鹽凍環境下雙摻粉煤灰礦粉的聚合物改性混凝土性能研究

李仲玉 李奧然 馬小雨

（河北建筑筑工程學院，河北 張家口 075000）

近年來，由于北方地區公路、橋涵、隧道中冬季除冰鹽的大量使用，混凝土的抗鹽凍性能受到了越來越多的關注。針對鹽凍后混凝土的力學性能，已經有大量的研究成果，楊全兵[1]等研究了礦物摻合料混凝土，以及其28 天抗鹽凍性能。沙學成、張士萍[2]等研究摻合料合料對混凝土的氯離子剝蝕破壞能力。而對于環氧樹脂混凝土抗凍性，張影、申力濤[3]等也有相關的研究，研究表明摻有聚合物混凝土比一般摻有引氣劑的混凝土抗凍性能更為優異。黃志強，張二芹[4]也研究了聚合物改性水泥混凝土的力學性能及耐久性，表明聚合物改性混凝土抗壓、抗折、抗凍、抗碳化等性能也很優異。本文在前人研究基礎上采用雙摻粉煤灰礦粉摻入聚合物改性混凝土中進行試驗。從鹽凍作用后混凝土的剝落與質量損失規律出發，分析鹽凍后雙摻粉煤灰礦粉摻入聚合物改性混凝土的強度及電通量變化情況。

1 試驗概況

1.1 試樣制作

本試驗采用高強度混凝土其中水泥為42.5 級的普通硅酸鹽水泥；水為自來水；細骨料選用天然砂,中砂：細度模數為2.67；粗骨料為最大粒徑不超過20mm 的碎石；減水劑為聚羧酸高效減水劑；礦粉：流動度比為102%；粉煤灰：平均粒徑0.1 ～0.12mm；水性環氧樹脂乳液，固含量為50%；固化劑，固含量為49%-51%；本試驗所用混凝土配合比見表1。

表1 雙摻粉煤灰礦粉聚合物改性混凝土配合比表(kg/m3)

1.2 試驗內容、試驗設備及方法

本次試驗選用直徑100mm×50mm 圓形試塊進行抗壓強度、電通量試驗。鹽凍采用3%氯化鈉溶液進行，凍融循環溫度區間為5℃到-18℃之間。

2 鹽凍后混凝土表觀特征

2.1 鹽凍后試件的表觀特征及表面完整度

混凝土試塊在鹽凍作用后會發生一系列表觀變化，這些變化可從鹽凍后混凝土試件表面完整度來體現。

表1 鹽凍雙摻粉煤灰礦粉的聚合物改性混凝土表觀描述

2.2 鹽凍后混凝土的質量變化

表2 不同鹽凍次數下混凝土累計質量損失率

各階段相對質量損失率如表2 所示，相對平均損失率如圖1 所示。分析可得：

(1)最初25 次鹽凍階段，混凝土平均相對質量損失率最小，為0.10%；

(2)最后25 次鹽凍階段，混凝土平均相對質量損失率最大，為0.42%；

(3)隨著凍融次數的不斷增加，混凝土平均質量損失率也在增加。

圖1 混凝土相對質量損失率變化圖

3 鹽凍后混凝土的力學性能及耐久性能分析

3.1 混凝土抗壓強度

表3 雙摻粉煤灰礦粉聚合物改性混凝土與普通混凝土不同鹽凍次數下的抗壓強度值及強度下降幅度

從上表可以看出，鹽凍前100 次混凝土的抗壓強度下降幅度很大，強度下降速度很快。普通混凝土在鹽凍150 次之后強度已損失接近70%，而雙摻粉煤灰礦粉的聚合物改性混凝土抗壓強度在鹽凍200 次之后仍有一定強度。通過強度對比也能說明雙摻粉煤灰礦粉的聚合物改性混凝土的抗氯鹽侵蝕及抗凍性能要優于普通C30 混凝土。

3.2 電通量變化

圖2 為鹽凍后混凝土電通量變化曲線圖。

圖2 鹽凍后雙摻粉煤灰礦粉的聚合物改性混凝土電通量變化圖

從圖中看出，電通量大小隨凍融次數的增加其變化趨勢為先上升后下降。這主要是因為聚合物在鹽凍時起到了一定作用，由于聚合物依附在混凝土各種集料表面并未反應充分，在混凝土的表面形成一層保護膜，而且隨著鹽凍的前期的進行這種效果逐漸增強。后期由于凍融循環的作用使得內部出現孔隙甚至裂縫，這種效果才迅速降低。

4 鹽凍后混凝土各項指標變化分析

就力學性能而言，鹽凍前100 次混凝土的抗壓強度下降幅度很大，下降速度也很快。氯離子侵蝕作用以及凍融循環作用的耦合使混凝土強度迅速下降，內部結構逐漸毛細化，這進一步加重了氯離子的侵蝕作用，使氯離子的侵蝕由擴散作用逐漸變成了毛細吸收作用，同時鹽凍使得毛細孔隙朝著增多、增大、相互擴展的方向發展，混凝土結構逐漸失去了結構承載作用。

總體而言，雙摻粉煤灰礦粉的聚合物改性混凝土抗壓強度優于普通C30 混凝土原因是兩種摻合料添加了礦物摻合料的混凝土內部孔隙率變小，密實度提高，進而抵抗了氯離子向混凝土內部的擴散，礦物摻合料可以和水泥水化產物反應生成水化硅酸鈣凝膠，這些凝膠多生成于水泥水化的[3]C-S-H 凝膠孔隙之中，大大提高了結構密實度，而且也提高混凝土對氯離子的物理吸附和化學結合能力。

從電通量隨著鹽凍次數的增大后減小的角度也能得到氯離子侵蝕作用以及凍融循環作用的耦合作用機理。首先在鹽凍初期，混凝土內部的凍融毛細孔隙很少或者發展不充分，無法為氯離子的侵蝕形成有效的通道，同時鹽凍中使用的鹽溶液與電通量實驗中使用的鹽溶液濃度相同，氯離子的擴散作用就不再增大，所以電通量會逐漸降低；隨著凍融次數的逐漸增加，當到達某一次數后，內部凍融毛細孔隙已經得到充分的發展，為氯離子的侵蝕提供了通道。并且氯離子侵蝕以及凍融循環的耦合作用是相互促進的，使得后期電通量數值增長迅速。

(4)鹽凍后混凝土的表觀特征也能從側面說明鹽凍的侵蝕作用。鹽凍剛開始時混凝土的質量損失很小，氯離子的侵蝕只是存在于表面，僅僅只是向內部擴散作用；當鹽凍達到某一次數后，內部凍融毛細孔隙形成，氯離子的侵蝕由擴散變成毛細吸收，大大加重了對混凝土的侵蝕，使得混凝土的質量損失變大。

5 結語

(1)隨著鹽凍次數增加，雙摻粉煤灰礦粉的聚合物改性混凝土抗壓強度逐漸降低，彈性模量總體上逐漸減小且與鹽凍次數呈線性分布；電通量的變化趨勢為先減小后增加，沒有明顯線性關系。

(2)從鹽凍次數、電通量、回彈模量及質量損失等角度來看，雙摻粉煤灰礦粉的聚合物改性混凝土的各項性能都較為優異。

(3)聚合物改性混凝土電通量值隨鹽凍次數增加先減小后增大，普通混凝土電通量值隨鹽凍次數逐漸增加。