礦物摻合料對混凝土早期強度及抗氯離子滲透能力的影響

李元白　李苗浩夫　李迎

摘要 按照C40、C60的抗壓強度要求設計不同配合比的混凝土，在標準實驗條件下測定其28天后的抗壓強度并利用氯離子擴散系數(shù)快速測定法（RCM法）測定28天后不同配合比的混凝土Cl^-滲透系數(shù)，分析礦物摻合料類別和摻量對混凝土抗壓強度和cr滲透系數(shù)的影響，研究結果表明：在相同的膠凝材料體系下，礦物摻合料會降低混凝土早期抗壓強度，且對粉煤灰更加敏感。礦物摻合料能夠提高混凝土的抗氯離子滲透能力，單摻礦粉、混摻礦粉粉煤灰（1：1）相比單摻粉煤灰對混凝土抗氯離子滲透能力提高較多。

關鍵詞 氯離子滲透系數(shù)；早期抗壓強度；RCM法；礦物摻合料

中圖分類號 TM7 文獻標識碼 A 文章編號2095—6363（2016）04—0025—02

隨著混凝土在現(xiàn)代工程建筑中廣泛的應用，人們經(jīng)過大量的實踐發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)混凝土的耐久性并沒有預想的那樣好。而重要的基礎設施，一般設計年限約為50100年，要求混凝土具有較好的耐久性才能達到設計要求。因此，研究混凝土的耐久性具有重要的意義。鋼筋混凝土耐久性的降低除自然災害或意外事故外，主要源于以下幾個方面或其復合作用：鋼筋腐蝕；混凝土碳化；凍融循壞；硫酸鹽的侵蝕；堿-骨料反應以及機械的磨損。其中鋼筋腐蝕是最主要的原因。鋼筋銹蝕的主要原因有碳化作用使得鋼筋表面局部環(huán)境的pH值降低，鋼筋鈍化膜破壞，對鋼筋不再起到保護作用；混凝土遭受氯離子侵蝕，鋼筋表面鈍化膜破壞，鋼筋銹蝕。其中，氯離子侵蝕是造成近現(xiàn)代混凝土橋梁等海洋工程破壞的主要原因。當混凝土中的氯鹽重量達混凝土重量的0.1%～0.2%時，就會發(fā)生破化性侵蝕，從而嚴重影響鋼筋混凝土結構耐久性和安全性。大量的工程實踐表明：在混凝土中摻入不同種類和不同比例的礦物摻合料可以改善混凝土的性能，提高混凝土的抗氯離子滲透能力。文章以工程建筑中常用的粉煤灰和礦粉兩種礦物摻合料對混凝土的早期抗壓強度和抗氯離子滲透性能的影響做了相關實驗和研究分析。

1實驗概況

1.1原材料

水泥采用鄭州天瑞水泥有限公司生產(chǎn)的P·042.5水泥；砂采用河砂、中砂，細度模數(shù)2.5；碎石直徑5mm～25ram；粉煤灰采用1I級粉煤灰；礦粉采用$95礦粉；減水劑采用高效減水劑，減水率20%。

1.2試驗方法

混凝土抗氯離子滲透系數(shù)實驗方法采用非穩(wěn)態(tài)氯離子遷移試驗方法（RCM法），抗壓強度采用GB501072010混凝土強度檢驗評定標準進行測定。前者根據(jù)試件中氯離子非穩(wěn)態(tài)快速遷移的擴散系數(shù)大小，定量評價混凝土抗氯離子滲透能力，后者根據(jù)28天齡期的混凝土試件在壓力機上測試破壞時單位面積的壓力，即極限抗壓強度的大小定量評價混凝土的抗壓強度。

2實驗分析

大量實驗表明，即使選用優(yōu)質的水泥、砂、石子，混凝土的抗氯離子滲透能力以及抗壓強度的提高也比較有限。因此，本文從礦物摻合料方面入手，探討提高混凝土的抗氯離子滲透能力以及抗壓強度的有效措施。

3配合比設計

在本實驗中，C40、C60的水膠比分別為0.38、0.31，分別代表普通、高強混凝土，采用不摻摻合料、單摻Ⅱ級粉煤灰30%、單摻$95礦粉30%、混摻粉煤灰15%+礦粉15%的方式摻加礦物摻合料。C40、CF40、CK40、CFK40及C60、CF60、CK60中的C、CF、CK、CFK分別代表不摻摻合料、單摻粉煤灰、單摻礦粉、混摻粉煤灰和礦粉，40、60分別代表設計強度為40MPa、60MPa。混凝土坍落度控制在50～150mm范圍內。采用實驗—計算法，經(jīng)過配合比的試配、調整，最終配制出性能良好的混凝土?；炷恋膶嶒炁浜媳纫姳?。

