蔡憲功

深圳市鑫盛源建設(shè)工程質(zhì)量檢測有限公司，廣東 深圳 518055

礦物摻合料對自密實(shí)混凝土耐久性的影響

蔡憲功

深圳市鑫盛源建設(shè)工程質(zhì)量檢測有限公司，廣東 深圳 518055

采用快速氯離子遷移法研究了礦物摻合料對自密實(shí)混凝土工作性能和氯離子擴(kuò)散系數(shù)的影響，結(jié)果表明:對于單摻粉煤灰混凝土試件，氯離子擴(kuò)散系數(shù)隨粉煤灰含量的提高先減少后增加，28天齡期時(shí)粉煤灰含量為30%的試件氯離子擴(kuò)散系數(shù)最低，而90天齡期時(shí)粉煤灰含量為40%的試件氯離子擴(kuò)散系數(shù)最低；對于單摻礦粉混凝土試件，氯離子擴(kuò)散系數(shù)隨膠凝材料中礦粉含量的提高而降低，當(dāng)?shù)V粉含量由50%增加至60%時(shí)氯離子擴(kuò)散系數(shù)降低的幅值并不明顯。引起氯離子擴(kuò)散系數(shù)變化的主要原因是不同的養(yǎng)護(hù)齡期下，不同摻量的摻合料對膠凝材料的水化程度的影響也不同。

礦物摻合料；自密實(shí)混凝土；耐久性

隨著城鄉(xiāng)建設(shè)的日益發(fā)展，混凝土已經(jīng)成為現(xiàn)代工程結(jié)構(gòu)的主要材料，目前高性能混凝土以其良好的工作性能、較優(yōu)的力學(xué)性能和突出的耐久性能，在各類建筑工程中得到了廣泛的應(yīng)用，如公路工程、橋梁、高層建筑、海工工程、重要水工建筑物等。隨著建筑技術(shù)的不斷發(fā)展，各類工程在追求實(shí)用的同時(shí)，也在追求外部的美觀，從而對混凝土的質(zhì)量提出了更高的要求，如有些結(jié)構(gòu)因配筋密集、形體復(fù)雜、薄壁等導(dǎo)致振搗困難，容易帶來內(nèi)部質(zhì)量缺陷。而自密實(shí)混凝土的使用就可以解決這些問題。

自密實(shí)混凝土于20世紀(jì)80年代后期由日本首先發(fā)明并應(yīng)用，其關(guān)鍵技術(shù)是通過摻加高效減水劑和礦物摻合料，在低水膠比條件下大幅度提高混凝土拌合物的流動(dòng)性，同時(shí)保證混凝土拌合物具有良好的黏聚性和穩(wěn)定性，防止泌水和離析。自密實(shí)混凝土在體形復(fù)雜、配筋密集、作業(yè)面狹窄、人工和機(jī)械手段均無法振搗的混凝土結(jié)構(gòu)部位得到了廣泛的應(yīng)用。為了解自流實(shí)混凝土的耐久性能，我們對C50自密實(shí)混凝土進(jìn)行了氯離子擴(kuò)散系數(shù)試驗(yàn)，考察礦物摻合料對自密實(shí)混凝土耐久性的影響[1-2]。

1 自密實(shí)混凝土的設(shè)計(jì)原則和步驟

自密實(shí)混凝土對拌合物的工作性有嚴(yán)格要求，進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)首先考慮工作性問題?；炷量梢钥醋饔晒橇虾湍z凝材料漿體兩相組成的混合體，漿體作為液相比固相骨料更容易流動(dòng)，因此，漿骨比將是影響拌合物工作性的一個(gè)重要參數(shù)[3]。此外，砂比碎石更容易滾動(dòng)但需水量較大，水膠比越大的漿體流動(dòng)性越強(qiáng)但易產(chǎn)生泌水，摻合料不同也會對工作性產(chǎn)生影響。因此需要綜合分析各因素作用，選擇適當(dāng)參數(shù)并合理取值計(jì)算配合比，同時(shí)還要考慮力學(xué)性能要求。

自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)采取絕對體積法。首先把混凝土拌合物看作由固液兩相組成的三層混合體系，液相比固相更易流動(dòng)。因此，膠結(jié)料漿體、砂漿和混凝土中液相和固相的體積比就成了決定混凝土工作性的重要參數(shù)；設(shè)計(jì)配合比時(shí)，先將石子松散堆積，然后在石子孔隙中填充砂，再在砂石孔隙中填充膠結(jié)料漿體。

