李琛

（陜西盛泰混凝土工程有限責(zé)任公司，陜西 710061）

0 引言

近年來(lái)混合骨料混凝土日益得到廣泛研究和應(yīng)用，尤其在改善混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性方面有突出貢獻(xiàn)。將礦物摻合料復(fù)摻作為輔助膠凝材料加入到混凝土中，不僅可取代部分水泥和有效利用工業(yè)廢渣，而且不同礦物摻合料優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，能夠充分利用各自不同特性，可提高混凝土各項(xiàng)性能，使混凝土獲得最佳耐久性能。所以將復(fù)摻礦物摻合料推廣應(yīng)用于工程實(shí)際中是必然趨勢(shì)。青藏鐵路建設(shè)中在混凝土中雙摻硅灰和粉煤灰的方法改善了混凝土耐久性[1]。在混凝土中復(fù)摻礦粉和粉煤灰時(shí)的抗凍性優(yōu)于純水泥和單摻礦粉或粉煤灰[2]。前期已對(duì)礦物摻合料混合骨料混凝土的抗凍、抗?jié)B等耐久性能進(jìn)行了研究[3,4]。本課題主要針對(duì)浮石混合骨料混凝土在粉煤灰分別與石粉、礦粉復(fù)摻情況下進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)研究，從而得出在凍融循環(huán)作用下礦物摻合料的最優(yōu)組合，為寒冷地區(qū)混凝土材料的使用提供理論和實(shí)踐的指導(dǎo)。

1 試驗(yàn)材料及配合比

粗骨料：普通碎石，粒徑范圍為 5～25mm，連續(xù)級(jí)配，表觀密度為 2660kg/m3，含泥量為 0.8%，壓碎指標(biāo)為 5.4%；浮石替代普通碎石的比率為 30%，粒徑范圍為 5～25mm，連續(xù)級(jí)配，表觀密度為 1593kg/m3，每小時(shí)吸水率為 16.44%，壓碎指標(biāo)為 39.6%。

細(xì)骨料：采用顆粒級(jí)配良好的天然河砂作細(xì)骨料，細(xì)度模數(shù)為 2.5，含泥量為 2%，表觀密度為 2650kg/m3，堆積密度為 1465kg/m3。采用 P·O 42.5 級(jí)普通硅酸鹽水泥，拌合用水采用普通自來(lái)水；采用 FDN-Y 型引氣減水劑，減水率 16%，含氣量 1.2%。水泥及礦物摻合料的化學(xué)組成見(jiàn)表1。試驗(yàn)采用 20% 摻量的粉煤灰分別與摻量為 10% 的石粉、礦粉復(fù)摻，對(duì)浮石體積替代率為 30% 的混合骨料混凝土凍融前后的 SEM圖像進(jìn)行比較和分析，配合比詳見(jiàn)表2。

表1 水泥及各礦物摻合料的化學(xué)組成 %

表2 浮石混合骨料混凝土的配合比

2 試驗(yàn)與分析

2.1 掃描電鏡試驗(yàn)

本試驗(yàn)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)至 56d 的混合骨料混凝土標(biāo)準(zhǔn)試件進(jìn)行掃描電鏡試驗(yàn)，選取含浮石－水泥石界面，樣品的規(guī)格應(yīng)盡量小而薄，樣品表面要平整，確保樣品干燥后進(jìn)行電鏡試驗(yàn)。對(duì)試樣表面進(jìn)行噴金處理之后，將試樣置于掃描電鏡下觀察放大不同倍數(shù)后混凝土的微觀界面結(jié)構(gòu)和水化產(chǎn)物。實(shí)驗(yàn)儀器是由內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)微觀實(shí)驗(yàn)室提供的 S-3400N 型掃描電子顯微鏡。

2.2 試驗(yàn)分析

界面過(guò)渡區(qū)是組成混凝土最薄弱的環(huán)節(jié)，混凝土的強(qiáng)度、抗凍、抗?jié)B等性能常常是因?yàn)楣橇稀嗍慕缑嫔洗嬖谌毕荻鸬钠茐?。本試?yàn)通過(guò) SEM 分析界面過(guò)渡區(qū)的微觀結(jié)構(gòu)研究礦物摻合料復(fù)摻對(duì)混合骨料混凝土抗凍性能的影響。

