不同摻合料對海工硅酸鹽水泥氯離子擴散系數的影響

朱運鋒 韋慶鳳 陳柳鋒 覃金鳳 江英

【摘 要】文章主要研究了礦渣粉、粉煤灰及硅灰對海工硅酸鹽水泥抗氯離子擴散系數的影響。所用熟料、礦渣粉、粉煤灰、硅灰等摻合料均經過分別粉磨處理，試驗樣均按設定比例摻入后均勻混合得到。研究發現，隨著礦渣粉或粉煤灰摻入量的增加，水泥氯離子擴散系數呈現線性下降的趨勢。用小量的硅灰取代礦粉或粉煤灰，可以有效地降低氯離子擴散系數，并提高水泥強度。

【關鍵詞】氯離子擴散系數；硅灰；礦渣粉；粉煤灰

【中圖分類號】TU528 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2016）02-0108-03

0 引言

中國既是一個陸地大國，又是一個海洋大國，有1.8萬km海岸線，擁有眾多沿海島嶼，海洋資源豐富，開拓海洋經濟和保衛海疆已成為當今國家的重要戰略。戰略的實施，需要大量抗海水腐蝕的水泥用于構建海洋工程和沿海能源基礎設施。對于海洋工程或氯鹽環境等混凝土結構，氯離子侵蝕是引發鋼筋銹蝕的首要因素，對混凝土結構的耐久性構成了嚴重的危害。因此，需要使用海工硅酸鹽水泥（海工硅酸鹽水泥是以硅酸鹽水泥熟料和適量天然石膏、礦渣粉、粉煤灰、硅灰粉磨制成的具有較強抗海水侵蝕性能的水硬性膠凝材料，代號P.O.P），制備密實、抗氯離子滲透性良好的混凝土。

水泥是混凝土基本膠凝材料，也是氯離子擴散傳輸的途徑。水泥的組分不同，其抗氯離子的侵蝕能力則不同。在混凝土砂石骨料緊密堆積的情況下，控制和改善離子在水泥膠凝材料中的傳輸，是改善混凝土耐久性的基本途徑[1]。唐呂平[2]等專家通過對普通波特蘭水泥凈漿和砂漿的氯離子固化能力和等溫固化吸附研究認為，氯離子在普通波特蘭水泥凈漿與砂漿中的固化能力主要取決于C-S-Hgel，而與水灰比和骨料特性無關。水泥漿體及其與骨料間界面過渡區是氯離子在混凝土中的主要傳輸通道，混凝土鋼筋銹蝕很大程度上取決于氯離子在水泥石中的傳輸速率，因此研究確定水泥石氯離子擴散性尤為重要。

研究表明，水泥品種對氯離子擴散性的影響在一定程度上超過水灰比的影響，同時認為礦渣或粉煤灰水泥比普通硅酸鹽水泥能更有效地限制氯離子擴散。近年來的相關研究也證實礦粉、粉煤灰、硅灰多元復摻，水泥抗氯離子擴散系數性能優于單摻混合材水泥[3]。本文以不同摻量的摻合料配制海工硅酸鹽水泥，研究利用物料間的活性協同作用、火山灰效應、微細填充效應對水泥抗氯離子滲透性的影響。

1 試驗原料和檢測方法

1.1 試驗用原材料

試驗用原材料（除硅灰）均取自廣西魚峰水泥股份有限公司，混合材經烘干后分別按相應比表面積打小磨制成。試驗過程中的配比均由單個樣品按規定比例混合攪勻制成。原材料檢驗結果見表1、表2。

1.2 檢測方法

1.2.1 水泥物理力學性能試驗方法

水泥物理力學性能試驗方法如下：《水泥標準稠度用水量、凝結時間、安定性檢驗方法（GB/T 1346—2011）》；《水泥細度檢驗方法篩析法（GB/T 1345—2005）》；《水泥膠砂強度檢驗方法（GB/T 17671—1999）》；《水泥比表面積測定方法勃氏法（GB/T 8074—2008）》。

