礦物摻合料對自密實混凝土耐久性的影響

蔡憲功

深圳市鑫盛源建設工程質量檢測有限公司，廣東 深圳 518055

礦物摻合料對自密實混凝土耐久性的影響

蔡憲功

深圳市鑫盛源建設工程質量檢測有限公司，廣東 深圳 518055

采用快速氯離子遷移法研究了礦物摻合料對自密實混凝土工作性能和氯離子擴散系數的影響，結果表明:對于單摻粉煤灰混凝土試件，氯離子擴散系數隨粉煤灰含量的提高先減少后增加，28天齡期時粉煤灰含量為30%的試件氯離子擴散系數最低，而90天齡期時粉煤灰含量為40%的試件氯離子擴散系數最低；對于單摻礦粉混凝土試件，氯離子擴散系數隨膠凝材料中礦粉含量的提高而降低，當礦粉含量由50%增加至60%時氯離子擴散系數降低的幅值并不明顯。引起氯離子擴散系數變化的主要原因是不同的養護齡期下，不同摻量的摻合料對膠凝材料的水化程度的影響也不同。

礦物摻合料；自密實混凝土；耐久性

隨著城鄉建設的日益發展，混凝土已經成為現代工程結構的主要材料，目前高性能混凝土以其良好的工作性能、較優的力學性能和突出的耐久性能，在各類建筑工程中得到了廣泛的應用，如公路工程、橋梁、高層建筑、海工工程、重要水工建筑物等。隨著建筑技術的不斷發展，各類工程在追求實用的同時，也在追求外部的美觀，從而對混凝土的質量提出了更高的要求，如有些結構因配筋密集、形體復雜、薄壁等導致振搗困難，容易帶來內部質量缺陷。而自密實混凝土的使用就可以解決這些問題。

自密實混凝土于20世紀80年代后期由日本首先發明并應用，其關鍵技術是通過摻加高效減水劑和礦物摻合料，在低水膠比條件下大幅度提高混凝土拌合物的流動性，同時保證混凝土拌合物具有良好的黏聚性和穩定性，防止泌水和離析。自密實混凝土在體形復雜、配筋密集、作業面狹窄、人工和機械手段均無法振搗的混凝土結構部位得到了廣泛的應用。為了解自流實混凝土的耐久性能，我們對C50自密實混凝土進行了氯離子擴散系數試驗，考察礦物摻合料對自密實混凝土耐久性的影響[1-2]。

1 自密實混凝土的設計原則和步驟

自密實混凝土對拌合物的工作性有嚴格要求，進行配合比設計時應首先考慮工作性問題?；炷量梢钥醋饔晒橇虾湍z凝材料漿體兩相組成的混合體，漿體作為液相比固相骨料更容易流動，因此，漿骨比將是影響拌合物工作性的一個重要參數[3]。此外，砂比碎石更容易滾動但需水量較大，水膠比越大的漿體流動性越強但易產生泌水，摻合料不同也會對工作性產生影響。因此需要綜合分析各因素作用，選擇適當參數并合理取值計算配合比，同時還要考慮力學性能要求。

自密實混凝土配合比設計采取絕對體積法。首先把混凝土拌合物看作由固液兩相組成的三層混合體系，液相比固相更易流動。因此，膠結料漿體、砂漿和混凝土中液相和固相的體積比就成了決定混凝土工作性的重要參數；設計配合比時，先將石子松散堆積，然后在石子孔隙中填充砂，再在砂石孔隙中填充膠結料漿體。

2 試驗材料和方法

2.1 試驗材料

水泥:配制自密實混凝土應優先選擇C3A和堿含量小、標準稠度需水量低的水泥。研究選用珠江水泥廠生產的粵秀牌P.Ⅱ42.5R型硅酸鹽水泥；粉煤灰符合Ⅱ級粉煤灰的要求，密度為2140 Kg/m3；礦渣為廣東韶鋼嘉羊礦渣粉S95，密度為2900 Kg/m3。廣州產河沙，表觀密度為2650 Kg/m3，細度模數為2.6，Ⅱ區級配。粗骨料為最大粒徑20mm的復合級配碎石，5mm～10mm和10mm～20mm的比例為3:7，表觀密度2660 Kg/m3。拌和用水為自來水。外加劑用江蘇博特生產的聚羧酸高效減水劑。膠凝材料的化學成分見表1。