圖1 CS組骨料—水泥石界面SEM照片

圖2 CK 組骨料—水泥石界面 SEM 照片

圖1 為摻 20% 粉煤灰與 10% 石粉混合骨料混凝土（CS）的骨料—水泥石界面 SEM 圖片，凍前界面區(qū)結(jié)構(gòu)密實(shí)，且浮石的多孔、吸水特性降低了周圍水泥漿的水灰比，使其與水泥漿結(jié)合更加緊密，水化產(chǎn)物以硅酸鈣凝膠為主，幾乎無(wú)針狀鈣礬石晶體存在。凍后的骨料與水泥漿的界面變得疏松，針狀鈣礬石晶體富集，且尺寸較大，相互纏繞。由于石粉具有微晶核效應(yīng)，摻石粉的界面及水泥石中大顆粒Ca(OH)2晶體含量極少。骨料和水泥石的界面疏松，有很多孔隙、微裂紋，界面結(jié)構(gòu)嚴(yán)重劣化，抗凍性能顯著降低，主要原因是石粉中的活性成份較少，主要以 CaO 為主，二次水化反應(yīng)很弱，石粉中的非活性成分分散于水泥石中后，對(duì)水泥石及界面的粘結(jié)性能有一定的影響，并且加入石粉后形成的孔隙為鈣礬石晶體的生長(zhǎng)創(chuàng)造了條件，所以粉煤灰與石粉復(fù)摻對(duì)界面結(jié)構(gòu)的劣化嚴(yán)重，混合骨料混凝土的抗凍耐久性極低，不適宜用于高抗凍性要求的工程中。

圖2 為摻 20% 粉煤灰與 10% 礦粉混合骨料混凝土（CK）的骨料—水泥石界面SEM圖片，凍前界面以 C-S-H 凝膠為主，針狀 AFt 含量極少，界面粘結(jié)牢固。凍后界面局部存在較多的針狀鈣礬石晶體，水化產(chǎn)物仍以云絮狀 C-S-H 凝膠為主，界面結(jié)構(gòu)疏松，出現(xiàn)微裂縫。界面結(jié)構(gòu)雖有劣化，但與摻 20% 粉煤灰和 10% 石粉的混凝土（圖1）相比界面結(jié)構(gòu)得到了改善，礦粉進(jìn)行二次水化反應(yīng)消耗 Ca(OH)2，使界面區(qū)的 Ca(OH)2含量降低，片狀晶體的尺寸減小，無(wú)明顯Ca(OH)2趨向?qū)樱橇吓c水泥石的粘結(jié)性增強(qiáng)，界面結(jié)構(gòu)較密實(shí)。此外，礦粉中含有較多的 CaO，使混凝土水化產(chǎn)物不會(huì)由于過(guò)度缺少 Ca(OH)2而處于低堿度環(huán)境中，因此礦粉與粉煤灰復(fù)摻比石粉與粉煤灰復(fù)摻對(duì)混合骨料混凝土界面結(jié)構(gòu)和抗凍性能的改善更加有利。

3 結(jié)論

（1）以 20% 粉煤灰與 10% 礦粉復(fù)摻替代水泥的混合骨料混凝土界面結(jié)構(gòu)劣化較少，抗凍性能較好；20% 粉煤灰與10% 石粉復(fù)摻的界面劣化較嚴(yán)重，抗凍性能較差。

（2）復(fù)摻粉煤灰和礦粉的混合骨料混凝土中，粉煤灰和礦粉的微集料效應(yīng)和活性效應(yīng)相互促進(jìn)，使其不僅具有較強(qiáng)抗凍性能，而且還充分利用了礦粉和粉煤灰工業(yè)廢渣，減少了水泥用量，起到環(huán)保的功效，因此將其用于生產(chǎn)實(shí)踐中具有現(xiàn)實(shí)意義。

[1] 馬強(qiáng)，朋改非，謝永江等.雙摻硅灰、粉煤灰對(duì)青藏鐵路用高性能混凝土性能的影響[J].混凝土，2004,3: 45-48.

[2] 張亞航，周智鵬，萬(wàn)惠文.礦物摻合料提高橋梁混凝土耐久性的研究[J].混凝土，2012,10(276) : 60-62.

[3] 霍俊芳，李偉玲，宋的添，李金帥.礦物超細(xì)粉混合骨料混凝土抗凍性能試驗(yàn)研究[J].內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2012,31(3): 48-51.

[4] 霍俊芳，宋的添，李偉玲，李金帥.礦物摻合料對(duì)混合骨料混凝土抗?jié)B性能的影響[J].內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2012,31(4): 64-68.