陳嘉偉

(朝陽市閻王鼻子水庫工程建設(shè)管理局,遼寧 朝陽 122000)

一般條件下,由于水化生成的Ca(OH)2或其它形式的堿使得混凝土內(nèi)部保持高堿環(huán)境,鋼筋表面逐漸形成鈍化膜(成分γ-Fe2O3),對(duì)防止鋼筋銹蝕起到保護(hù)作用,而存在氯離子或混凝土碳化使得pH值下降時(shí)這層保護(hù)性的鈍化膜會(huì)被破壞,有水分和氧氣的條件下鋼筋就會(huì)發(fā)生電化學(xué)銹蝕[1-2]。其中,導(dǎo)致鋼筋銹蝕最主要的原因是混凝土內(nèi)部有氯離子的滲入,該過程主要與內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)及其組成物吸附氯離子的特征有關(guān)[3-5]。內(nèi)部孔徑越小,孔隙率越低,則混凝土抑制氯離子的侵蝕作用就越強(qiáng)。氯離子的存在形式主要有兩種:其一,侵入的氯離子被水泥水化凝膠吸附或與水化氯酸鈣產(chǎn)生低溶性的Friede鹽;其二,溶解于孔隙溶液中的游離態(tài)氯離子,隨溶液流動(dòng)與鋼筋表面接觸引起銹蝕[6-8]。隨水膠比的減小混凝土抗氯離子滲透性能逐漸增強(qiáng),使用低水膠比的高性能混凝土是防止氯離子滲入導(dǎo)致鋼筋銹蝕最有效的方法[9]。因此,文章通過單摻和復(fù)摻兩種方式將粉煤灰與礦粉摻入低水膠比(0.32)水工混凝土中,采用ASTM-1202法探究不同摻合料類型和摻入方式對(duì)混凝土抗氯離子滲透性及抗壓強(qiáng)度的影響作用。

1 試驗(yàn)方案

1.1 原材料

水泥:朝陽市振東水泥廠生產(chǎn)的P·O42.5級(jí)水泥,比表面積350m2/kg,密度3.15g/cm2,細(xì)度2.1%,標(biāo)稠需水量27.2%,3d、28d抗壓強(qiáng)度27.5MPa和50.1MPa,其主要化學(xué)成分如表1所示。

表1 水泥及礦物摻合料化學(xué)成分 %

1)粉煤灰:大連恒翔粉煤灰廠生產(chǎn)的F類Ⅱ級(jí)粉煤灰,需水量比98%,細(xì)度20.2%,密度2.26g/cm3,28d活性指數(shù)76%,堿含量1.2%,含水率0.1%,主要化學(xué)成分,見表1。

2)礦粉:試驗(yàn)選用S95級(jí)粒化高爐礦渣粉,比表面積520m2/kg,流動(dòng)度比105%,燒失量1.0%,28d活性指數(shù)82%,主要化學(xué)成分如表1。

3)集料:試驗(yàn)選用大連某建材廠提供的細(xì)度模數(shù)2.6天然中砂和5～25mm級(jí)配的石灰?guī)r碎石,壓碎值6.7%,其主要性能指標(biāo)符合《水工混凝土砂石骨料試驗(yàn)規(guī)程》中的有關(guān)要求。

4)外加劑:試驗(yàn)用蘇博特PCA?-Ⅷ系列聚羧酸高性能減水劑,減水率>26%,固含量24%,拌合水用實(shí)驗(yàn)室自來水。

1.2 試驗(yàn)配合比

根據(jù)《水工混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》確定試驗(yàn)用配合比如表2所示,通過試驗(yàn)探討不同摻入方式及摻量對(duì)抗氯離子滲透性及抗壓強(qiáng)度的影響。

表2 試驗(yàn)配合比

1.3 試驗(yàn)過程

試驗(yàn)參照《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》中的相關(guān)方法進(jìn)行混凝土的拌合、振搗、成型、養(yǎng)護(hù)、抗氯離子滲透性以及抗壓強(qiáng)度的測(cè)試,測(cè)定3d、7d、28d、60d和90d不同齡期各組試件強(qiáng)度,以及28d、56d和84d不同齡期各組試件的氯離子擴(kuò)散系數(shù)。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

