邸云菲，張武昕，李孝雄，張春偉

(滁州學(xué)院 土木與建筑工程學(xué)院，安徽 滁州 239000)

粉煤灰由于其3大效應(yīng)在混凝土行業(yè)有了廣泛的應(yīng)用前景[1-2].粉煤灰是煤炭燃燒后的火山灰質(zhì)材料，在混凝土中合理使用粉煤灰這一再生資源，不僅能節(jié)約土地和能源，而且能保護(hù)和治理環(huán)境，符合我國(guó)的可持續(xù)發(fā)展道路.現(xiàn)階段，大摻量粉煤灰混凝土已較多應(yīng)用于橋梁下部結(jié)構(gòu)、水庫(kù)大壩等工程.有研究表明在混凝土中摻入粉煤灰超過(guò)一定量時(shí)，會(huì)加大氯離子在混凝土中的傳輸，從而加速結(jié)構(gòu)內(nèi)部鋼筋銹蝕，導(dǎo)致大摻量粉煤灰混凝土結(jié)構(gòu)提前退出服役年限.大摻量粉煤灰由于存在這類(lèi)不足導(dǎo)致其在應(yīng)用推廣過(guò)程中遇到了極大的阻礙.

石灰石粉具有物理填充及化學(xué)作用效應(yīng)，當(dāng)摻入到水泥基材料中時(shí)可有效提高基體的抗氯離子滲透性能，且提高效果隨著顆粒細(xì)度減小而顯著增大[3-8].石灰石粉除細(xì)度外其摻量也會(huì)影響其能效發(fā)揮.在粉煤灰混凝土材料中摻入少量石灰石粉使得材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加致密，水泥石和骨料界面結(jié)合良好，可以提高材料的抗氯離子滲透性能，降低混凝土材料的氯離子擴(kuò)散系數(shù)[9-11].然而，混凝土中摻入的石灰石粉摻量達(dá)到一定比例時(shí)，其抗氯離子性能顯著降低；石灰石粉不論以外摻還是內(nèi)摻的方式摻入到混凝土中，均對(duì)混凝土材料抗氯離子滲透性能不利，且內(nèi)摻時(shí)抗氯離子滲透性能下降更明顯[12-17].石灰石粉對(duì)混凝土的抗氯離子性能的影響大多是摻入普通混凝土和粉煤灰混凝土，但大摻量粉煤灰混凝土抗氯離子性能受石灰石粉摻入的影響未有報(bào)道，且不同摻量及細(xì)度下石灰石粉對(duì)混凝土抗氯離子滲透性能的影響褒貶不一，其主要原因是未能探明石灰石粉在混凝土材料中的作用機(jī)理.

本文借助實(shí)驗(yàn)研究了在石灰石粉作用下大摻量粉煤灰混凝土的力學(xué)性能及氯離子滲透性能，并通過(guò)混凝土中的結(jié)合水(物理結(jié)合水和化學(xué)結(jié)合水)試驗(yàn)，系統(tǒng)研究了大摻量粉煤灰混凝土的抗壓強(qiáng)度與抗氯離子滲透性能在不同細(xì)度下石灰石粉的影響程度，定性、定量地分析石灰石粉對(duì)大摻量粉煤灰混凝土的影響，為改善大摻量粉煤灰混凝土提供技術(shù)支持.

1 試驗(yàn)原材料和設(shè)計(jì)參數(shù)

試驗(yàn)所需材料及基本技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1.

表1 材料統(tǒng)計(jì)及技術(shù)參數(shù)

實(shí)驗(yàn)配合比見(jiàn)表2.

表2 試塊配合比

2 測(cè)試方法

2.1 抗壓強(qiáng)度測(cè)試

按照表2配比制作混凝土試塊，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件養(yǎng)護(hù)后，依據(jù)《混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50081—2019)[18]開(kāi)展混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn).

2.2 抗氯離子滲透測(cè)試

取出養(yǎng)護(hù)后的混凝土試件(70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm)，用鋁箔膠將試塊不與溶液接觸的部分密封，僅留底面暴露出來(lái)，并配置3%濃度的NaCl溶液.利用塑料條放置于塑料箱的底部架起試塊，并保證試塊與NaCl溶液充分接觸，即液面需高出浸泡在NaCl中的暴露面3～5 mm.試件按照浸泡時(shí)間為3，7，28和90 d分為4組(每組12塊)，待試件浸泡達(dá)到規(guī)定時(shí)間后取出放置在壓力試驗(yàn)機(jī)上(在其底部墊1根鋼筋)，開(kāi)啟壓力試驗(yàn)機(jī)，將試塊通過(guò)壓力作用劈開(kāi)成兩半，再按不同深度要求打磨，打磨完后將獲得的粉末過(guò)0.63 mm的篩，裝入塑封袋中保存待用.收集好打磨出的粉末，使用化學(xué)滴定法確定氯離子的侵入量.

2.3 結(jié)合水測(cè)試

1)物理結(jié)合水試驗(yàn).試驗(yàn)利用凈漿攪拌機(jī)攪拌漿體，并將攪拌好的漿體放入冰格中進(jìn)行振搗、成型和養(yǎng)護(hù)；待達(dá)到齡期時(shí)，用電子天平稱(chēng)量其質(zhì)量，利用排水法測(cè)其體積；試塊放入無(wú)水乙醇1 d置換出水分，再將試塊放入溫度設(shè)置為80 ℃的烘箱中1 d；采用電子秤稱(chēng)出每個(gè)試塊的質(zhì)量，并通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算質(zhì)量含水率和體積含水率，以此評(píng)價(jià)試塊的物理結(jié)合水.

