汪 彬 孟振亞

（江蘇蘇博特新材料股份有限公司， 江蘇 南京 211103）

0 引言

隨著混凝土超塑化劑開發(fā)技術(shù)和礦物摻合料應(yīng)用技術(shù)得到快速發(fā)展，實(shí)際工程中使用的混凝土越來越趨于低水膠比、大流動(dòng)度、大礦物摻合料化[1]。影響大摻量礦物摻合料混凝土的耐久性因素較多，歸結(jié)起來有一個(gè)相同的特征，水、有害液體及有害氣體在大摻量礦物摻合料混凝土內(nèi)部的傳輸滲透特性是影響大摻量礦物摻合料混凝土耐久性能的重要指標(biāo)。因此，研究大摻量礦物摻合料混凝土耐久性能時(shí)應(yīng)先科學(xué)合理的評價(jià)混凝土的滲透性能。與傳統(tǒng)混凝土類似，大摻量礦物摻合料混凝土表面對結(jié)構(gòu)起著保護(hù)作用，周圍的環(huán)境因素對混凝土結(jié)構(gòu)的物理、化學(xué)侵蝕一般是從表面開始。通常混凝土在使用過程中其外表面是直接暴露于服役環(huán)境中，服役環(huán)境中的自由水、有害液體及有害氣體均可以通過傳輸梯度由混凝土外表面進(jìn)入混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部，影響混凝土服役性能，故混凝土滲透性與耐久性密切相關(guān)，可以通過混凝土的滲透性來評價(jià)混凝土的耐久性。根據(jù)傳輸介質(zhì)的不同可將混凝土的滲透性能分成透水滲透性、透氣滲透性和透離子滲透性，因此出現(xiàn)了幾種不同的表征混凝土滲透性能的測試方法。目前常用的幾種測試混凝土滲透性的方法均有自己的使用特點(diǎn)和應(yīng)用場所，但也存在一定的不足之處，需要進(jìn)一步完善。而且由于這幾種表征混凝土滲透性能的測試方法的量綱差異性，即使采用相同的傳輸介質(zhì)來測試混凝土的滲透性，由于試驗(yàn)條件的變化，導(dǎo)致測試結(jié)果之間不能進(jìn)行有效的相互比較[2]。目前關(guān)于大摻量礦物摻合料混凝土滲透性能的研究已有很多，但不同研究者之間存在著明顯不一致的結(jié)論，且目前的研究[3～4]主要集中在僅用某種單一的測試方法來研究混凝土滲透性能。因此，為了綜合評價(jià)混凝土滲透性能，需要在不同的滲透介質(zhì)中考察同一混凝土的傳輸特性，對比研究幾種滲透性指標(biāo)之間的相關(guān)性，探討統(tǒng)一大摻量礦物摻合料混凝土滲透性的評價(jià)方法和測試技術(shù)的可行性，為用滲透性指標(biāo)評價(jià)大摻量礦物摻合料混凝土的耐久性提供依據(jù)。

1 原材料、配合比和試驗(yàn)方法

1.1 原材料

試驗(yàn)以金寧羊42.5 水泥，南京某電熱廠Ⅰ級粉煤灰，江蘇某公司生產(chǎn)S95 級礦粉為膠凝材料，以5～20mm 連續(xù)級配的玄武巖碎石為粗集料，以細(xì)度模數(shù)為2.60的河砂為細(xì)集料，以江某公司生產(chǎn)的聚羧酸系高效減水劑PCA 為混凝土流動(dòng)性調(diào)控組分。試驗(yàn)所用水泥、粉煤灰和礦粉的化學(xué)組成(本文中的含量、組成、摻量等均為質(zhì)量分?jǐn)?shù))見表1。

表1 水泥、粉煤灰和礦粉的化學(xué)組成（%）

1.2 配合比

為了研究大摻量礦物摻合料混凝土滲透性能的影響規(guī)律，試驗(yàn)以純水泥體系、單摻30%粉煤灰、單摻45%礦渣以及復(fù)摻15%粉煤灰和45%礦渣體系為研究對象，同時(shí)在復(fù)摻15%粉煤灰和45%礦渣體系中研究0.32、0.37 和0.42 三種不同水膠比條件下的性能，混凝土具體配合比如表2 所示。

表2 試驗(yàn)用混凝土配合比(kg/m3)