2 試驗(yàn)材料和方法

2.1 試驗(yàn)材料

水泥:配制自密實(shí)混凝土應(yīng)優(yōu)先選擇C3A和堿含量小、標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量低的水泥。研究選用珠江水泥廠生產(chǎn)的粵秀牌P.Ⅱ42.5R型硅酸鹽水泥；粉煤灰符合Ⅱ級粉煤灰的要求，密度為2140 Kg/m3；礦渣為廣東韶鋼嘉羊礦渣粉S95，密度為2900 Kg/m3。廣州產(chǎn)河沙，表觀密度為2650 Kg/m3，細(xì)度模數(shù)為2.6，Ⅱ區(qū)級配。粗骨料為最大粒徑20mm的復(fù)合級配碎石，5mm～10mm和10mm～20mm的比例為3:7，表觀密度2660 Kg/m3。拌和用水為自來水。外加劑用江蘇博特生產(chǎn)的聚羧酸高效減水劑。膠凝材料的化學(xué)成分見表1。

表1 原材料的化學(xué)成分

2.2 試驗(yàn)方法

2.2.1 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)采用快速氯離子遷移系數(shù)法（RCM法）來測定混凝土內(nèi)的氯離子擴(kuò)散系數(shù)[4]。將養(yǎng)護(hù)至一定齡期的圓柱體試件的表面浮漿層切除，再將試件切除至厚度為50mm±2mm，試件加工后用水砂紙打磨光滑，置于容器中進(jìn)行真空飽Ca(OH)2溶液。試件飽水后用涼開水沖洗干凈，再將試件裝入橡膠套內(nèi)的底部，并用不銹鋼環(huán)箍將試件密封固定。將裝有試件的橡膠套安裝到試驗(yàn)槽中，安裝好陽極板并在橡膠套中注入濃度為0.3mol/L的NaOH溶液，陽極板和試件表面均浸沒于溶液中，在陰極槽中注入10%的NaCl溶液，并使其頁面與橡膠套中的NaOH液面齊平。試驗(yàn)前應(yīng)根據(jù)初始電流壓值選擇合適的電壓值和測試的時(shí)間。試驗(yàn)結(jié)束后應(yīng)及時(shí)斷開電源并將試件取出沖洗干凈，并在壓力機(jī)上劈裂成兩個(gè)半圓柱體，然后噴涂0.1mol/L的AgNO3溶液顯色指示劑。

膠凝材料的水化程度采用測定漿體的化學(xué)結(jié)合水方法進(jìn)行表征，具體的測試方法和測試過程可參考文獻(xiàn)[5]。

2.2.2 混凝土配制及養(yǎng)護(hù)

根據(jù)CECS02-2004《自密實(shí)混凝土設(shè)計(jì)與施工指南》[6]中的相關(guān)要求，本試驗(yàn)的混凝土配合比見表2。按照所設(shè)計(jì)的配合比進(jìn)行試驗(yàn)，在實(shí)際拌合過程中可以適當(dāng)調(diào)整減水劑的用量或者拌合用水量來控制T500和Δh，使拌合物的性能滿足自密實(shí)混凝土的要求。將符合性能要求的混凝土裝入150 mm的立方體鋼模和100 mm×100 mm的圓柱體鋼模中成型，其中立方體試件用于測試混凝土的抗壓強(qiáng)度，圓柱體試件用于測試氯離子在混凝土內(nèi)的擴(kuò)散系數(shù)。

2.2.3 混凝土基本性能

混凝土的基本性能見表2，新拌混凝土均無泌水現(xiàn)象。從該表可見，利用粉煤灰或礦粉取代部分水泥后，配置的自密實(shí)混凝土的擴(kuò)展度大于600mm，T500≤5S，Δh≤30mm，自密實(shí)混凝土的流動(dòng)性能和填充性能均滿足要求。同時(shí)由該表可見，加入粉煤灰或礦粉等摻合料之后，降低了自密實(shí)混凝土的早期抗壓強(qiáng)度，但混凝土的強(qiáng)度等級均滿足C50的要求。

表2 混凝土配合比及混凝土的基本性能

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 粉煤灰含量對氯離子擴(kuò)散系數(shù)的影響

膠凝材料中的粉煤灰含量對28天和90天齡期時(shí)自密實(shí)混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)的影響見圖1所示。