4結果及分析

4.1礦物摻合料對抗壓強度的影響

為了研究不同種類、不同摻量的礦物摻合料下混凝土早期力學性能的發(fā)展規(guī)律，對不同配合比的試件28天抗壓強度的測試結果進行分析，實驗結果見表2。

由表2可知，在相同的設計強度、水膠比下，混凝土28天的抗壓強度有如下關系：不摻摻合料>單摻礦粉30%>混摻粉煤灰15%十礦粉15%>單摻粉煤灰30%。其中，對于齡期為28天、設計強度等級為C40的混凝土，單摻粉煤灰30%、單摻礦粉30%、混摻粉煤灰15%+礦粉15%的強度分別下降22.1%、13.6%、19.8%；對于C60混凝土分別下降19.9%、16.9%、18.1%。由于粉煤灰、礦粉的加入，混凝土的早期強度呈減弱趨勢，并且對粉煤灰更加敏感。混凝土早期強度下降的主要原因是礦物摻合料的加入使水泥的用量減少，從而減少了C-S-H凝膠的生成量，而C-S-H凝膠為混凝土強度的主要來源。相對礦粉，混凝土早期強度對粉煤灰更加敏感的原因主要是粉煤灰在早期主要作為填充材料，包裹在C-S-H凝膠中，水化程度很低，而粉煤灰的活性物質被Ca（OH），激發(fā)是一個漫長的過程。礦粉中含有較多的CaO，可與水泥水化生成的Ca（OH），共同激發(fā)其活性玻璃體，反應較劇烈，并且其礦粉顆粒分散于水泥中，填充了水泥的間隙，使得水泥漿更加致密。

4.2礦物摻合料對氯離子滲透系數(shù)的影響

為了研究不同種類、不同摻量的礦物摻合料下混凝土抗氯離子性能，對不同配合比的試件28天氯離子擴散系數(shù)的測試結果進行分析，實驗結果見表3。

由表3可知，在相同的膠凝材料體系條件下，C40混凝土的Cl^-滲透系數(shù)的大小關系：不摻摻合料<單摻粉煤灰30%<單摻礦粉30%<混摻粉煤灰15%+礦粉15%；C60混凝土的c1滲透系數(shù)的大小關系：不摻摻合料<單摻粉煤灰30%<混摻粉煤灰15%+礦粉15%<單摻礦粉30%。礦物摻合料能提高混凝土的抗氯離子滲透能力，并且由于種類和用量的不同，提高的程度有所不同。對于C40混凝土，單摻粉煤灰30%、單摻礦粉30%、混摻粉煤灰15%+礦粉15%比不摻摻合料的Cl^-滲透系數(shù)分別減少8.2%、20.9%、26.9%；對于C60混凝土，單摻粉煤灰30%、單摻礦粉30%、混摻粉煤灰15%+礦粉15%比不摻摻合料的Cl^-滲透系數(shù)分別減少10.5%、44.8%、43.8%。在一定的礦物摻量下，單摻礦粉、混摻粉煤灰礦粉的氯離子擴散系數(shù)遠遠低于單摻粉煤灰，而且普通混凝土的氯離子擴散系數(shù)的降低程度低于高強混凝土。粉煤灰具有火山灰效應，能與水泥水化產(chǎn)物Ca（OH），反應，生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣，改善混凝土內的孔結構和骨料界面結構，使混凝土更加密實。同時，粉煤灰中的鐵相能降低氯離子的擴散速度，含粉煤灰水泥漿中的通道比基準水泥漿的更加曲折。而礦粉中CaO、MgO含量較高，且具有一定的膠凝性，不僅具有火山灰效應，還有較好的活性，能較早改善混凝土的孔結構，而且含礦粉的水泥漿的通道比基準水泥漿曲折，大大阻礙了氯離子的擴散速度。

5結論

在相同的膠凝體系下，單摻礦粉、混摻礦粉和粉煤灰比單摻粉煤對混凝土的早期強度的影響小，礦粉對混凝土的抗氯離子滲透能力的提高遠遠大于粉煤灰，單摻礦粉或混摻礦粉和粉煤灰的混凝土的氯離子擴散系數(shù)比單摻粉煤灰的低很多。