摻合料礦粉對(duì)于道路高性能混凝土耐腐蝕性的影響研究

周子凱

（徐州工程學(xué)院，江蘇 徐州 221000）

0 引言

所謂的高性能混凝土就是具有優(yōu)異耐久性的混凝土，其主要的特點(diǎn)就是具有高強(qiáng)度、高抗?jié)B性、高工作性能和高體積穩(wěn)定性[1]。以前一般認(rèn)為混凝土只是一種依靠經(jīng)驗(yàn)配制的建筑材料。從原材料的選擇與配制工藝到施工應(yīng)用都是比較簡單的。但是從20世紀(jì)70年代末期開始，混凝土技術(shù)已經(jīng)有了很大程度的進(jìn)展，混凝土所達(dá)到的強(qiáng)度也已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了實(shí)際所要求的范圍。在原料方面，采用礦渣、粉煤灰、硅粉以及天然沸石制造的超細(xì)粉末等，對(duì)于改善與提高混凝土的性能都起著很重要的作用，也已經(jīng)成為高性能混凝土不可或缺的組分。而礦粉和粉煤灰是目前最常用的兩種礦物摻合料。

高性能混凝土的耐腐蝕性也已成為目前研究的熱點(diǎn)問題。而高性能混凝土在配制上應(yīng)當(dāng)具有低水灰比，選用的原材料優(yōu)質(zhì)，并且除了水泥、水和集料以外，必須摻入適量的磨細(xì)礦物摻合料和高性能的外加劑。選用合適的礦物摻合料既能夠彌補(bǔ)普通硅酸鹽水泥混凝土在耐腐蝕性方面的不足，同時(shí)也能夠?yàn)閷?shí)際工程提供重要的理論基礎(chǔ)。

1 摻礦粉對(duì)于道路高性能混凝土的抗硫酸鹽腐蝕性能

1.1 國內(nèi)高性能混凝土的耐腐蝕性能研究

礦粉即為礦渣微粉，是熔融高爐礦渣經(jīng)過水、冷空氣急冷而形成的一種小顆粒狀礦渣，用水急冷的礦渣又稱為“水淬礦渣”或者“水渣”。而這種水渣又可以根據(jù)其成分分為酸性礦渣和堿性礦渣兩種，其中堿性礦渣的活性要優(yōu)于酸性礦渣。在礦渣當(dāng)中具有活性的主要成分是Al2O3，這種物質(zhì)的含量越高，則礦渣的活性也就會(huì)越高。急冷礦渣因具有玻璃質(zhì)結(jié)構(gòu)而具有較高的活性，故而成為常用的水泥混合材料，有時(shí)候也可以被當(dāng)做混凝土摻合料來使用。

由于傳統(tǒng)的礦渣水泥中，礦渣和水泥熟料的硬度之間存在差異并且其對(duì)細(xì)度的要求也有所不同，從而帶來了一些能耗的浪費(fèi)和容易泌水的弊病。然而，將礦渣按照需要的細(xì)度粉磨并以礦渣微粉的形式直接摻入到混凝土攪拌機(jī)中，從而制成的礦粉混凝土，不但能夠降低能耗還能夠?qū)⒐I(yè)廢料進(jìn)行二次利用。

吳中偉[2]認(rèn)為粒徑大于45μm的礦粉顆粒很難參與水化反應(yīng)，因此用于高性能混凝土中的礦渣粉要磨至比表面積4000cm2/g，才能夠比較充分地發(fā)揮其活性、減少泌水性，但磨細(xì)礦渣的比表面積也不宜過細(xì)，而應(yīng)當(dāng)綜合考慮其利弊。用于大體積混凝土的時(shí)候，礦粉的比表面積不宜超過5000 cm2/g，超過5000 cm2/g的礦粉適宜與水膠比不是很低的情況（例如，不低于0.30）。非大體積混凝土和需水量比較低的粉煤灰復(fù)合使用的時(shí)候，上述問題便可以得到一定緩解，礦粉摻量如果超過70%時(shí)，自收縮減小，水化熱也可以得到降低。

馮乃謙[3]等人研究了超細(xì)礦粉對(duì)于混凝土流動(dòng)性的影響，并認(rèn)為超細(xì)礦粉的作用可以分為填充作用以及填充加分散的作用，而超細(xì)礦粉的這兩種作用影響了對(duì)水泥漿體的流動(dòng)性并且還可以改善硬化體的顯微結(jié)構(gòu)和性能。

而梁松等人經(jīng)過試驗(yàn)研究指出，普通磨細(xì)礦粉只有在摻量大于65%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）時(shí)，才能提高混凝土的抗硫酸鹽腐蝕能力。

1.2 國外高性能混凝土的耐腐蝕性能研究

隨著制造工藝的發(fā)展，國外大多采用的是先分別將水泥熟料和礦渣粉磨，然后再混合拌合的生產(chǎn)工藝，這種工藝不僅降低了生產(chǎn)當(dāng)中的能耗而且還可以將不同的物料分別控制在其最佳的粒徑范圍內(nèi)，與此同時(shí)，礦粉也可以直接作為混凝土的摻合料來使用，從而大大提高了礦渣的利用價(jià)值。