圖1 粉煤灰含量對混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)的影響

圖2 礦粉含量對混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)的影響

由圖1可見，粉煤灰取代部分水泥后，28天和90天齡期時(shí)自密實(shí)混凝土的氯離子擴(kuò)散系數(shù)均低于純水泥混凝土試件，且氯離子擴(kuò)散系數(shù)隨粉煤灰含量的提高而先減少后增加，氯離子擴(kuò)散系數(shù)最低時(shí)混凝土試件的粉煤灰含量隨試驗(yàn)齡期的不同而有差異，28天齡期時(shí)粉煤灰含量為30%的混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)最低，而90天齡期時(shí)粉煤灰含量為40%的混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)最低。其原因可能是粉煤灰的活性較低，少量的粉煤灰取代水泥后，粉煤灰在參與水化之前發(fā)揮了微集料效應(yīng)，提高了混凝土的密實(shí)度；膠凝材料水化的早期主要是水泥的水化，當(dāng)粉煤灰摻量過高后會降低混凝土的抗?jié)B透性能，所以混凝土的氯離子擴(kuò)散系數(shù)隨粉煤灰摻量的提高而先減少后增加。隨著水化齡期的延長，粉煤灰在發(fā)揮微集料效應(yīng)的同時(shí)也發(fā)揮火山灰效應(yīng)，所以氯離子擴(kuò)散系數(shù)最低時(shí)混凝土試件的粉煤灰含量會隨著試驗(yàn)齡期增加而適當(dāng)增大。

3.2 礦粉含量對氯離子擴(kuò)散系數(shù)的影響

膠凝材料中的礦粉含量對28天和56天齡期時(shí)自密實(shí)混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)的影響見圖3所示。

由圖3可見，礦粉取代部分水泥后，28天和90天齡期時(shí)自密實(shí)混凝土的氯離子擴(kuò)散系數(shù)隨摻合料中礦粉含量的提高而降低，當(dāng)?shù)V粉含量由50%增加至60%時(shí)，擴(kuò)散系數(shù)變化的幅值并不明顯。由于礦粉的活性較高，礦粉中玻璃態(tài)的活性鋁和活性硅能與水泥水化產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)，不僅可提高混凝土的密實(shí)度，同時(shí)可降低水泥石中的Ca(OH)2含量和取向，從而提高混凝土的抗氯離子滲透性能；此外，礦粉中含量大量的鈣相和鋁相，水化后生產(chǎn)的水化鋁酸鈣能與滲透到混凝土中的氯離子結(jié)合生成Friedel鹽從而能有效地阻止氯離子的滲透[7]。

3.3 摻合料對膠凝材料水化程度的影響

粉煤灰和礦粉對28天和90天齡期時(shí)膠凝材料水化程度的影響分別見圖3（a）和圖3（b）所示。

圖3 摻合料對膠凝材料水化程度的影響

由圖4（a）可見，28天齡期時(shí)粉煤灰含量為30%的硬化漿體的水化程度最高，而90天齡期粉煤灰含量為40%的硬化漿體的水化程度最高。由圖4（b）可見，28天齡期和90天齡期時(shí)漿體的化學(xué)結(jié)合水量隨礦粉含量的提高而增加，表明膠凝材料的水化程度隨礦粉含量的提高而增大。由于粉煤灰的活性較水泥低，少量的粉煤灰取代水泥后，相當(dāng)于提高了水泥的水膠比，從而提高水泥的水化程度，同時(shí)，隨著延長養(yǎng)護(hù)齡期有利于提高粉煤灰的水化程度，所以28天齡期時(shí)粉煤灰含量為30%的漿體的水化程度最高，而90天齡期時(shí)粉煤灰含量為40%的硬化漿體的水化程度最高。

結(jié)語

（1）自密實(shí)混凝土的氯離子擴(kuò)散系數(shù)隨膠凝材料中粉煤灰含量的提高先減少后增加，28天齡期時(shí)粉煤灰含量為30%的混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)最低，而90天齡期時(shí)粉煤灰含量為40%的混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)最低，其原因是不同的養(yǎng)護(hù)齡期下，粉煤灰含量不同則膠凝材料的水化程度也不同。

（2）自密實(shí)混凝土的氯離子擴(kuò)散系數(shù)隨摻合料中礦粉含量的提高而降低，當(dāng)?shù)V粉含量由50%增加至60%時(shí)，氯離子擴(kuò)散系數(shù)降低的幅值并不明顯。

[1] 歐陽華林，蘇祖平. C50免振搗自密實(shí)混凝土耐久性及長期性能的試驗(yàn)研究[J]. 混凝土，2006，(5):60～62

[2] 李保霞，趙萬華. 自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)及試驗(yàn)研究[J]. 混凝土，2009，(7):94～96

[3] 龍廣成，謝友均，劉運(yùn)華等. 自密實(shí)混凝土工作性測試方法[J]. 硅酸鹽學(xué)報(bào)，2007，35(10):1359～1363

[4] GB/T50082-2009.普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)[S].

[5] 石明霞，謝友均，劉寶舉. 水泥-粉煤灰復(fù)合膠凝材料的水化性能研究[J]. 建筑材料學(xué)報(bào)，2002，5(2):114～119

[6] CECS02-2004.自密實(shí)混凝土設(shè)計(jì)與施工指南[S].

[7] Dhir RK, El-Mohr Mak, Dyer T.D. Developing chloride resisting concrete using PFA [J]. Cement and Concrete Research,1997,27(11):1633～1641

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.14.024