1.3 試驗(yàn)方法

參照德國Aachen 業(yè)大學(xué)建筑材料研究所提出的氯離子電遷移快速試驗(yàn)方法進(jìn)行氯離子擴(kuò)散系數(shù)試驗(yàn)，采用Φ100mm×300mm 試模成型Φ100mm×300mm 圓柱體混凝土試件，24h 脫模后在標(biāo)養(yǎng)室標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期后取出，先將Φ100mm×300mm 混凝土試件切割制成Φ100mm×50mm 的標(biāo)準(zhǔn)試件，其次將試件真空飽水24h，然后再將試件裝入橡膠筒內(nèi)，用兩個(gè)環(huán)箍施加扭矩固定，使試件的側(cè)面處于密封狀態(tài)，最后將裝有試件的橡膠筒裝到試驗(yàn)槽中，安好陽極板，在橡膠筒中注入約300ml 的0.2mol/L 的KOH 溶液，使陽性板和試件表面均浸沒于溶液中。接通直流電源，通電完畢后取出測試試件并將其劈成兩半，然后在劈開的試件表面噴涂0.1mol/L 的AgNO3溶液，測量氯離子滲透深度，計(jì)算氯離子擴(kuò)散系數(shù)。

參照美國ASTM C1202 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行電通量試驗(yàn)，其測試電壓為60V，通電時(shí)間為6h。采用100mm×100mm×300mm 試模成型100mm×100mm×300mm 的棱柱體混凝土試件，24h 脫模后在標(biāo)養(yǎng)室標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期后取出，先將100mm×100mm×300mm 混凝土試件切割制成100mm×100mm×50mm 的標(biāo)準(zhǔn)試件，其次將試件真空飽水24h，然后將試件放入兩端濃度為0.3mol/L 的NaOH 溶液和3%的NaCl溶液的電解池內(nèi)中，軸向施加60V 直流電壓，記錄初始電流并每隔5min 測量一次通過試塊的電流，持續(xù)6h，根據(jù)6h 通電時(shí)間內(nèi)電流變化計(jì)算總電量Q。

采用Torrent 滲透性測試方法進(jìn)行氣體滲透性試驗(yàn)，測試裝置內(nèi)設(shè)有內(nèi)外兩個(gè)真空室，采用壓力傳感器平衡內(nèi)室和外室的壓力，根據(jù)內(nèi)室和外室壓力的改變，估計(jì)混凝土的孔隙率，計(jì)算混凝土的透氣性系數(shù)KT。試驗(yàn)采用150mm×150mm×300mm 試模成型150mm×150mm×300mm 的棱柱體混凝土試件，24h 脫模后在標(biāo)養(yǎng)室標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期后取出，然后將測試試件在50℃高溫環(huán)境中先干燥7d，最后用Torrent 滲透性測試裝置測試并計(jì)算試件的空氣滲透性。

參照美國ASTM C1585 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行毛細(xì)管吸附試驗(yàn)，采用100mm×100mm×100mm 試模成型100mm×100mm×100mm 的立方體混凝土試件，24h 脫模后在標(biāo)養(yǎng)室標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期后取出，然后把混凝土試件放入50℃烘箱中烘干至恒重，記錄試件的質(zhì)量，精確到0.01g。保留上下兩側(cè)面，其余面用石蠟材料密封，然后放入容器中，背水面表面覆蓋一塑料薄膜，在20±1℃溫度條件下進(jìn)行試驗(yàn)。測定0h、1h、2h、4h、6h、12h、24h、56h 時(shí)間的毛細(xì)管吸水量，然后用線性回歸分析的方法，對毛細(xì)管吸附量I 與s1/2時(shí)間進(jìn)行相關(guān)性分析，確定毛細(xì)管吸附率(mm/ s1/2)。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 氯離子擴(kuò)散系數(shù)與電通量的相關(guān)性

將六組不同膠凝材料體系和不同水膠比的混凝土試件標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)7d、28d、56d、和90d 后分別測試其氯離子擴(kuò)散系數(shù)和電通量，然后將這六組混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)和電通量數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析，探討大摻量礦物摻合料混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)與電通量的相關(guān)性，結(jié)果見圖1 所示。由圖可知，六組混凝土的氯離子擴(kuò)散系數(shù)與電通量之間存在明顯的線性關(guān)系，且滿足線性方程：Y=0.366+0.00265X，且二者的相關(guān)性系數(shù)R2達(dá)到0.954，相關(guān)性良好。這與Yang 等人的研究基本一致，基本上反映了電通量與氯離子擴(kuò)散系數(shù)之間具有穩(wěn)定的比例關(guān)系，而不受膠凝材料體系和養(yǎng)護(hù)齡期的影響。

