龍 杰,肖靜宇
(1.中機國際工程設計研究院有限責任公司,湖南 長沙 410007;2.湖南農(nóng)業(yè)大學東方科技學院,湖南 長沙 410128)
水泥:寧鄉(xiāng)水泥廠出產(chǎn)P.O 42.5,比表面積328 m2/kg。
砂:機制砂,細度模數(shù)2.80,表觀密度2 660 kg/m3,堆積密度1 490 kg/m3。
礦物摻合料:超細粉煤灰(Ultra-fine fly ash,簡寫UFA),比表面積為550 m2/kg;一級粉煤灰(Fly ash(I),簡寫FA(I)),比表面積為425 m2/kg;硅灰(Silica fume,簡寫SF)比表面積20 000 m2/kg。
頁巖陶粒:破碎型和圓球型高強頁巖陶粒。
耐久性試驗:參照GB/T 50082-2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法和標準》,尺寸為100 mm立方體,Na2SO4溶液選用0%、5%、10%三種不同濃度,進行干濕循環(huán)試驗(一次循環(huán)定義為溶液中浸泡12 h,標準烘箱12 h),循環(huán)0、10、20、50次后,進行抗壓破壞試驗,并計算抗蝕系數(shù)K=試件干濕循環(huán)后的抗壓強度/試件干濕循環(huán)前的抗壓強度。
配合比設計參考JGJ/T 12-2019《輕骨料混凝土應有技術標準》執(zhí)行。主要配合比參數(shù):膠凝材料質(zhì)量約450 kg/m3,先用FA(I)等體積置換30%機制砂。同時,再將UFA等量置換水泥或者將SF等量置換水泥,UFA置換率分別為10%,20%,30%,0%,SF置換率分別為5%、8%、10%和15%。一般混凝土設為P0,LWC編號為Q0,UFA取代編號依次為F10、F20、F30、F40,SF取代編號依次為S5、S8、S10、S15。
圖1 濃度為0%干濕循環(huán)抗壓強度值
圖2 濃度為5%干濕循環(huán)抗壓強度值
圖3 濃度為10%干濕循環(huán)抗壓強度值
對試件的腐蝕影響最具代表性的Na2SO4溶液濃度為5%,此時最為接近外界的實際環(huán)境。干濕循環(huán)50次后的混凝土,抗蝕系數(shù)K值走向如圖4,先增后減。UFA最優(yōu)置換率為20%,K值為99.4%;與此同時,SF最優(yōu)置換率為10%,K值為99.6%,略高于UFA。相比之下,P0的K值為83.0%,Q0的K值為95.9%。推測其原因:雙摻環(huán)境(FA(I)和UFA,或者FA(I)和SF),水泥中C3A含量降低,而混凝土體系中的CH被二次水化反應消耗了,試塊環(huán)境堿度被降低了,減緩了反應的進一步進行。但當SF摻量超過一定范圍時,可能是由于水泥水化反應的Ca2+不足,凝膠體對孔隙的填充減少,抗蝕性不增反減;UFA超過一定范圍時,可能由于早期強度太低,水化反應遲緩,抗蝕性有所下降。由上述可知,當UFA和SF置換率分別為20%和10%時,能在最大程度上抑制鈣礬石和石膏的形成。
圖4 摻合料對輕骨料混凝土抗蝕性的影響
壓汞試驗測得混凝土標準養(yǎng)護28 d孔隙率及所占百分比(表1),各組試樣與P0相比,其孔隙率普遍降低,100 nm以上的有害孔占比顯著降低。比100 nm小的孔徑所占百分比,由大到小依次為:S10、S8、F20、S15、S5、F10、F40、Q0、P0。同時運用工業(yè)CT透視圖觀察宏觀結構,普通混凝土(P0)和輕骨料混凝土(Q0)28 d工業(yè)CT透視圖。內(nèi)部孔隙相對較大且分布較密的普通混凝土基體,更易被侵蝕性介質(zhì)侵蝕造成破壞。
表1 不同混凝土28 d內(nèi)部孔隙率
由表1可知,輕骨料的孔隙率顯著降低,百分比含量明顯增多的是50~100 nm,F(xiàn)20為P0的1.48倍,S10為P0的1.56倍;小于100 nm百分比含量,F(xiàn)20為P0的1.39倍,S10為P0的1.46倍,且隨齡期的增長,各組試樣也均呈現(xiàn)出不斷細化的發(fā)展趨勢,SF輕骨料混凝土孔隙率比UFA輕骨料混凝土稍低。
(1)在相同條件下,LWC具有優(yōu)良的抗蝕性,超細粉煤灰最優(yōu)置換率為20%,硅灰最優(yōu)置換率為10%。
(2)在雙摻環(huán)境中,試樣孔徑明顯減小,特別是50~100 nm的百分比含量顯著增加,相對于普通混凝土,超細粉煤灰、硅灰LWC中孔徑小于100 nm的累計百分比含量分別為1.39和1.46倍。