單摻粉煤灰或礦粉水工混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖1所示。

(a)單摻粉煤灰

從圖1(a)可以看出,摻粉煤灰組相較于基準(zhǔn)對(duì)照組的強(qiáng)度有所減小,隨粉煤灰摻量提高試件各齡期強(qiáng)度均逐漸減小,但摻粉煤灰組與基準(zhǔn)對(duì)照組之間的強(qiáng)度差異隨著齡期的延長(zhǎng)不斷減小;摻量越高混凝土早齡期抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)越慢,后期強(qiáng)度增長(zhǎng)越快,摻10%粉煤灰組的3d、28d、90d強(qiáng)度依次達(dá)到基準(zhǔn)對(duì)照組的80.6%、95.7%和98.4%,而摻50%粉煤灰組的3d、28d、60d、90d強(qiáng)度依次達(dá)到基準(zhǔn)對(duì)照組的36.3%、68.5%、78.2%和81.0%,除摻50%粉煤灰組外其它各組的60d、90d齡期抗壓強(qiáng)度域基準(zhǔn)對(duì)照組基本相當(dāng)。從圖1(b)可以看出,摻礦粉組相較于基準(zhǔn)對(duì)照組的抗壓強(qiáng)度有所降低,隨著礦粉摻量的增加混凝土3d、7d、28d和90d齡期抗壓強(qiáng)度均逐漸減小,其抗壓強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律與摻粉煤灰混凝土具有較好一致性,試件早齡期抗壓強(qiáng)度隨礦粉摻量的增加明顯下降,尤其是3d、7d強(qiáng)度降幅較大,但摻礦粉組與基準(zhǔn)對(duì)照組之間的強(qiáng)度差異隨著齡期的延長(zhǎng)逐漸減小。

雙摻粉煤灰與礦粉水工混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖2。

(a)不同總摻量(礦粉:粉煤灰=1∶1)

從圖2(a)可以看出,礦粉:粉煤灰=1∶1條件下,隨礦粉與粉煤灰總摻量的增加混凝土3d、7d、28d和60d抗壓強(qiáng)度均逐漸減小,總摻量達(dá)到50%時(shí)混凝土60d、90d強(qiáng)度為基準(zhǔn)對(duì)照組的86.0%、92.7%,其它摻量條件下混凝土60d齡期強(qiáng)度基本接近,90d齡期強(qiáng)度較基準(zhǔn)對(duì)照組有所提高。從圖2(b)可以看出,礦粉與粉煤灰總摻量達(dá)到30%時(shí),改變礦粉與粉煤灰的摻配比例,試件3d、7d、28d和60d強(qiáng)度也隨著粉煤灰相對(duì)摻量的提高不斷下降,而90d強(qiáng)度則呈現(xiàn)出上升趨勢(shì),表明復(fù)摻條件下礦粉與粉煤灰能夠促進(jìn)混凝土早期及后期強(qiáng)度的提升。

2.2 氯離子滲透性試驗(yàn)

單摻粉煤灰或礦粉水工混凝土的氯離子擴(kuò)散系數(shù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖3所示。

(a)單摻粉煤灰

從圖3(a)可以看出,粉煤灰可以在一定程度上改善抗?jié)B能力,齡期對(duì)混凝土的影響更加顯著。另外,隨著齡期的延長(zhǎng)粉煤灰逐漸發(fā)揮火山灰效應(yīng),使混凝土內(nèi)部密實(shí)度逐漸提高,相應(yīng)的抗氯離子侵蝕性也不斷增強(qiáng)。摻30%粉煤灰混凝土84d齡期氯離子滲透系數(shù)(1.14×10-12m2/s)只有基準(zhǔn)對(duì)照組(2.02×10-12m2/s)的56.4%,摻50%礦粉混凝土84d齡期氯離子擴(kuò)散系數(shù)(1.10×10-12m2/s)只有基準(zhǔn)對(duì)照組(2.02×10-12m2/s)的55.5%。從圖3(b)可以看出,水工混凝土摻礦粉能夠明顯改善其抗氯離子滲透性能,摻30%礦粉混凝土84d齡期氯離子擴(kuò)散系數(shù)(1.28×10-12m2/s)只有基準(zhǔn)對(duì)照組(2.02×10-12m2/s)的63.4%,摻50%礦粉混凝土84d齡期氯離子擴(kuò)散系數(shù)(1.02×10-12m2/s)只有基準(zhǔn)對(duì)照組(2.02×10-12m2/s)的50.5%,降幅達(dá)到50%;另外,水工混凝土抗氯離子滲透性隨著養(yǎng)護(hù)齡期的延長(zhǎng)呈明顯增強(qiáng)趨勢(shì)。經(jīng)對(duì)比分析發(fā)現(xiàn),摻量≤30%時(shí),摻粉煤灰組相較于摻礦粉組的抗氯離子侵蝕性能較優(yōu);摻量達(dá)到50%時(shí),摻礦粉組相較于摻粉煤灰組的抗氯離子侵蝕性能較優(yōu)。