2)化學(xué)結(jié)合水試驗(yàn).首先，取物理結(jié)合水的試塊芯樣2～3 g，利用研缽將其蹍成粉末并過(guò)0.045 mm的篩子，篩出粉末質(zhì)量1.1～1.2 g，并將粉末倒入坩堝；其次，把坩堝放進(jìn)馬弗爐灼燒2 h，溫度設(shè)定在1 050 ℃；最后，根據(jù)坩堝質(zhì)量、粉末初始質(zhì)量及灼燒后質(zhì)量計(jì)算出試塊化學(xué)結(jié)合水.

3 結(jié)果與分析

3.1 抗壓強(qiáng)度

圖1是石灰石粉在不同細(xì)度下大摻量粉煤灰混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間與抗壓強(qiáng)度的關(guān)系曲線.由圖1可以看出，摻入粉煤灰細(xì)度為325目時(shí)，混凝土早期抗壓強(qiáng)度明顯高于未摻試塊，但14～28 d時(shí)，抗壓強(qiáng)度無(wú)明顯差異；混凝土抗壓強(qiáng)度隨著摻入石灰石粉的細(xì)度減小而增大.試驗(yàn)結(jié)果表明：大摻量粉煤灰混凝土抗壓強(qiáng)度隨著石灰石粉細(xì)度的減小而增加.

圖1 不同細(xì)度下混凝土抗壓強(qiáng)度

3.2 抗氯離子滲透

使用化學(xué)滴定法測(cè)量氯離子侵入量，不同摻量石灰石粉試塊氯離子侵入試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2.

圖2 不同細(xì)度石灰石粉作用下氯離子不同時(shí)間點(diǎn)侵入含量曲線

由圖2可以看出，石灰石粉細(xì)度的減小能有效地提高混凝土抗氯離子性能.當(dāng)試塊浸泡時(shí)間少于28 d時(shí)，不同細(xì)度的試塊各深度處氯離子含量差距較大；當(dāng)浸泡時(shí)間超過(guò)28 d時(shí)，石灰石粉細(xì)度為400目和500目的試塊氯離子含量差距較小，但325目試塊的氯離子含量顯著高于其他細(xì)度試塊；當(dāng)浸泡時(shí)間為90 d，侵入深度為60 mm左右時(shí)，采用400目石灰石粉的試件中氯離子侵入量為0.024 7%，采用500目石灰石粉的試件中氯離子侵入量為0.021 8%，采用325目的試件中氯離子侵入量為0.039 0%.

3.3 結(jié)合水試驗(yàn)

試塊中的物理結(jié)合水和化學(xué)結(jié)合水反映了試塊的水化程度.在試塊攪拌過(guò)程中加入水的質(zhì)量是相同的，其水化過(guò)程就是將物理結(jié)合水轉(zhuǎn)化成化學(xué)結(jié)合水，當(dāng)水化程度越高，試塊中的物理結(jié)合水越少，化學(xué)結(jié)合水越多.因此，結(jié)合物理結(jié)合水和化學(xué)結(jié)合水2方面來(lái)反映水化程度.

1)物理結(jié)合水.圖3是石灰石粉在不同細(xì)度下大摻量粉煤灰混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間與試塊的質(zhì)量含水率的關(guān)系曲線.由圖3可知，7 d后隨著石灰石粉細(xì)度的減小，試塊的質(zhì)量含水率逐漸減小.試驗(yàn)結(jié)果表明：石灰石粉細(xì)度越小，試塊中水化程度越高.

圖3 不同細(xì)度水泥砂漿質(zhì)量含水率

2)化學(xué)結(jié)合水.圖4是石灰石粉在不同細(xì)度下大摻量粉煤灰混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間與試塊的化學(xué)含水率的關(guān)系曲線.由圖4可知，化學(xué)含水率隨著細(xì)度的減小而增加，其中325目和500目試塊的變化曲線近似于線性；400目試塊前期變化幅度較大.試驗(yàn)結(jié)果表明：石灰石粉細(xì)度越小，試塊中水化程度越高.

圖4 不同細(xì)度水泥砂漿化學(xué)含水率

由混凝土抗壓試驗(yàn)、氯離子滲透試驗(yàn)及結(jié)合水試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，石灰石粉的摻入影響著混凝土材料的抗壓強(qiáng)度、耐久性及水化程度，且石灰石粉的細(xì)度直接決定著影響程度.石灰石粉作為內(nèi)摻加入試塊中，試塊的水灰比變大，前期水化程度加快，抗壓強(qiáng)度增加，且石灰石粉填充混凝土孔隙中，也增加了混凝土的抗壓強(qiáng)度.石灰石粉細(xì)度越小，填充效果越好，水化程度越高，能有效提高混凝土的抗壓強(qiáng)度，但400目和325目混凝土抗壓強(qiáng)度提高幅度較小，500目混凝土提高幅度較大.石灰石粉細(xì)度超過(guò)400目時(shí)，增加石灰石粉的細(xì)度能有效增加混凝土抗氯離子的滲透性能.

4 結(jié)論

1)當(dāng)石灰石粉細(xì)度為325目與400目時(shí)，細(xì)度提高對(duì)于混凝土抗壓強(qiáng)度的增強(qiáng)效果不明顯；細(xì)度為500目的石灰石粉能有效提高混凝土抗壓強(qiáng)度；當(dāng)石灰石粉細(xì)度超過(guò)400目時(shí)，能有效提高混凝土抗氯離子滲透性能，但400目與500目的石灰石粉對(duì)提高混凝土抗氯離子滲透性能效果差別不明顯.

2)大摻量粉煤灰混凝土的所處環(huán)境對(duì)其抗壓強(qiáng)度要求較高時(shí)，建議采用細(xì)度為500目的石灰石粉；當(dāng)對(duì)其抗氯離子性能要求較高時(shí)，建議采用細(xì)度為400目以上的石灰石粉.