周子凱

（徐州工程學院，江蘇 徐州 221000）

0 引言

所謂的高性能混凝土就是具有優(yōu)異耐久性的混凝土，其主要的特點就是具有高強度、高抗?jié)B性、高工作性能和高體積穩(wěn)定性[1]。以前一般認為混凝土只是一種依靠經驗配制的建筑材料。從原材料的選擇與配制工藝到施工應用都是比較簡單的。但是從20世紀70年代末期開始，混凝土技術已經有了很大程度的進展，混凝土所達到的強度也已經遠遠超出了實際所要求的范圍。在原料方面，采用礦渣、粉煤灰、硅粉以及天然沸石制造的超細粉末等，對于改善與提高混凝土的性能都起著很重要的作用，也已經成為高性能混凝土不可或缺的組分。而礦粉和粉煤灰是目前最常用的兩種礦物摻合料。

高性能混凝土的耐腐蝕性也已成為目前研究的熱點問題。而高性能混凝土在配制上應當具有低水灰比，選用的原材料優(yōu)質，并且除了水泥、水和集料以外，必須摻入適量的磨細礦物摻合料和高性能的外加劑。選用合適的礦物摻合料既能夠彌補普通硅酸鹽水泥混凝土在耐腐蝕性方面的不足，同時也能夠為實際工程提供重要的理論基礎。

1 摻礦粉對于道路高性能混凝土的抗硫酸鹽腐蝕性能

1.1 國內高性能混凝土的耐腐蝕性能研究

礦粉即為礦渣微粉，是熔融高爐礦渣經過水、冷空氣急冷而形成的一種小顆粒狀礦渣，用水急冷的礦渣又稱為“水淬礦渣”或者“水渣”。而這種水渣又可以根據其成分分為酸性礦渣和堿性礦渣兩種，其中堿性礦渣的活性要優(yōu)于酸性礦渣。在礦渣當中具有活性的主要成分是Al2O3，這種物質的含量越高，則礦渣的活性也就會越高。急冷礦渣因具有玻璃質結構而具有較高的活性，故而成為常用的水泥混合材料，有時候也可以被當做混凝土摻合料來使用。

由于傳統(tǒng)的礦渣水泥中，礦渣和水泥熟料的硬度之間存在差異并且其對細度的要求也有所不同，從而帶來了一些能耗的浪費和容易泌水的弊病。然而，將礦渣按照需要的細度粉磨并以礦渣微粉的形式直接摻入到混凝土攪拌機中，從而制成的礦粉混凝土，不但能夠降低能耗還能夠將工業(yè)廢料進行二次利用。

吳中偉[2]認為粒徑大于45μm的礦粉顆粒很難參與水化反應，因此用于高性能混凝土中的礦渣粉要磨至比表面積4000cm2/g，才能夠比較充分地發(fā)揮其活性、減少泌水性，但磨細礦渣的比表面積也不宜過細，而應當綜合考慮其利弊。用于大體積混凝土的時候，礦粉的比表面積不宜超過5000 cm2/g，超過5000 cm2/g的礦粉適宜與水膠比不是很低的情況（例如，不低于0.30）。非大體積混凝土和需水量比較低的粉煤灰復合使用的時候，上述問題便可以得到一定緩解，礦粉摻量如果超過70%時，自收縮減小，水化熱也可以得到降低。

馮乃謙[3]等人研究了超細礦粉對于混凝土流動性的影響，并認為超細礦粉的作用可以分為填充作用以及填充加分散的作用，而超細礦粉的這兩種作用影響了對水泥漿體的流動性并且還可以改善硬化體的顯微結構和性能。

而梁松等人經過試驗研究指出，普通磨細礦粉只有在摻量大于65%（質量分數）時，才能提高混凝土的抗硫酸鹽腐蝕能力。

1.2 國外高性能混凝土的耐腐蝕性能研究

隨著制造工藝的發(fā)展，國外大多采用的是先分別將水泥熟料和礦渣粉磨，然后再混合拌合的生產工藝，這種工藝不僅降低了生產當中的能耗而且還可以將不同的物料分別控制在其最佳的粒徑范圍內，與此同時，礦粉也可以直接作為混凝土的摻合料來使用，從而大大提高了礦渣的利用價值。