雙摻粉煤灰與礦粉水工混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖4所示。

(a)不同總摻量(礦粉:粉煤灰=1∶1)

從圖4(a)可以看出,礦粉:粉煤灰=1∶1條件下,隨總摻量的增加試件抗氯離子滲透性逐漸增強(qiáng),并且氯離子擴(kuò)散系數(shù)隨著齡期的延長(zhǎng)呈不斷下降趨勢(shì)。從圖4(b)可以看出,總摻量達(dá)到30%時(shí),改變摻配比例,試件抗氯離子滲透性能隨著粉煤灰相對(duì)摻量的增加逐漸降低,并且氯離子擴(kuò)散系數(shù)隨著齡期的延長(zhǎng)呈明顯下降趨勢(shì)。

深入分析作用機(jī)理:粉煤灰等量替代水泥相當(dāng)于減少了膠凝體系中的水泥用量和參與早期水化的水泥熟料,故提供早期強(qiáng)度水化產(chǎn)物不足。另外隨著時(shí)間的推移粉煤灰開始發(fā)揮“火山灰”效應(yīng),即粉煤灰中的Al2O3及活性SiO2能夠與水化反應(yīng)生成的Ca(OH)2反應(yīng)生成大量水硬性物質(zhì),從而使得后期抗壓強(qiáng)度提高。將礦粉摻入混凝土中具有微集料、火山灰效應(yīng)和潛在水硬性,礦粉與能夠改善漿體的孔結(jié)構(gòu),增大水泥石與骨料界面間的黏結(jié)強(qiáng)度提高,在低水膠比情況下?lián)饺霚p水劑能夠配制出強(qiáng)度和抗侵蝕性較好的混凝土。

3 結(jié) 論

1)單摻條件下,摻粉煤灰組相較于基準(zhǔn)對(duì)照組的抗壓強(qiáng)度有所降低,但摻粉煤灰組與基準(zhǔn)對(duì)照組之間的強(qiáng)度差異隨著齡期的延長(zhǎng)不斷減小,摻量越高混凝土早齡期抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)越慢,后期強(qiáng)度增長(zhǎng)越快;摻礦粉組與基準(zhǔn)對(duì)照組相比其強(qiáng)度有所降低,且強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律與摻粉煤灰組具有較好一致性。復(fù)摻條件下,隨總摻量的提高試件抗壓強(qiáng)度均逐漸減小,改變摻配比例,試件抗壓強(qiáng)度也隨著粉煤灰相對(duì)摻量的提高不斷下降,而90d強(qiáng)度則呈現(xiàn)出上升趨勢(shì),礦粉與粉煤灰復(fù)摻能夠促進(jìn)混凝土早期及后期強(qiáng)度的提升。

2)單摻條件下,水工混凝土摻粉煤灰或礦粉均可以在一定程度上改善其抗氯離子滲透性能,且齡期的影響更加顯著。隨著齡期的延長(zhǎng)粉煤灰逐漸發(fā)揮火山灰效應(yīng),使混凝土內(nèi)部密實(shí)度逐漸提高,相應(yīng)的抗氯離子侵蝕性也不斷增強(qiáng)。經(jīng)對(duì)比分析發(fā)現(xiàn),摻量<30%時(shí),摻粉煤灰組相較于摻礦粉組的抗侵蝕性能較優(yōu);摻量達(dá)到50%時(shí),摻礦粉組相較于摻粉煤灰組的抗氯離子侵蝕性能較優(yōu)。復(fù)摻條件下,隨總摻量的增加試件抗?jié)B透性逐漸增強(qiáng),并且氯離子擴(kuò)散系數(shù)隨著齡期的延長(zhǎng)呈減小趨勢(shì)。改變摻配比例,試件抗氯離子滲透性能隨著粉煤灰相對(duì)摻量的增加逐漸降低。