水灰比對(duì)硫鋁酸鹽水泥基混凝土耐久性能的影響

魏偉，龐婭娜

（1. 山東省建筑材料工業(yè)設(shè)計(jì)研究院，山東 濟(jì)南 250022；2. 山東易方達(dá)建設(shè)項(xiàng)目管理有限公司，山東 濟(jì)南 250000）

0 前言

硫鋁酸鹽水泥自誕生以來(lái)，以其早強(qiáng)、高強(qiáng)、高抗?jié)B、高抗凍、耐蝕、低堿度等特點(diǎn)在各種工程（如沿海大橋、搶修路面等）中得到廣泛應(yīng)用[1-4]，特別是在冬季施工、水工工程、修補(bǔ)工程等特殊工程中應(yīng)用，更發(fā)揮出了其優(yōu)良的性能。但是，目前硫鋁酸鹽水泥混凝土研究相對(duì)較少[5-6]。

本文研究了水灰比對(duì)硫鋁酸鹽水泥基混凝土耐久性能（抗凍性和抗碳化性）的影響，以便為硫鋁酸鹽水泥在工程中應(yīng)用提供一定的技術(shù)指導(dǎo)。

1 原材料與試驗(yàn)儀器

1.1 原材料

試驗(yàn)所用的主要原材料：硫鋁酸鹽水泥（R·SAC 42.5），山東淄博產(chǎn)；S95 級(jí)礦渣，山東濟(jì)南濟(jì)鋼產(chǎn)；Ⅱ級(jí)粉煤灰，山東濟(jì)南黃臺(tái)電廠產(chǎn)；砂，黃砂，細(xì)度模數(shù)為 2.6，含泥量 2.1%，為山東萊蕪產(chǎn)；石子，5～25mm 連續(xù)級(jí)配碎石，濟(jì)南章丘某石料廠產(chǎn)。硫鋁酸鹽水泥，礦渣，粉煤灰，化學(xué)成分見(jiàn)表 1。

1.2 試驗(yàn)儀器

混凝土攪拌機(jī)、混凝土振動(dòng)臺(tái)、抗壓強(qiáng)度試件試模、抗凍性試件試模、萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)壓力機(jī)、全自動(dòng)抗凍儀、全自動(dòng)抗碳化試驗(yàn)機(jī)等。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

本文主要研究了水灰比對(duì)硫鋁酸鹽水泥基混凝土的抗凍性和抗碳化性的影響。其混凝土配合比及初始坍落度見(jiàn)表 2 所示。

2.1 水灰比對(duì)硫鋁酸鹽水泥基混凝土抗凍性能的影響

表3 為水灰比對(duì)硫鋁酸鹽水泥基混凝土抗凍性能影響的試驗(yàn)結(jié)果。

從表 3 中可以看出：硫鋁酸鹽水泥基混凝土抗凍融循環(huán)次數(shù)隨著水灰比的增大，逐漸減少，即水灰比越大抗凍融循環(huán)次數(shù)越小，抗凍性能越差，如水灰比為 0.49的 1# 試樣 25 次就被凍壞，而水灰比為 0.33 的 4# 試樣抗凍融循環(huán)次數(shù)可達(dá) 100 次。從表 3 中還可以看出：隨著水灰比的增大，硫鋁酸鹽水泥基混凝土的相對(duì)動(dòng)彈性模量逐漸減小；而其質(zhì)量損失先增加后減少，但至試樣凍壞其質(zhì)量損失都不是很大。這是由于水灰比越大，混凝土中的大孔變多，小孔變少，結(jié)構(gòu)的均勻性變差，即內(nèi)部結(jié)構(gòu)致密性變差。因此，硫鋁酸鹽水泥基混凝土抗凍性隨著水灰比的增加逐漸降低。

表1 硫鋁酸鹽水泥、粉煤灰、礦渣的化學(xué)成分 wt.%

表2 不同水灰比的硫鋁酸鹽水泥基混凝土配合比和初始坍落度

表3 水灰比對(duì)混凝土抗凍性能的影響

2.2 水灰比對(duì)硫鋁酸鹽水泥基混凝土抗碳化性能的影響2.2.1 水灰比對(duì)硫鋁酸鹽水泥基混凝土碳化深度的影響

表4 和圖 1 是硫鋁酸鹽水泥基混凝土水灰比對(duì)碳化深度影響的試驗(yàn)結(jié)果。

表4 水灰比對(duì)混凝土碳化深度的影響

圖1 水灰比對(duì)混凝土碳化深度的影響

從表 4 和圖 1 可以看出：硫鋁酸鹽水泥基混凝土碳化深度隨著水灰比的減少而降低，隨著碳化時(shí)間的延長(zhǎng)而增大，即水灰比越小碳化深度越小，碳化時(shí)間越長(zhǎng)碳化深度越大，這與普通硅酸鹽水泥基混凝土水灰比對(duì)碳化深度的影響規(guī)律相同。這是因?yàn)樗冶仁怯绊懟炷羶?nèi)部結(jié)構(gòu)的重要因素，水灰比越大，混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的孔隙越多，連通孔越多，混凝土越不密實(shí)，CO2在其中就越易擴(kuò)散，因而碳化速度也就越快。

2.2.2 水灰比對(duì)硫鋁酸鹽水泥基混凝土碳化前后強(qiáng)度的影響

表5 和圖 2 為水灰比對(duì)硫鋁酸鹽水泥基混凝土碳化前后強(qiáng)度變化影響的試驗(yàn)結(jié)果。

表5 水灰比對(duì)混凝土碳化前后強(qiáng)度的影響

從表 5 和圖 2 可以看出：硫鋁酸鹽水泥基混凝土未碳化的強(qiáng)度，在相同水灰比下隨著養(yǎng)護(hù)齡期的延長(zhǎng)而增大，在相同養(yǎng)護(hù)齡期下隨著水灰比的減小而增大。從圖2 中還可以看出：硫鋁酸鹽水泥基混凝土碳化的強(qiáng)度，在相同養(yǎng)護(hù)齡期下隨著水灰比的減小而增大；而在相同水灰比下與碳化齡期關(guān)系復(fù)雜，當(dāng)水灰比為 0.49～0.38時(shí)，碳化后的強(qiáng)度低于未碳化的強(qiáng)度，特別是水灰比為0.49 的比效明顯，當(dāng)水灰比為 0.35～ 0.33 時(shí)，碳化后的強(qiáng)度高于未碳化的強(qiáng)度，這可能是造成水灰比對(duì)硫鋁酸鹽水泥基混凝土抗碳化性能影響的原因，即硫鋁酸鹽水泥基混凝土水灰比越低其抗碳化能力越高。

圖2 水灰比對(duì)混凝土碳化前后強(qiáng)度的影響

3 結(jié)論

（1）硫鋁酸鹽水泥基混凝土抗凍融循環(huán)次數(shù)隨著水灰比的增大，逐漸減少，即水灰比越大抗凍融循環(huán)次數(shù)越小，抗凍性能越差。

（2）硫鋁酸鹽水泥基混凝土碳化深度隨著水灰比的減少而降低，隨著碳化時(shí)間的延長(zhǎng)而增大。

（3）硫鋁酸鹽水泥基混凝土未碳化的強(qiáng)度，在相同水灰比下隨養(yǎng)護(hù)齡期的延長(zhǎng)而增大，在相同養(yǎng)護(hù)齡期下隨水灰比的減小而增大；硫鋁酸鹽水泥基混凝土碳化的強(qiáng)度，在相同養(yǎng)護(hù)齡期下隨著水灰比的減小而增大。