張 朋

(遼寧水利土木工程咨詢有限公司，遼寧 沈陽 110003)

粉煤灰既能降低混凝土水化反應釋放的熱量，還能改進完善混凝土抗寒環(huán)境侵損能力，因此是人們最認可、最常用的一種礦物摻和料。現(xiàn)有研究已明確證實，粉煤灰在混凝土中只有達到某一臨界值才能將其物理、化學作用效應發(fā)揮到極致，不過該臨界值很容易發(fā)生變化，只要水膠比、基礎材料等配比參數(shù)發(fā)生改變，臨界值就會隨之發(fā)生變化。本文基于科學合理的電化學加速溶蝕參數(shù)，對粉煤灰含量和混凝土基材料溶蝕機能之間的關系展開研究，并提出了優(yōu)化水工混凝土配比的方法。

1 試件成型與維護保養(yǎng)

配比成型的混凝土，膠凝材料總量水膠比為0.5的小組混凝土加摻10%～50%粉煤灰，水膠比為0.6的小組混凝土則加摻10%～40%粉煤灰。根據(jù)實驗結果對粉煤灰含量與混凝土加速溶蝕機能之間的關系進行研究。水工混凝土復合料主要成分基本配比見表1。各配合比混凝土成型2個試件，采用電化學加速溶蝕機能的視角進行研究，各參數(shù)實驗結果取均值。

表1 水工混凝土復合料主要成分基本配比

選用C6F10及C5F20配比成型混凝土，用4.75mm方孔篩對新拌混凝土漿體進行處理，將篩余砂漿集中裝入試模中，用力搗振成型。各配比分別制備兩組規(guī)格為φ100×50mm及φ42.6×50mm的篩余砂漿試件(編號分別是LRM及SRM)，篩余砂漿試件與混凝土試件的具體情況見表2。

表2 篩余砂漿試件編號

24h脫模后轉移到標準維護保養(yǎng)室進行不少于28天的維護，維護保養(yǎng)結束后利用專業(yè)設備對試件進行真空飽水處理。為證實粗骨料及砂漿試件規(guī)格對混凝土基材料溶蝕機能的影響，在本實驗中專門設定了同樣的約束條件。需注意SRM5F20及SRM6F10試件的加速溶蝕裝置內(nèi)放一個內(nèi)徑不超過42.6mm的有機玻璃嵌套，以方便試件安裝。本研究選擇應用有機硅膠柔性填充料，它是典型的防水密封材料，抗腐蝕，而且不會給溶蝕介質及溶蝕效果帶來負面影響。

對真空飽水后每個試件的電阻率進行檢測，再將試件接入對應的電化學加速溶蝕裝置，開始電化學加速溶蝕實驗，確定出不同溶蝕周期各試件的溶蝕參數(shù)。根據(jù)同規(guī)格篩余砂漿及混凝土溶蝕參數(shù)差值，可揭示出粗骨料與混凝土基材料抗溶蝕機能之間的關系，在此基礎上，對不同直徑篩余砂漿試件有關溶蝕參數(shù)進行分析，以進一步探討試件規(guī)格與混凝土基材料溶蝕行為的內(nèi)在關系。

2 溶蝕深度測定方法

一般條件下，溶蝕深度主要反映了混凝土基材料中氫氧化鈣溶解面出現(xiàn)遷移的部位。長時間受軟水侵損，氫氧化鈣就會很快被分解，因此，可將溶蝕深度作為兩種試件電化學加速溶蝕的損壞程度評判指標。目前，主要通過光學顯微鏡法和酚酞溶液噴涂法兩種方法求解溶蝕深度，本文選用酚酞溶液噴涂法。在測試過程中，首先獲取混凝土基材料沿溶蝕方向的截面，然后再用1%酚酞酒精溶液規(guī)律地噴灑在截面上，以密切關注變色情況。

具體操作方法如下：將一根光圓鋼筋分別置于試件成型面下底面中心部位，由于壓面鋪設了一些砂子，壓力機就會受到鋼筋壓力，不可不免地會出現(xiàn)橫向滑動；加固鋼筋與溶蝕試件的部位，在逐漸施加載荷的情況下，試件會被劈成兩個截面。按照碳化實驗方法，將濃度1%的酚酞酒精溶液均勻噴灑于劈斷裂面，溶蝕區(qū)變色不顯著，呈淺灰色，未溶蝕區(qū)則為紫紅色，此時只需確定出混凝土表面與呈色界限的平均距離，就意味著獲得了溶蝕深度。各試件截面選擇8個測試部位，用直尺測定溶灰色部分寬度，測定結果的均值為該試件的溶蝕深度。篩余砂漿試件溶蝕深度測定方法與混凝土相同。

