王昱涵 董 浩

（青島魯碧混凝土工程有限公司，山東 青島 266100）

1 引言

硫鋁酸鹽水泥基高性能混凝土具有快硬、早強(qiáng)、微膨脹、抗?jié)B、抗凍及耐蝕性等特性，其在寒冷地區(qū)、港口、碼頭、鹽堿地區(qū)及水工等工程中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。硫鋁酸鹽水泥自面世以來(lái)，以其早強(qiáng)、高強(qiáng)、高抗?jié)B、高抗凍、耐蝕、低堿度等特點(diǎn)在各種工程（如沿海大橋、搶修路面等）中得到廣泛應(yīng)用，特別是在冬季施工、水利工程、修補(bǔ)工程等特殊工程中應(yīng)用，更能發(fā)揮其優(yōu)良的性能。但是，目前硫鋁酸鹽水泥基高性能混凝土的研究相對(duì)較少。

本文主要研究水灰比對(duì)硫鋁酸鹽水泥基高性能混凝土性能的影響，包括抗壓強(qiáng)度和抗碳化性，并利用SEM對(duì)其進(jìn)行微觀機(jī)理分析，以便為硫鋁酸鹽水泥在工程中的應(yīng)用提供一定的技術(shù)指導(dǎo)。

2 原材料與試驗(yàn)儀器

2.1 原材料

（1）水泥：硫鋁酸鹽水泥(R·SAC42.5)，山東省濟(jì)南市某廠產(chǎn)。

（2）礦粉：S95級(jí)礦渣，流動(dòng)度比116%，山東省日照市日鋼廠產(chǎn)。

（3）粉煤灰：Ⅱ級(jí)粉煤灰，山東省青島市發(fā)電廠產(chǎn)。

（4）砂：河砂，細(xì)度模數(shù)2.65，含泥量1.3%，山東省青島市萊西某砂廠產(chǎn)。

（5）石子：5～31.5mm連續(xù)級(jí)配碎石，山東省青島市城陽(yáng)某石料廠產(chǎn)。

表1為硫鋁酸鹽水泥(R·SAC42.5)、礦粉和粉煤灰的化學(xué)成分。

表1 硫鋁酸鹽水泥、礦粉、粉煤灰的化學(xué)成分

2.2 試驗(yàn)儀器

強(qiáng)制式混凝土攪拌機(jī)SJ-60、混凝土振動(dòng)臺(tái)T5、萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)壓力機(jī)SY6、全自動(dòng)抗?jié)B儀ST1等。

3 結(jié)果和分析

硫鋁酸鹽水泥基高性能混凝土配合比見表2。

表2 硫鋁酸鹽水泥基高性能混凝土配合比（不同水灰比下）

3.1 水灰比對(duì)硫鋁酸鹽水泥基高性能混凝土力學(xué)性能的影響

表3和圖1為水灰比對(duì)硫鋁酸鹽水泥基高性能混凝土抗壓強(qiáng)度影響的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

表3 水灰比對(duì)硫鋁酸鹽水泥基高性能混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

圖1 水灰比對(duì)硫鋁酸鹽水泥基高性能混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

從表3和圖1中可以看出：隨著水灰比的不斷增加，硫鋁酸鹽水泥基高性能混凝土早期和后期強(qiáng)度隨之下降，即水灰比越大其強(qiáng)度越低；硫鋁酸鹽水泥基高性能混凝土具有較高的早期強(qiáng)度，尤其是低水灰比的早強(qiáng)更明顯。例如，以28d強(qiáng)度為基準(zhǔn)，水灰比為0.33的4#試樣，1d強(qiáng)度可達(dá)72%以上，3d強(qiáng)度可達(dá)81%以上；而水灰比為0.49的1#試樣，1d強(qiáng)度只有50%，3d強(qiáng)度只有65%。另外，硫鋁酸鹽水泥基高性能混凝土半年（6個(gè)月）強(qiáng)度仍在增長(zhǎng)，即強(qiáng)度長(zhǎng)期穩(wěn)定性高。

