子滲入試樣，兩者共同作用的結果表現(xiàn)為試樣質(zhì)量增加。但隨著試驗的進行，剝落量將大于進入試樣的物質(zhì)量，因而試樣質(zhì)量將進入一個持續(xù)減小的過程。對于粉煤灰摻量比較多的試樣，由于粉煤灰的火山灰效應，試樣內(nèi)部的氫氧化鈣較少，進入試樣的硫酸鈉在干濕循環(huán)試驗過程中很快就達到很高的濃度，并發(fā)生結晶，加上試樣初期強度比較低，因而試樣更容易表現(xiàn)為物質(zhì)的剝落量大于進入量。由于試樣的剝落可能發(fā)生在浸泡或烘干過程，試驗過程難以確定試樣的剝落量，從浸烘70d以后的試樣外觀（圖 2）來看，其基本的表現(xiàn)是試樣棱角都有些缺失，表面的疏松狀況則隨著粉煤灰摻量增大而逐漸明顯，與上述分析是一致的。
最后，從圖 1還可以看到，在約20 d之前，不同粉煤灰摻量試樣的質(zhì)量損失隨時間的變化趨勢不同，在此之后，盡管不同試樣的質(zhì)量損失絕對值不同，但所有試樣的質(zhì)量損失隨時間的變化趨勢基本相同，都表現(xiàn)為隨時間延長而逐漸增大，而且曲線的斜率也相近。聯(lián)系到不同試樣的強度在約20d以后基本接近的情形（參見圖3），進一步說明試樣的表面剝落與其強度存在密切的關系。
2.2 摻硅灰自密實混凝土的抗硫酸鹽性能
硅灰摻量為1.25~10%之間時，所有試樣在最初7~8d時質(zhì)量都略有增加，隨后開始質(zhì)量降低。隨硅灰摻量增加，試樣的失重表現(xiàn)為迅速減小，硅灰摻量5%的試樣失重最小，然后失重又略有增加，如圖 4所示。硅灰摻量為1.25%和3%的試樣，失重發(fā)展很快，表面剝落嚴重，如圖 5所示。這兩種試樣的強度降低也非?？?，如圖 6所示。
這說明小摻量的硅灰對于自密實混凝土的抗硫酸鹽性能不但沒有改善，反而有降低的趨勢。而當硅灰摻量增加到5％時，混凝土試件顯示出了良好的抗硫酸鹽性能，當硅灰摻量為10％時，試件也具備良好的抗硫酸鹽性能。Cao等 []14的研究也表明，硅灰摻量為5％和10％的混凝土均具備良好的抗硫酸鹽性能。
2.3 摻磨細礦渣自密實混凝土的抗硫酸鹽性能
摻磨細礦渣自密實混凝土的試樣的質(zhì)量隨浸烘齡期的變化見圖 7。由圖 7可見，在前3個星期，試樣的質(zhì)量變化不大，3個星期后質(zhì)量損失迅速增加；隨著礦渣的摻量的增加，試件的質(zhì)量損失有所減少。所有試樣的表面剝落都很明顯，如圖 8所示。從強度看（圖 9），除了磨細礦渣摻量為50%的試樣的初始強度比較低以外，不同摻量試樣的強度基本相近，都在2星期以后隨浸烘齡期延長而很快降低。
由圖7，經(jīng)過一段時間的浸烘，摻磨細礦渣的自密實混凝土試件的質(zhì)量發(fā)生了顯著的下降，從外觀上看，摻礦渣的混凝土試件表面也發(fā)生了明顯的剝落（圖8），其強度在浸烘約14d后也開始下降（圖9），在浸烘60d后，摻礦渣的自密實混凝土試件的強度已遠遠低于不摻礦渣的自密實混凝土試件。因此，在磨細礦渣的摻量小于50％時，礦渣的摻加對于自密實混凝土的抗硫酸鹽性能是有著較明顯的劣化的。
有研究指出[]14，當?shù)V渣摻量達到80%時才有利于提高混凝土的抗硫酸鹽性。這里的研究結果也證實了低摻量磨細礦渣不利于混凝土抗硫酸鹽的事實。
4 結論
與不摻任何摻合料的自密實混凝土相比，礦物摻合料的品種和摻量對SCC的抗硫酸性能有明顯的影響，在本文的試驗范圍內(nèi)，可以得到如下結論：
?。?） 硅灰（摻量1.25%~10%）、粉煤灰（摻量10%~50%）和磨細礦渣（摻量10%~50%）的摻入，都使自密實混凝土在浸烘80d左右的時間內(nèi)的質(zhì)量損失增大，但隨著上述摻合料摻量增加，其質(zhì)量損失有所回落。
?。?） 從抗壓強度看，硅灰摻量在5％以上時，SCC的抗硫酸鹽性能較好；摻入粉煤灰，SCC的抗硫酸鹽性能基本不受影響；磨細礦渣摻量在50%以下都將使SCC的抗硫酸性能劣化，盡管隨著其摻量從10%增加到50%時劣化情況有所改善。
?。?） 單純從試樣的質(zhì)量損失，不能很好評價摻礦物摻合料自密實混凝土的抗硫酸鹽性能。
參考文獻
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