3 粉煤灰混凝土的溶蝕加速規(guī)律分析

3.1 粉煤灰加摻對混凝土電阻率的影響分析

粉煤灰混凝土電化學阻抗譜見圖1。由圖1可知，在粉煤灰含量増加的情況下，混凝土點電阻向右轉移，由此可見，混凝土的導電機能較差，通過電阻率數(shù)據(jù)分析可知，在水膠比同劑量的條件下，粉煤灰含量越大，混凝土試件的電阻率值就越大，表明摻進適量粉煤灰可優(yōu)化混凝土的孔構造，提高混凝土電阻，降低導電性，因此能合理控制鈣離子的遷移速率，從而使混凝土的抗溶蝕機能得到大幅改善。摻進一定量的粉煤灰，可使混凝土基體電阻率增大，主要有以下兩個原因：?粉煤灰的火山灰效應消耗氫氧化鈣，可使混凝土中Ca2+量減少，也就弱化了導電離子構成量，但是卻能使攪拌物的工作性及流動性得到明顯優(yōu)化，無論是下調黏稠度還是下調水灰比用量，都會出現(xiàn)電阻率增大的現(xiàn)象；?粉煤灰-混凝土混合體系中的通道比標準混凝土彎曲?；炷帘烩}溶蝕后，電阻值向左轉移，表明混凝土電阻率降低，原因是受黏滯阻力影響鈣離子會慢慢移至陰極室溶液中，同時隨著水化反應產(chǎn)物的分解出現(xiàn)孔隙，混凝土構造不夠密實，導電能力增強。

3.2 粉煤灰加摻對混凝土抗壓強度的影響分析

普通水工混凝土在施工時應擁有較好的工作機能，嚴寒地區(qū)選用的水工混凝土還要具有抵御凍融循環(huán)的能力，本文將坍落度和含氣量作為攪拌性能評估指標。實驗數(shù)據(jù)表明，C5F0和C6F0的坍落度存在一定落差，是因為當粉煤灰含量增多時，混凝土坍落的危險增大。粉煤灰含量每加增10%，坍落度就會自動下調10mm，細小顆粒在混凝土中發(fā)揮了穩(wěn)定的潤滑作用，從而能提高混凝土的流動性；0.6水膠比的新拌混凝土的坍落度更大一些，另外也能看到水膠比加大時，混凝土含氣量會出現(xiàn)小幅下降，各實驗組混凝土的含氣量在4%～5%之間波動，變化幅度小，基本不會影響粉煤灰含量。

基于齡期差異的混凝土試件抗壓強度見圖2。由數(shù)據(jù)結果分析得知，前期水化反應速度較快，在齡期不斷增大時，強度進展速度必然隨之下降，趨向于穩(wěn)定狀態(tài)。水膠比越大，混凝土的抗壓強度越小。隨著維護保養(yǎng)齡期的增加，水膠對混凝土力學機能產(chǎn)生的影響愈發(fā)顯著。在水膠比不發(fā)生改變的情況下，只要粉煤灰含量加增，混凝土抗壓強度必然會弱化，粉煤灰含量大于20%會直接影響抗壓強度值，即抗壓強度會持續(xù)走低。

3.3 混凝土抗溶蝕的粉煤灰最優(yōu)含量確定分析

在透滲溶蝕過程中，粉煤灰存在一個最優(yōu)含量，當鈣硅摩爾比趨近1時，氧化鈣或二氧化硅的溶出量非常低。所謂鈣硅摩爾比，就是氧化鈣與二氧化硅的物質量之比，主要與膠凝材料型號和化學成分相關。因此可以借助硅鈣摩爾比方程式，針對水膠比為0.6的水工混凝土優(yōu)化粉煤灰摻量給予推導計算。

圖2 基于齡期差異的混凝土試件抗壓強度

在本文研究中，將混凝土、粉煤灰和膠凝材料分別定義為mC、mFA及mB，膠凝材料總量為粉煤灰和混凝土用量之和，也就是mB=mC+mFA。按照膠凝材料總量中粉煤灰質量所占百分比計算粉煤灰優(yōu)化摻量。則水膠比 0.6和摩爾比等于 1 的CaO/SiO2公式為

(1)

其中，粉煤灰含量α=mFA/mB，mC=mB-mFA，代入上式可以獲得

(2)

通過式(2)可以發(fā)現(xiàn)，最優(yōu)粉煤灰含量α只與混凝土、氧化鈣和二氧化硅存在關聯(lián)，而無須考慮水膠比和膠凝材料用量。經(jīng)計算得知，鈣硅摩爾比=1條件獲得實現(xiàn)時，粉煤灰含量α=40%，即混凝土最優(yōu)粉煤灰含量應占40%。

4 結 語

本文通過粉煤灰混凝土加速溶蝕規(guī)律及粉煤灰最優(yōu)含量分析，所得主要收獲和結論如下：?在水膠比相同的條件下，粉煤灰含量越大，混凝土試件的電阻率越大，表明摻進適量粉煤灰能合理控制鈣離子的遷移速率，從而使混凝土的抗溶蝕機能得到大幅改善；?在水膠比不發(fā)生改變的情況下，只要粉煤灰含量增加，混凝土抗壓強度必然會弱化，粉煤灰含量大于20%會直接影響抗壓強度值，即抗壓強度會持續(xù)走低；?混凝土抗溶蝕的粉煤灰最優(yōu)含量為40%。