1.2.2 水泥氯離子擴散系數測定

測定方法如下： 《水泥氯離子擴散系數方法（JC/T 1086—2008）》。

2 水泥中混合材料復摻對水泥性能的影響

2.1 礦粉試驗方法及結果

礦粉摻入試驗是將礦粉摻入量由30%逐步增加至60%，隨著礦粉摻量的增加，水泥的3 d及28 d抗壓強度均呈現下降的趨勢。當用5%的硅灰取代5%的礦粉時，水泥的抗壓強度有所上升。由表3可知，隨著礦粉摻量的增加，水泥的抗氯離子擴散系數呈現下降的趨勢，當用5%的硅灰取代5%的礦粉時，水泥的抗氯離子擴散系數進一步下降，說明采用部分硅灰替代礦粉摻入水泥時，可以提高水泥強度，但同時會降低水泥氯離子的擴散系數。

2.2 粉煤灰試驗

粉煤灰摻入試驗是將粉煤灰摻入量由10%逐步增加至40%。隨著粉煤灰摻量的增加，水泥的3 d及28 d抗壓強度均呈線性下降的趨勢，用5%的硅灰取代5%的粉煤灰時，水泥的3 d及28 d強度均有提高，特別是28 d抗壓強度提高較大。由表4可知，隨著粉煤灰摻量的增加，水泥的抗氯離子擴散系數呈現下降的趨勢，當熟料摻量達到50%時，用5%的硅灰取代5%的粉煤灰時，水泥擴散系數有較大幅度的下降。

2.3 復摻量試驗

水泥摻合料增加會提高抗氯離子滲透性，但是會降低水泥的抗壓強度。經綜合考慮后，復摻試驗的熟料摻量定為40%（見表5）。

在熟料摻量為40%，硅灰摻量為5%的前提下，礦粉與粉煤灰復摻條件下，隨著礦粉摻量的增加、粉煤灰摻量的減少，水泥的3 d及28 d抗壓強度呈現上升的趨勢，水泥的氯離子擴散系數較低（如圖1所示），控制在（0.85～1.0）×10-12。

在綜合考慮水泥氯離子擴散系數與水泥強度的關系后，我們最終選擇了在大磨上生產P.O.P42.5海工硅酸鹽水泥的最佳配比是Y6，即摻礦粉為45%，粉煤灰為10%，硅灰為5%。

3 結論

水泥中摻入礦粉可以降低氯離子擴散系數，且隨著礦粉摻量的增加，氯離子擴散系數降低，同時水泥強度會隨著礦粉摻量的增加持續下降。摻用粉煤灰時，水泥氯離子擴散系數隨著粉煤灰摻量的增加，呈現線性下降的趨勢，但水泥強度也呈現線性下降的趨勢。用少量的硅灰替代礦粉和粉煤灰，可以有效地降低水泥氯離子擴散系數，并提高水泥強度。在水泥中等量摻入礦粉和粉煤灰時，粉煤灰降低氯離子擴散系數的能力更好，但同時比礦粉降低水泥強度更明顯。在綜合考慮水泥強度和水泥氯離子滲透性的關系后，本次試驗得出了廣西魚峰水泥股份有限公司大磨生產P.O.P42.5水泥的最佳配比為熟料摻量：40%，礦粉：45%，粉煤灰：10%，硅灰：5%。

參 考 文 獻

[1]王棟民，左顏峰，歐陽世翕.氯離子在摻不同礦物質摻合料高性能混凝土中擴散性能[J].硅酸鹽學報，2004，32（7）：858-861.

[2]LuPing Tang and Lars，Olof Nilsson.Chloride Blen-ding Capacityof and Binding Iso them of OPC Paste sand Mortars[J].Cement and Conerete Research，1993（23）：247-253.

[3]施惠生，王瓊.海洋高性能混凝土用復合膠凝材料的試驗研究[J].水泥，2003（9）：1-5.

[責任編輯：陳澤琦]