對(duì)于礦渣水泥的抗侵蝕實(shí)驗(yàn)結(jié)果，M.Regourd已經(jīng)指出，礦粉摻量高的水泥具有較好的耐腐蝕性能。對(duì)于C3S、CAS2、C2AS組成的玻璃質(zhì)混合材料所制成的水泥，其抗腐蝕性能以及其腐蝕機(jī)理目前還沒有進(jìn)行更深入的研究。

Hooton和Emery指出，波特蘭-礦粉混合水泥混凝土試樣暴露十年的腐蝕結(jié)果[4]，他們采用的是加拿大的粉磨?；V渣，這種礦渣的鋁含量特別低（8-9%Al2O3），故而用45%的粉磨?；V渣來替代高C3A（12.3%）水泥，其抗硫酸鹽腐蝕性能就能夠達(dá)到或者超過ASTM-5型水泥 （抗硫酸鹽波特蘭水泥）。而實(shí)際上，當(dāng)水泥中的礦渣摻量達(dá)到42%～72%的時(shí)候，混凝土構(gòu)筑物在濃度為3000mg/l的硫酸鈉或者硫酸鎂溶液中，腐蝕10.5年后也不會(huì)出現(xiàn)任何破壞現(xiàn)象。與此相反的是，采用C3A含量為3.5～12.3%的水泥配制的所有混凝土均出現(xiàn)了不同程度的腐蝕破壞。而礦渣摻量超50%的波特蘭-礦渣水泥，其抗硫酸鹽腐蝕性能的提高可以歸因于混凝土滲透性的降低，而不是其稀釋作用。

R.P.Khatr[5]等分別對(duì)普通硅酸鹽水泥混凝土和摻礦粉、硅灰的混凝土抗?jié)B性進(jìn)行了對(duì)比，研究表明摻入礦粉的混凝土其抗?jié)B性能得到了明顯地改善。S.wild等的研究顯示，超細(xì)礦粉能夠抑制混凝土的堿骨料反應(yīng)并且提高其抗硫酸鹽腐蝕的能力。

Osborne對(duì)波特蘭-礦渣水泥混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性能進(jìn)行了研究，其研究結(jié)果指出，用鋁含量小于14%的粉磨粒化礦渣以70%的摻量來等量替代，并與高C3A（9-12%）含量的水泥混合，其抗硫酸鹽腐蝕性能與英國的ASTM-5型水泥一樣好。他強(qiáng)調(diào)了混凝土浸入腐蝕性硫酸鹽以前養(yǎng)護(hù)制度的重要性。在他的研究中最有意義的發(fā)現(xiàn)是，在溫度為20℃、相對(duì)濕度為65%的空氣中養(yǎng)護(hù)具有良好的效果。

Hill在其研究中指出，礦渣摻量為65%的混凝土具有優(yōu)異的抗硫酸鎂和硫酸鈣腐蝕的能力；Mangat和Khatib指出，礦粉的合理摻量應(yīng)當(dāng)在80%以上，這種摻量才能夠提高混凝土抗復(fù)合腐蝕（硫酸鈉+硫酸鎂）的能力；Cao在其試驗(yàn)中指出，80%的礦粉摻量提高了混凝土抗硫酸鹽腐蝕的性能，但是在pH值為7或者3的情況下，摻入40%、60%的礦粉反而會(huì)降低混凝土的抗硫酸鹽腐蝕性能。Omar卻指出，摻入60～70%的礦粉降低了砂漿的抗復(fù)合硫酸鹽腐蝕的能力，造成這種現(xiàn)象的原因可能與其高水灰比有關(guān)（W/C=0.5）。很明顯，大摻量礦粉能夠提高混凝土的抗硫酸鹽性能。

2 結(jié)束語

綜上所述，由于礦物摻合料的加入，使得混凝土的堿度降低，有可能會(huì)造成混凝土構(gòu)筑物中的鋼筋發(fā)生銹蝕，但是它們卻能夠提高混凝土的抗化學(xué)侵蝕能力。在非大體積混凝土和需水量比較低的粉煤灰復(fù)合使用的時(shí)候，鋼筋銹蝕問題便可以得到一定緩解，礦粉摻量如果超過70%時(shí)，自收縮減小，水化熱也可以得到降低。與此同時(shí)，礦粉也可以直接作為混凝土的摻合料來使用，大摻量礦粉能夠提高混凝土的抗硫酸鹽性能。

［1］吳寅,關(guān)萍.影響高性能混凝土強(qiáng)度的因素研究[J].新型建筑材料,2005,07:1-5.

［2］吳中偉.論水泥混凝土耐久性研究的思路與方法[J].混凝土世界,2011,02:26-27.

［3］索黙H.高性能混凝土的耐久性[M].馮乃謙,等譯.北京:科學(xué)出版社,1998.

［4］吳寅,尚曉琳,關(guān)萍.摻礦渣摻合料和粉煤灰高強(qiáng)度混凝土強(qiáng)度和可泵性的研究[J].大連大學(xué)學(xué)報(bào),2003,24(6):23-39.

［5］Bapat Jayant D.Mineral admixtures in cement and concrete[M].CRC Press,2012.