對于礦渣水泥的抗侵蝕實驗結果，M.Regourd已經指出，礦粉摻量高的水泥具有較好的耐腐蝕性能。對于C3S、CAS2、C2AS組成的玻璃質混合材料所制成的水泥，其抗腐蝕性能以及其腐蝕機理目前還沒有進行更深入的研究。

Hooton和Emery指出，波特蘭-礦粉混合水泥混凝土試樣暴露十年的腐蝕結果[4]，他們采用的是加拿大的粉磨?；V渣，這種礦渣的鋁含量特別低（8-9%Al2O3），故而用45%的粉磨?；V渣來替代高C3A（12.3%）水泥，其抗硫酸鹽腐蝕性能就能夠達到或者超過ASTM-5型水泥 （抗硫酸鹽波特蘭水泥）。而實際上，當水泥中的礦渣摻量達到42%～72%的時候，混凝土構筑物在濃度為3000mg/l的硫酸鈉或者硫酸鎂溶液中，腐蝕10.5年后也不會出現任何破壞現象。與此相反的是，采用C3A含量為3.5～12.3%的水泥配制的所有混凝土均出現了不同程度的腐蝕破壞。而礦渣摻量超50%的波特蘭-礦渣水泥，其抗硫酸鹽腐蝕性能的提高可以歸因于混凝土滲透性的降低，而不是其稀釋作用。

R.P.Khatr[5]等分別對普通硅酸鹽水泥混凝土和摻礦粉、硅灰的混凝土抗?jié)B性進行了對比，研究表明摻入礦粉的混凝土其抗?jié)B性能得到了明顯地改善。S.wild等的研究顯示，超細礦粉能夠抑制混凝土的堿骨料反應并且提高其抗硫酸鹽腐蝕的能力。

Osborne對波特蘭-礦渣水泥混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性能進行了研究，其研究結果指出，用鋁含量小于14%的粉磨?；V渣以70%的摻量來等量替代，并與高C3A（9-12%）含量的水泥混合，其抗硫酸鹽腐蝕性能與英國的ASTM-5型水泥一樣好。他強調了混凝土浸入腐蝕性硫酸鹽以前養(yǎng)護制度的重要性。在他的研究中最有意義的發(fā)現是，在溫度為20℃、相對濕度為65%的空氣中養(yǎng)護具有良好的效果。

Hill在其研究中指出，礦渣摻量為65%的混凝土具有優(yōu)異的抗硫酸鎂和硫酸鈣腐蝕的能力；Mangat和Khatib指出，礦粉的合理摻量應當在80%以上，這種摻量才能夠提高混凝土抗復合腐蝕（硫酸鈉+硫酸鎂）的能力；Cao在其試驗中指出，80%的礦粉摻量提高了混凝土抗硫酸鹽腐蝕的性能，但是在pH值為7或者3的情況下，摻入40%、60%的礦粉反而會降低混凝土的抗硫酸鹽腐蝕性能。Omar卻指出，摻入60～70%的礦粉降低了砂漿的抗復合硫酸鹽腐蝕的能力，造成這種現象的原因可能與其高水灰比有關（W/C=0.5）。很明顯，大摻量礦粉能夠提高混凝土的抗硫酸鹽性能。

2 結束語

綜上所述，由于礦物摻合料的加入，使得混凝土的堿度降低，有可能會造成混凝土構筑物中的鋼筋發(fā)生銹蝕，但是它們卻能夠提高混凝土的抗化學侵蝕能力。在非大體積混凝土和需水量比較低的粉煤灰復合使用的時候，鋼筋銹蝕問題便可以得到一定緩解，礦粉摻量如果超過70%時，自收縮減小，水化熱也可以得到降低。與此同時，礦粉也可以直接作為混凝土的摻合料來使用，大摻量礦粉能夠提高混凝土的抗硫酸鹽性能。

［1］吳寅,關萍.影響高性能混凝土強度的因素研究[J].新型建筑材料,2005,07:1-5.

［2］吳中偉.論水泥混凝土耐久性研究的思路與方法[J].混凝土世界,2011,02:26-27.

［3］索黙H.高性能混凝土的耐久性[M].馮乃謙,等譯.北京:科學出版社,1998.

［4］吳寅,尚曉琳,關萍.摻礦渣摻合料和粉煤灰高強度混凝土強度和可泵性的研究[J].大連大學學報,2003,24(6):23-39.

［5］Bapat Jayant D.Mineral admixtures in cement and concrete[M].CRC Press,2012.