2.2 氯離子擴(kuò)散系數(shù)與氣體滲透性的相關(guān)性

將六組不同膠凝材料體系和不同水膠比的混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)與干燥7d 時(shí)的混凝土氣體滲透性系數(shù)之間進(jìn)行相關(guān)性分析，探討大摻量礦物摻合料混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)與氣體滲透性系數(shù)的相關(guān)性，結(jié)果見圖2 所示。從圖中可以看出，混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)與氣體滲透性系數(shù)呈線性相關(guān)，且滿足y=a+b*x，且在0.95置信度水平下相關(guān)性系數(shù)分別為0.889，相關(guān)性較為顯著。Zbigniew[6]等人在研究中也發(fā)現(xiàn)，氯離子擴(kuò)散系數(shù)與氣體滲透性系數(shù)之間存在較好的相關(guān)性。

圖1 大摻量礦物摻合料的混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)與電通量之間的相關(guān)性

圖2 大摻量礦物摻合料的混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)與氣體滲透性系數(shù)之間的相關(guān)性

2.3 氯離子擴(kuò)散系數(shù)與毛細(xì)管吸水率的相關(guān)性

將六組不同膠凝材料體系和不同水膠比的混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)與混凝土毛細(xì)管吸水率之間進(jìn)行相關(guān)性分析，探討大摻量礦物摻合料混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)與混凝土毛細(xì)管吸水率的相關(guān)性，結(jié)果見圖3 所示。從圖中可以看出，大摻量礦物摻合料混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)與毛細(xì)管吸水率之間呈線性相關(guān)，且滿足y=a+b*x，且在0.95 置信度水平下相關(guān)性系數(shù)為0.748，混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)與混凝土毛細(xì)管吸水率之間存在一定的相關(guān)性，但相關(guān)性程度不如混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)與混凝土電通量之間的相關(guān)性。

2.4 毛細(xì)管吸附率與氣體滲透性系數(shù)的相關(guān)性

將六組不同膠凝材料體系和不同水膠比的混凝土毛細(xì)管吸水率與混凝土氣體滲透性系數(shù)之間進(jìn)行相關(guān)性分析，探討大摻量礦物摻合料混凝土毛細(xì)管吸水率與混凝土氣體滲透性系數(shù)的相關(guān)性，結(jié)果見圖4 所示。從圖中可以看出，與大摻量礦物摻合料混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)與毛細(xì)管吸水率線性相關(guān)規(guī)律類似，大摻量礦物摻合料混凝土的毛細(xì)管吸附率與混凝土氣體滲透性系數(shù)之間也存在一定的相關(guān)性，這種相關(guān)性同樣滿足y=a+b*x，且在0.95 置信度水平下相關(guān)性系數(shù)為0.780，但相關(guān)性程度不如混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)與混凝土電通量之間的相關(guān)性。

圖3 大摻量礦物摻合料的混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)與毛細(xì)管吸水率之間的相關(guān)性

圖4 大摻量礦物摻合料的混凝土毛細(xì)管吸水率與毛細(xì)管吸水率之間的相關(guān)性

3 結(jié)論

通過對混凝土滲透性指標(biāo)之間的相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)與電通量、氣體擴(kuò)散系數(shù)、毛細(xì)管吸水率之間相關(guān)性系數(shù)分別為0.954、0.889 和0.748，氯離子擴(kuò)散系數(shù)與電通量和氣體擴(kuò)散系數(shù)之間的相關(guān)性較好，而與毛細(xì)管吸水的相關(guān)性較差。但是都存在一定的相關(guān)性。因此，在評價(jià)混凝土的滲透性時(shí)，可以把評價(jià)混凝土滲透性指標(biāo)統(tǒng)一到氯離子擴(kuò)散系數(shù)上來，實(shí)現(xiàn)混凝土滲透性的評價(jià)方法和測試技術(shù)的統(tǒng)一，但后續(xù)還需要進(jìn)一步大量的實(shí)驗(yàn)和理論研究為支撐。