3.2 水灰比對(duì)硫鋁酸鹽水泥基高性能混凝土抗碳化性能的影響

3.2.1 水灰比對(duì)硫鋁酸鹽水泥基高性能混凝土碳化深度的影響

圖2是水灰比對(duì)硫鋁酸鹽水泥基高性能混凝土碳化深度影響的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

圖2 水灰比對(duì)硫鋁酸鹽水泥基高性能混凝土碳化深度影響的試驗(yàn)結(jié)果

從圖2中可以看出：硫鋁酸鹽水泥基高性能混凝土碳化深度隨著水灰比的減少而降低，隨著碳化時(shí)間的延長(zhǎng)而增大，即水灰比越小碳化深度越小，碳化時(shí)間越長(zhǎng)碳化深度越大。這是因?yàn)樗冶仁怯绊懟炷羶?nèi)部結(jié)構(gòu)的重要因素，水灰比越大，混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的孔隙越多，連通孔越多，混凝土內(nèi)部越不密實(shí)，CO2在其中就越易擴(kuò)散，因而碳化速度也就越快。

3.2.2 水灰比對(duì)硫鋁酸鹽水泥基高性能混凝土碳化前后強(qiáng)度的影響

圖3為水灰比對(duì)硫鋁酸鹽水泥基高性能混凝土碳化或未碳化強(qiáng)度影響的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

圖3 水灰比對(duì)硫鋁酸鹽水泥基高性能混凝土碳化前后強(qiáng)度影響的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

從圖3中可以看出：硫鋁酸鹽水泥基高性能混凝土未碳化的強(qiáng)度，在相同水灰比下隨著養(yǎng)護(hù)齡期的延長(zhǎng)而增大，在相同養(yǎng)護(hù)齡期下隨著水灰比的減小而增大；硫鋁酸鹽水泥基高性能混凝土碳化的強(qiáng)度，在相同養(yǎng)護(hù)齡期下隨著水灰比的減小而增大；而在相同水灰比下與碳化齡期關(guān)系復(fù)雜，當(dāng)水灰比為0.38～0.49時(shí)，碳化后的強(qiáng)度低于未碳化的強(qiáng)度，特別是水灰比為0.49時(shí)比效明顯，當(dāng)水灰比為0.33～0.35時(shí)，碳化后的強(qiáng)度高于未碳化的強(qiáng)度，這可能是影響水灰比對(duì)硫鋁酸鹽水泥基高性能混凝土抗碳化性能的原因，即硫鋁酸鹽水泥基高性能混凝土水灰比越低其抗碳化能力越高。

3.3 水灰比對(duì)硫鋁酸鹽水泥基高性能混凝土抗碳化性的SEM微觀分析

圖4(a)、(b)、(c)、(d)分別是不同水灰比下硫鋁酸鹽水泥基高性能混凝土水化7d的SEM圖。

從圖4中可知：隨著水灰比的不斷增加，其硬化漿體-骨料之間的水化膜逐漸變厚，兩者的結(jié)合變差，水化產(chǎn)物模糊，分布無(wú)規(guī)律，水化產(chǎn)物之間的搭結(jié)松散，即硫鋁酸鹽水泥基高性能混凝土水灰比越小，混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)越致密，孔隙率越小，孔徑分布越合理，從而提高混凝土的強(qiáng)度、抗?jié)B性和抗碳化性等耐久性能。

圖4 不同水灰比下硫鋁酸鹽水泥基高性能混凝土水化7d的SEM圖

4 結(jié)語(yǔ)

（1）隨著水灰比的不斷增加，硫鋁酸鹽水泥基高性能混凝土早期和后期強(qiáng)度逐漸下降，即水灰比越小混凝土抗壓強(qiáng)度越高。

（2）隨著水灰比的不斷增加，硫鋁酸鹽水泥基高性能混凝土抗碳化性逐漸下降，即水灰比越小其混凝土抗碳化性能越強(qiáng)。

（3）SEM微觀分析表明：隨著水灰比的下降，其硫鋁酸鹽水泥基高性能混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)更致密、孔隙減少、孔徑分布更加合理。