【摘 要】純水泥混凝土耐久性較差；在混凝土中復(fù)合摻加兩種混合材料，使兩種混合材料互相取長(zhǎng)補(bǔ)短，摻入混凝土后，混凝土拌合物的和易性更好，硬化混凝土的結(jié)構(gòu)更加密實(shí)，早期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度都得到提高，表明混凝土耐久性的各項(xiàng)性能均有顯著改善。

【關(guān)鍵詞】粉煤灰；礦渣粉；復(fù)合；混凝土

1.概述

混凝土是目前世界上使用量最大的人造材料。近一個(gè)世紀(jì)以來(lái)，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員對(duì)材料的強(qiáng)度特性非常重視，但沒(méi)有認(rèn)識(shí)到材料耐久性的重要性。由于材料耐久性不足而破壞引起的結(jié)構(gòu)修理和更換費(fèi)用大幅度上升，迫使結(jié)構(gòu)工程師考慮材料耐久性。所以研究提高混凝土耐久性具有十分重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)意義。

2.影響混凝土耐久性的原因

2.1混凝土中存在化學(xué)不穩(wěn)定性物質(zhì)

混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)存在較多數(shù)量的化學(xué)不穩(wěn)定性物質(zhì)，如氫氧化鈣、水化鋁酸鈣等，它們?cè)诟g環(huán)境中會(huì)產(chǎn)生溶出性腐蝕、離子交換腐蝕或膨脹性腐蝕，從而使硬化混凝土的基本力學(xué)性能和耐久性降低。

2.2混凝土中存在大量宏觀孔隙

在混凝土拌合時(shí)，為了保證混凝土拌合物具有一定的工作性，需要加入比水泥完全水化所需水量多得多的水，這些多余的水會(huì)在混凝土中形成水泡，蒸發(fā)后形成毛細(xì)孔。由于孔隙的存在，水泥石中的一些組分可以溶出并向外擴(kuò)散，產(chǎn)生溶蝕。同時(shí)，環(huán)境中的一些有害組分也容易進(jìn)入水泥石，使水泥石受到腐蝕。

2.3混凝土中粗骨料周圍存在明顯的過(guò)渡區(qū)

在混凝土中粗骨料周圍一定范圍內(nèi)的區(qū)域，其結(jié)構(gòu)與性能不同于硬化水泥石本體。在骨料周圍界面處有一層大約10～20μm的多孔隙層即過(guò)渡區(qū)。由于泌水作用，水和Ca（OH）2會(huì)向這一區(qū)域富集，使得這一區(qū)域水泥漿的實(shí)際W/C大于本體中的W/C，Ca（OH）2六角板狀晶體呈層狀排列，導(dǎo)致這一區(qū)域水泥石的結(jié)構(gòu)比較疏松。

上述各種缺陷的存在，導(dǎo)致混凝土的耐久性較差。

3.粉煤灰復(fù)合礦粉的化學(xué)組成及其作用機(jī)理

將粉煤灰和礦渣粉按3∶1比例混合均勻即成復(fù)合礦粉。粉煤灰、礦渣粉以及粉煤灰復(fù)合礦粉的化學(xué)組成見(jiàn)表1。

由于粉煤灰中含有大量玻璃體球形顆粒，內(nèi)部結(jié)構(gòu)致密，幾乎沒(méi)有裂隙，與其它多孔結(jié)構(gòu)的活性混合材料相比，內(nèi)比表面積較小，吸附水的能力較小，因而使混凝土的干縮小，抗裂性較高。另外，粉煤灰能有效降低水泥的水化熱已被大家所公認(rèn)，這對(duì)減小混凝土內(nèi)外溫差，保證高性能混凝土的體積穩(wěn)定性具有非常重要的作用。

在新拌混凝土中，粉煤灰微珠既有獨(dú)特的“滾珠軸承”和 “解絮”形為，又能與水泥和細(xì)砂共同發(fā)揮混凝土顆粒級(jí)配中的微集料充填作用，其充填的特點(diǎn)是活性充填，即粉煤灰活性顆粒的水化反應(yīng)，消耗大量的易被腐蝕的Ca（OH）2，使粉煤灰顆粒與水泥漿體的界面膠合，并對(duì)水泥漿體和骨料的界面起致密作用。粉煤灰的致密作用減少了混凝土中的孔隙體積和較粗的孔隙，特別是填充了漿體中的毛細(xì)孔通道，從而能顯著延緩CO2、Cl-、水及氧等在混凝土中的擴(kuò)散。這對(duì)混凝土的耐久性非常重要。

但是，由于粉煤灰的化學(xué)活性相對(duì)較低，在摻量較高的情況下，對(duì)混凝土的早期強(qiáng)度影響較大。為了彌補(bǔ)粉煤灰的這一缺陷，我們?cè)诜勖夯抑袕?fù)合活性較高的礦渣粉。

