摘要 研究了不同種類礦物摻合料對混凝土抗氯離子滲透性的影響，試驗(yàn)結(jié)果顯示單摻礦渣能降低氯離子擴(kuò)散系數(shù)，摻量為40％時(shí)最佳；單摻粉煤灰可改善混凝土抗氯離子滲透能力，且當(dāng)摻量為30％時(shí)氯離子滲透系數(shù)最??；單摻燒頁巖提高氯離子滲透系數(shù)。從機(jī)理上分析，礦渣和粉煤灰改善了混凝土中的薄弱界面，細(xì)化孔結(jié)構(gòu)，生成更多的水化產(chǎn)物，提高了混凝土抗氯離子滲透能力。燒頁巖因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)疏松，吸水較多，混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生大量孔隙，降低了抗氯離子滲透能力
關(guān)鍵詞 礦物摻合料 混凝土 氯離子滲透
中圖分類號：TU528
0 引言
現(xiàn)代建筑中鋼筋混凝土占了混凝土總量的很大比例，而鋼筋混凝土中鋼筋銹蝕帶來的問題十分嚴(yán)重，是混凝土結(jié)構(gòu)破壞的主要原因之一。鋼筋混凝土中的鋼筋能夠不被破壞的前提是表面有一層完整的鈍化膜，如果這層鈍化膜遭到了破壞，外界環(huán)境中的一些離子就很容易引起混凝土內(nèi)部鋼筋的銹蝕，從而導(dǎo)致鋼筋體積膨脹，破壞鋼筋與混凝土結(jié)合的界面，使鋼筋與混凝土發(fā)生剝離，進(jìn)而導(dǎo)致混凝土破壞的現(xiàn)象。而氯離子可以通過破壞鋼筋的鈍化膜方式使鋼筋產(chǎn)生銹蝕，因此抗氯離子滲透性是反映混凝土抵抗鋼筋銹蝕能力的一個(gè)重要參數(shù)[1][2]。
近年來很多工程使用的混凝土在施工過程中都會(huì)摻加礦物摻合料[3]，試驗(yàn)證明適量摻加礦物摻合料可以降低混凝土結(jié)構(gòu)的孔隙率，提高結(jié)構(gòu)的致密性，從而有效的降低氯離子的滲透性，提高混凝土的使用壽命[4][5]。目前對于多種礦物摻合料摻加后對混凝土氯離子滲透性的影響已經(jīng)有了研究，但是因?yàn)楦鞯氐牟牧嫌兴顒e，所以結(jié)論不盡相同。本文主要研究了單摻磨細(xì)粉煤灰、礦渣和燒頁巖對高阿利特水泥配制的混凝土Cl-滲透擴(kuò)散性影響，并分析探討了其機(jī)理。
1 原料與試驗(yàn)方案 1.1 原材料
熟料采用陜西秀山水泥有限公司生產(chǎn)的熟料，其中C3S含量為70.8％，fCaO含量為1.2％，28d抗壓強(qiáng)度為59.7Mpa。摻合料采用磨細(xì)礦渣，粉煤灰，和在800℃下煅燒燒30min的燒頁巖，比表面積分別為465m2/kg，450m2/kg，和440m2/kg。粗集料采用5-16mm的石灰石碎石，表觀密度為2700kg/m3。細(xì)集料為河砂，細(xì)度模數(shù)為2.8，表觀密度為2690 kg/m3。
1.2 試驗(yàn)方法
試驗(yàn)采用相同的水膠比0.57，用水量為226 kg/m3，膠凝材料配比見表1。骨料品種及用量均不變，其中砂用量為634 kg/m3，石子用量為1194kg/m3。
按照配比稱取適量膠凝材料，石子，砂，和水，用強(qiáng)制攪拌機(jī)將原料攪勻，取適量進(jìn)行混凝土塌落度的測定，另依據(jù)ASTM C1202法將混凝土攪拌物裝入直徑為100mm高為50mm的模具，濕布覆蓋于20℃±5℃條件下養(yǎng)護(hù)24h后脫模。置于20℃±3℃氫氧化鈣飽和溶液中養(yǎng)護(hù)至28d。將試塊從溶液中取出，濕布擦去表面浮水碎屑，裝入塑料試驗(yàn)夾具中，用704膠將邊緣密封，以防溶液滲漏。正負(fù)極端槽內(nèi)分別注入0.3mol/L的NaOH溶液和3％的NaCl溶液，過2min后，測量試件的電導(dǎo)，進(jìn)而換算出試件的相對氯離子滲透系數(shù)，公式如下。
式中：D－相對氯離子擴(kuò)散系數(shù)，m2/s
G20－試件20℃時(shí)的電導(dǎo)值，S。
2 試驗(yàn)結(jié)果與討論
2.1 塌落度
各組試樣測得的塌落度值和相對氯離子滲透系數(shù)值見表2。
從表中數(shù)據(jù)可見，混凝土拌和物的塌落度隨礦渣摻量的增加變化不大，只在摻量在20－40％時(shí)稍微有所下降，但幅度很小，說明礦渣對混凝土工作性能影響不大；這是因?yàn)榈V渣結(jié)構(gòu)比較致密的，不易吸水，不會(huì)導(dǎo)致需水量的大量增加,所以塌落度下降不大。而摻加粉煤灰后，混凝土拌和物的塌落度均比未摻加時(shí)有所增加，當(dāng)摻加10％粉煤灰塌落度提高最多，之后隨粉煤灰摻量的增加塌落度有所下降，摻加40％時(shí)塌落度最低，達(dá)到65mm，但仍然比未摻加時(shí)要高；這是因?yàn)榉勖夯叶酁椴Ａw，吸水少，且形狀多為球形顆粒，在混凝土拌和物流動(dòng)過程中起到滾珠的作用，具有一定減水作用，所以在摻加粉煤灰后，在其他條件不變的情況下，混凝土流動(dòng)性增加，塌落度會(huì)有所提高。摻加10％的燒頁巖使塌落度降到45mm，摻量達(dá)到20％后塌落度繼續(xù)降低，為30mm，說明燒頁巖的摻加會(huì)增加混凝土拌和物的拌和用水量；這是因?yàn)轫搸r經(jīng)過800℃煅燒以后，部分礦物分解，結(jié)構(gòu)變得疏松，會(huì)吸收較大量的拌和用水，導(dǎo)致塌落度下降。