表1 原材料的化學成分

2.2 試驗方法

2.2.1 試驗方法

本試驗采用快速氯離子遷移系數法（RCM法）來測定混凝土內的氯離子擴散系數[4]。將養護至一定齡期的圓柱體試件的表面浮漿層切除，再將試件切除至厚度為50mm±2mm，試件加工后用水砂紙打磨光滑，置于容器中進行真空飽Ca(OH)2溶液。試件飽水后用涼開水沖洗干凈，再將試件裝入橡膠套內的底部，并用不銹鋼環箍將試件密封固定。將裝有試件的橡膠套安裝到試驗槽中，安裝好陽極板并在橡膠套中注入濃度為0.3mol/L的NaOH溶液，陽極板和試件表面均浸沒于溶液中，在陰極槽中注入10%的NaCl溶液，并使其頁面與橡膠套中的NaOH液面齊平。試驗前應根據初始電流壓值選擇合適的電壓值和測試的時間。試驗結束后應及時斷開電源并將試件取出沖洗干凈，并在壓力機上劈裂成兩個半圓柱體，然后噴涂0.1mol/L的AgNO3溶液顯色指示劑。

膠凝材料的水化程度采用測定漿體的化學結合水方法進行表征，具體的測試方法和測試過程可參考文獻[5]。

2.2.2 混凝土配制及養護

根據CECS02-2004《自密實混凝土設計與施工指南》[6]中的相關要求，本試驗的混凝土配合比見表2。按照所設計的配合比進行試驗，在實際拌合過程中可以適當調整減水劑的用量或者拌合用水量來控制T500和Δh，使拌合物的性能滿足自密實混凝土的要求。將符合性能要求的混凝土裝入150 mm的立方體鋼模和100 mm×100 mm的圓柱體鋼模中成型，其中立方體試件用于測試混凝土的抗壓強度，圓柱體試件用于測試氯離子在混凝土內的擴散系數。

2.2.3 混凝土基本性能

混凝土的基本性能見表2，新拌混凝土均無泌水現象。從該表可見，利用粉煤灰或礦粉取代部分水泥后，配置的自密實混凝土的擴展度大于600mm，T500≤5S，Δh≤30mm，自密實混凝土的流動性能和填充性能均滿足要求。同時由該表可見，加入粉煤灰或礦粉等摻合料之后，降低了自密實混凝土的早期抗壓強度，但混凝土的強度等級均滿足C50的要求。

表2 混凝土配合比及混凝土的基本性能

3 試驗結果及分析

3.1 粉煤灰含量對氯離子擴散系數的影響

膠凝材料中的粉煤灰含量對28天和90天齡期時自密實混凝土氯離子擴散系數的影響見圖1所示。

圖1 粉煤灰含量對混凝土氯離子擴散系數的影響

圖2 礦粉含量對混凝土氯離子擴散系數的影響

由圖1可見，粉煤灰取代部分水泥后，28天和90天齡期時自密實混凝土的氯離子擴散系數均低于純水泥混凝土試件，且氯離子擴散系數隨粉煤灰含量的提高而先減少后增加，氯離子擴散系數最低時混凝土試件的粉煤灰含量隨試驗齡期的不同而有差異，28天齡期時粉煤灰含量為30%的混凝土氯離子擴散系數最低，而90天齡期時粉煤灰含量為40%的混凝土氯離子擴散系數最低。其原因可能是粉煤灰的活性較低，少量的粉煤灰取代水泥后，粉煤灰在參與水化之前發揮了微集料效應，提高了混凝土的密實度；膠凝材料水化的早期主要是水泥的水化，當粉煤灰摻量過高后會降低混凝土的抗滲透性能，所以混凝土的氯離子擴散系數隨粉煤灰摻量的提高而先減少后增加。隨著水化齡期的延長，粉煤灰在發揮微集料效應的同時也發揮火山灰效應，所以氯離子擴散系數最低時混凝土試件的粉煤灰含量會隨著試驗齡期增加而適當增大。

