礦物摻合料對混凝土抗氯離子滲透性能的影響綜述

劉芳芳 王 磊 劉道寬 趙燕茹

（內蒙古工業大學 土木工程學院， 內蒙古 呼和浩特 010051）

0 引言

混凝土是當今主要的建筑工程材料之一，眾多混凝土結構工程向海洋環境發展，使氯離子侵蝕問題成為當前混凝土耐久性研究的熱點之一[1,2]。近年來混凝土抗氯離子滲透性能的研究基本上集中于化學外加劑及礦物摻合料的應用。

1 氯離子在混凝土中的傳輸機理

氯離子在混凝土中的輸運過程實質上是帶電粒子在多孔介質的孔隙液中傳質的過程。對應于粒子傳質過程中所發生的基礎物理化學過程包括：擴散，對流，綁定和電遷移等[1]。

2 礦物摻合料對混凝土抗氯離子滲透性能的影響

礦物摻合料表面能高，對水泥顆粒的孔隙有微觀填充作用，且具有化學活性，因此可以改善普通混凝土的諸多材料性能，其中常用于增強混凝土抗滲性能的礦物摻合料有粉煤灰、礦渣以及硅灰。

2.1 單摻粉煤灰

摻入粉煤灰的混凝土抗滲性明顯提高，可以有效阻礙氯離子向混凝土內部傳輸。抗滲性提高的主要原因在于：①水化后形成的 C-S-H凝膠可有效堵塞擴散通道；②陽離子（Ca2+、Al3+、Si4+等）濃度提高，可發揮限制腐蝕性陰離子（Cl—等）的移動能力；③微集料效應使硬化水泥石內的孔隙結構更加復雜，不利于粒子移動[1,2]。

林旭健等[3]研究表明：摻加粉煤灰后，混凝土試塊中通過的總電量顯著降低，混凝土的抗鋼筋銹蝕性能提高。羅伯光等[4]研究表明：在再生混凝土中摻入粉煤灰可提高再生混凝土的抗氯離子滲透性能，而且降低了氯離子滲透系數；礦物摻合料提高再生混凝土抗氯離子滲透性能隨著水灰比的增加效果越明顯。Jitendra等[5]研究摻粉煤灰的漿體在不同氯離子濃度侵蝕液侵蝕下的氯離子結合性能，發現粉煤灰的摻入會增加漿體的氯離子結合量，從而提高了混凝土的抗氯離子滲透性能。

2.2 單摻高爐礦渣

大摻量礦渣與 Ca(OH)2起火山灰反應,生成強度更高、穩定性更好的低堿度C-S-H,同時消耗結晶粗大定向排列的 Ca(OH)2,改善界面結構;生成產物將填塞混凝土孔隙,使孔結構細化,密實性提高,進一步提高混凝土的抗氯離子滲透性能[1,2]。

何富強等[6]研究表明：在混凝土中摻入礦渣能顯著的降低混凝土的6h電通量、初始電流以及氯離子滲透深度。余紅發等[7]研究表明：當固定水灰比和膠凝材料用量時，隨著礦渣摻量的增加，混凝土對氯離子的結合能力先增加后降低；當礦渣摻量為40%時，混凝土的總結合能力最大。Tarek等[8]研究表明：當混凝土結構處于氯離子環境中時，使用礦渣水泥能夠使表層混凝土以及混凝土中的過渡區變得密實，從而提高混凝土的抗氯離子侵蝕能力。

2.3 單摻硅灰

在混凝土中摻入硅灰可使水化物中Ca/Si減小，水化物能與氯離子結合，使混凝土抗氯離子侵入能力提高。同時使骨料周圍充滿致密的無定形的C-S-H相，從而使粗骨料與水泥石間的界面過渡區得到明顯改善，進而提高混凝土的抗氯離子滲透性能[1,2]。

袁銀峰等[9]試驗表明：在水灰比以及膠凝材料總量都保持不變時，隨硅灰摻量的升高，混凝土對氯離子的結合能力有逐漸降低的趨勢，且與硅灰摻量線性相關。羅伯光等[4]研究表明：單摻礦渣、粉煤灰、硅灰對再生混凝土的抗氯離子滲透性能都有不同程度的提高，其中以硅灰效果最好，其次為粉煤灰，再者為礦渣。Mohammad等[10]通過研究發現無論水灰比為何值時，在硅灰替代比由0增加到7.5%的混凝土中的氯離子擴散率都顯著降低，而且在7.5%時基本上達到最小值。

3 結語

伴隨著混凝土結構的耐久性問題得到越來越廣泛的關注,未來需要進一步研究的內容有：其他類型礦物摻合料摻入混凝土中對混凝土抗滲性能的影響；不同礦物摻合料摻到混凝土中對混凝土抗滲性能提高的最經濟實用的最優比例；能提高混凝土抗滲透性能的其它外加劑或方法的研究。

[1]金偉良,趙羽習. 混凝土結構耐久性 [M].北京: 科學出版社, 2014.

[2][美]P·庫馬爾·梅塔 保羅·J·M·蒙蒂羅.混凝土微觀結構、性能和材料 [M].北京: 中國建筑工業出版社, 2016.

[3]林旭健,張生營,季韜. 粉煤灰混凝土抗氯離子滲透及抗鋼筋銹蝕性能[J]. 建筑材料學報,2006,(02):216-220.

[4]羅伯光,覃荷瑛. 礦物摻和料對再生混凝土抗氯離子滲透性能的影響研究[J].公路工程,2014,39(05):114-118.

[5]Jain J A, Neithalath N. Chloride transport in fly ash and glass powder modified concretes – Influence of test methods on microstructure[J]. Cement & Concrete Composites, 2010, 32(2):148–156.

[6]何富強,元強,鄭克仁,劉運華,鄒慶焱. 摻礦物摻合料混凝土 ASTM C1202測試指標的相關性[J]. 東南大學學報(自然科學版),2006,(S2):105-109

[7]余紅發,翁智財,孫偉,陳浩宇,張金花. 礦渣摻量對混凝土氯離子結合能力的影響[J]. 硅酸鹽學報,2007,(06):801-806

[8]Tarek U M, Hidenori H, Toru Y. Concrete after 30 years of exposure-part I: mineralogy,microstructures, and interfaces [ J] . ACI Materials Journal, 2004, 101 ( 1) : 3- 12

[9]袁銀峰,麻海燕,余紅發,翁智財,達波,肖衛,麻海艦,吳雅玲. 硅灰摻量對混凝土氯離子結合能力的影響[J]. 硅酸鹽通報,2014,33(09):2320-2325.

[10]Mohammad S，Alireza R，Hamed L． Long-term chloride diffusion in silica fume concrete in harsh marine climates[J].Cement and Concrete Composites，2009，31( 10) :769-775．