粉煤灰復(fù)合礦渣粉后，提高了火山灰活性效應(yīng)，增加了體系中微粒間的化學(xué)交互、誘導(dǎo)激發(fā)作用，因此提高了粉體的化學(xué)活性，其活性效應(yīng)可從表2的混凝土各齡期強(qiáng)度發(fā)展情況得到明顯體現(xiàn)。

4.粉煤灰復(fù)合礦粉對(duì)混凝土技術(shù)性質(zhì)的影響

試驗(yàn)采用對(duì)比的方法，即在混凝土中分別摻加粉煤灰、礦渣粉及粉煤灰復(fù)合礦粉各50%，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)到一定齡期后分別進(jìn)行抗壓強(qiáng)度、抗?jié)B性、抗化學(xué)腐蝕性以及抗凍融性試驗(yàn)。

配制混凝土所用原材料：（1）大宇水泥 P·O42.5R，28天抗壓強(qiáng)度47.6MPa；（2）大沽河砂，細(xì)度模數(shù)μf=2.85，含泥量1.4%；（3）花崗巖碎石，最大粒徑DM=25mm，含泥量0.26%；（4）自來(lái)水；（5）CM-1高性能減水劑，摻量2.0%，引氣量約4.5%，減水率約25%；（6）粉煤灰、礦渣粉及復(fù)合礦粉的化學(xué)組成及細(xì)度見(jiàn)表1。

4.1混凝土配合比及其流動(dòng)性和抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

從表2的試驗(yàn)結(jié)果可以看出，摻加復(fù)合礦粉的混凝土拌合物的流動(dòng)性要比單摻粉煤灰或單摻礦渣粉的混凝土拌合物的流動(dòng)性大，28天抗壓強(qiáng)度分別提高22%和5%，60天抗壓強(qiáng)度分別提高31%和11%；與純水泥混凝土（序號(hào)0）相比，只是單摻粉煤灰的混凝土的28天強(qiáng)度稍低，但到60天時(shí)均超過(guò)純水泥混凝土的強(qiáng)度，說(shuō)明礦物質(zhì)摻合料的潛在化學(xué)活性隨著齡期的延長(zhǎng)逐漸得到發(fā)揮，并且強(qiáng)度增長(zhǎng)速度要比純水泥混凝土快得多。

4.2混凝土的抗?jié)B性、抗凍融性以及耐化學(xué)腐蝕性的試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

混凝土的抗?jié)B性采用逐漸施加水壓法，即每8小時(shí)增加水壓0.2MPa，一致增加到3.0MPa，然后劈開(kāi)試件測(cè)定其平均滲透深度；混凝土的抗凍融性采用標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28天的棱柱體試件（100×100×400mm）進(jìn)行快速凍融，300次凍融循環(huán)后分別測(cè)定其相對(duì)動(dòng)彈性模量，然后計(jì)算其耐久性系數(shù)DF；混凝土的耐化學(xué)腐蝕性采用模擬腐蝕介質(zhì)浸泡法，腐蝕介質(zhì)的化學(xué)成分為：Mg2+3500mg/L，SO42-6550mg/L，Cl-6150mg/L，NH4+600mg/L，將標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28天的立方體試件分別浸泡于20℃±2℃的淡水和腐蝕介質(zhì)中180天，然后分別測(cè)定抗壓強(qiáng)度，計(jì)算耐腐蝕系數(shù)。

綜合表2和表3的試驗(yàn)結(jié)果可以看出，純水泥混凝土抗?jié)B能力較低，耐化學(xué)介質(zhì)腐蝕的能力也較差；在混凝土中復(fù)合摻加兩種混合材料，不只是兩種混合材料的簡(jiǎn)單混合，而是有意識(shí)地使兩種混合材料互相取長(zhǎng)補(bǔ)短，產(chǎn)生單一混合材料不能有的優(yōu)良效果。粉煤灰和礦渣復(fù)合摻入混凝土后，混凝土拌合物的和易性更好，硬化混凝土的結(jié)構(gòu)更加密實(shí)，早期強(qiáng)度和后期 強(qiáng)度都得到提高，表明混凝土耐久性的各項(xiàng)指標(biāo)諸如抗?jié)B性，抗凍融性以及耐化學(xué)腐蝕性等性能均有顯著改善。

5.結(jié)語(yǔ)

（1）在粉煤灰中復(fù)合25%礦渣粉后，能有效提高粉煤灰的活性，使混凝土的早期和后期強(qiáng)度均有明顯提高，并且適合于澆筑大體積混凝土。

（2）復(fù)合摻加礦粉比單摻粉煤灰或礦渣粉，對(duì)混凝土的和易性、強(qiáng)度和耐久性有更優(yōu)越的效果，并且可以降低水泥用量高達(dá)50%，其技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果是非常顯著的。