2.2 氯離子滲透性能
氯離子滲透性測試結(jié)果見表3。
從表3數(shù)據(jù)可以看出，Cl-滲透性等級隨礦渣摻量的增加逐漸下降，隨粉煤灰摻量的增加也逐漸下降，但是燒頁巖提高的Cl-滲透性等級。
摻加礦渣和粉煤灰后均可以降低氯離子擴(kuò)散系數(shù)。摻加礦渣以后氯離子擴(kuò)散系數(shù)一直下降，且摻加40％礦渣后氯離子擴(kuò)散系數(shù)最低。摻加粉煤灰后氯離子擴(kuò)散系數(shù)隨摻量增加先是持續(xù)下降，當(dāng)摻加30％粉煤灰時(shí)最小，然后升高；說明當(dāng)粉煤灰摻量小于30％時(shí)，粉煤灰摻量增加有利于提高混凝土抗氯離子滲透性能的影響，而當(dāng)摻量達(dá)到40％時(shí)，混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)有所提高。隨摻加燒頁巖量的增加，氯離子擴(kuò)散系數(shù)也逐漸升高。
影響氯離子擴(kuò)散系數(shù)的基本因素主要有：（1）混凝土對氯離子物理或化學(xué)的結(jié)合能力，（2）混凝土對氯離子滲透的阻礙能力。礦渣的加入改善了混凝土內(nèi)部的微結(jié)構(gòu)，首先是填充了部分空隙，有效的降低了混凝土中大孔的含量，其會(huì)與水泥水化產(chǎn)生的氫氧化鈣發(fā)生二次水化反應(yīng)，減少了穩(wěn)定性較差的氫氧化鈣的粗大晶粒，削弱了其在界面上的富集現(xiàn)象，優(yōu)化了界面結(jié)構(gòu)，生成更多的穩(wěn)定性較好的水化產(chǎn)物，水化結(jié)構(gòu)更加致密，有助于阻擋氯離子的滲透。。同時(shí)，氫氧化鈣的溶解會(huì)導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)的疏松，是引起混凝土破壞的原因之一，二次水化反應(yīng)消耗了一部分氫氧化鈣，減少了其含量，從而提高了混凝土抗氯離子滲透性能。另一方面，礦渣中較大量無定形的Al2O3能吸收氯離子，生成單氯水化鋁酸鈣（C3A﹒CaCl2﹒H2O）,這部分氯離子被固化到晶格當(dāng)中，通常不會(huì)對鋼筋夠成危害，從而進(jìn)一步減少了混凝土孔溶液中的有害氯離子的數(shù)量。隨摻量的增加，其有益的效果愈加明顯，說明礦渣摻量小于40％時(shí)，摻加量越多越有利于抵抗氯離子的滲透。
氯離子滲透系數(shù)隨粉煤灰摻量的增加呈現(xiàn)先減小后增加的趨勢。粉煤灰具有填充效應(yīng)和火山灰效應(yīng)，但同時(shí)粉煤灰具有活性較低的缺點(diǎn)，當(dāng)摻量較少的時(shí)候（﹤30％），這填充效應(yīng)和火山灰效應(yīng)的有益效果掩蓋了其活性不足的一面，所以隨摻量的增加氯離子滲透系數(shù)有所下降，但當(dāng)摻量較高時(shí)（﹥30％），粉煤灰活性不足導(dǎo)致二次水化不完全，短齡期混凝土結(jié)構(gòu)比較疏松，造成氯離子滲透系數(shù)增加。
燒頁巖的摻加增大了氯離子滲透系數(shù)，這是因?yàn)闊搸r結(jié)構(gòu)比較疏松，內(nèi)部存在很多孔隙，這些空隙在混凝土拌合初期會(huì)吸收大量水分，這也是導(dǎo)致混凝土拌合物塌落度較小的原因，另一方面，這些早期被吸收進(jìn)混凝土內(nèi)部的水分隨水化的進(jìn)行會(huì)被反應(yīng)掉，或者通過泌水通道流失，在這個(gè)過程中會(huì)留下一定的孔隙，從而導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)比較疏松，內(nèi)部結(jié)構(gòu)中大孔較多，從而使氯離子滲透系數(shù)提高。
3 結(jié)論
通過以上試驗(yàn)，得出如下結(jié)論：
?。?） 本試驗(yàn)范圍內(nèi)，礦渣的摻加對混凝土塌落度影響不大，粉煤灰提高混凝土拌合物的流動(dòng)性，燒頁巖降低其流動(dòng)性。
?。?） 礦渣的摻加可以提高抗氯離子滲透性，摻量40％最好；粉煤灰的摻加也可提高抗氯離子滲透性，且摻量30％最好；燒頁巖的摻加會(huì)降低抗氯離子滲透性能。
參考文獻(xiàn)
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