3.2 礦粉含量對氯離子擴散系數的影響

膠凝材料中的礦粉含量對28天和56天齡期時自密實混凝土氯離子擴散系數的影響見圖3所示。

由圖3可見，礦粉取代部分水泥后，28天和90天齡期時自密實混凝土的氯離子擴散系數隨摻合料中礦粉含量的提高而降低，當礦粉含量由50%增加至60%時，擴散系數變化的幅值并不明顯。由于礦粉的活性較高，礦粉中玻璃態的活性鋁和活性硅能與水泥水化產物發生反應，不僅可提高混凝土的密實度，同時可降低水泥石中的Ca(OH)2含量和取向，從而提高混凝土的抗氯離子滲透性能；此外，礦粉中含量大量的鈣相和鋁相，水化后生產的水化鋁酸鈣能與滲透到混凝土中的氯離子結合生成Friedel鹽從而能有效地阻止氯離子的滲透[7]。

3.3 摻合料對膠凝材料水化程度的影響

粉煤灰和礦粉對28天和90天齡期時膠凝材料水化程度的影響分別見圖3（a）和圖3（b）所示。

圖3 摻合料對膠凝材料水化程度的影響

由圖4（a）可見，28天齡期時粉煤灰含量為30%的硬化漿體的水化程度最高，而90天齡期粉煤灰含量為40%的硬化漿體的水化程度最高。由圖4（b）可見，28天齡期和90天齡期時漿體的化學結合水量隨礦粉含量的提高而增加，表明膠凝材料的水化程度隨礦粉含量的提高而增大。由于粉煤灰的活性較水泥低，少量的粉煤灰取代水泥后，相當于提高了水泥的水膠比，從而提高水泥的水化程度，同時，隨著延長養護齡期有利于提高粉煤灰的水化程度，所以28天齡期時粉煤灰含量為30%的漿體的水化程度最高，而90天齡期時粉煤灰含量為40%的硬化漿體的水化程度最高。

結語

（1）自密實混凝土的氯離子擴散系數隨膠凝材料中粉煤灰含量的提高先減少后增加，28天齡期時粉煤灰含量為30%的混凝土氯離子擴散系數最低，而90天齡期時粉煤灰含量為40%的混凝土氯離子擴散系數最低，其原因是不同的養護齡期下，粉煤灰含量不同則膠凝材料的水化程度也不同。

（2）自密實混凝土的氯離子擴散系數隨摻合料中礦粉含量的提高而降低，當礦粉含量由50%增加至60%時，氯離子擴散系數降低的幅值并不明顯。

[1] 歐陽華林，蘇祖平. C50免振搗自密實混凝土耐久性及長期性能的試驗研究[J]. 混凝土，2006，(5):60～62

[2] 李保霞，趙萬華. 自密實混凝土配合比設計及試驗研究[J]. 混凝土，2009，(7):94～96

[3] 龍廣成，謝友均，劉運華等. 自密實混凝土工作性測試方法[J]. 硅酸鹽學報，2007，35(10):1359～1363

[4] GB/T50082-2009.普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準[S].

[5] 石明霞，謝友均，劉寶舉. 水泥-粉煤灰復合膠凝材料的水化性能研究[J]. 建筑材料學報，2002，5(2):114～119

[6] CECS02-2004.自密實混凝土設計與施工指南[S].

[7] Dhir RK, El-Mohr Mak, Dyer T.D. Developing chloride resisting concrete using PFA [J]. Cement and Concrete Research,1997,27(11):1633～1641

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.14.024