水灰比與摻合料對混凝土抗氯離子滲透性能的影響

虞夏深

（上海林同炎李國豪土建工程咨詢有限公司，上海 200437）

0 引言

影響鋼筋混凝土耐久性能最重要的因素之一是氯離子侵蝕。氯離子滲透到混凝土內部與鋼筋發生反應，導致鋼筋鈍化膜破壞，形成原電池效應，加速鋼筋銹蝕，從而嚴重影響混凝土的耐久性能[1]。氯離子滲透進入混凝土過程比較復雜，歸納起來主要有物理變化和化學變化兩大類。根據目前對氯離子滲透方式的研究，可得出氯離子入侵混凝土的幾種主要方式有滲透作用、毛細吸附作用、電化學遷移作用、自由氯離子的擴散作用[2]，其中滲透作用影響最大。影響氯離子滲透的因素有很多，如混凝土原材料、強度、水灰比、養護條件、碳化狀況、使用環境等。本文采用CRM法研究混凝土原材料和水灰比對其抗氯離子滲透性能的影響，選用工程混凝土常用水灰比范圍內的四組不同水灰比和兩種不同摻合料分別進行CRM試驗，研究水灰比和摻合料對混凝土抗氯離子滲透性能的影響規律，為實際工程水灰比和摻合料的選擇和使用提供研究基礎。

1 原材料與試驗方法

1.1 試驗用原材料

試驗用水泥采用上海海螺明珠水泥有限責任公司生產的P·O42.5等級水泥，28d強度45.6 MPa，比表面積550 m2/kg，安定性合格；粉煤灰選用上海石發電力粉煤灰有限公司生產的Ⅰ級粉煤灰，密度為2.37 g/cm3，比表面積為648 m2/kg；硅灰選用四川朗天資源綜合利用有限責任公司生產的朗天牌微硅粉，其SiO2含量為92%；粗、細集料均選用上海朗明砂石有限公司提供的 1～3 cm規格碎石和細度模數為2.8的Ⅱ區中砂；混凝土用水為上海市飲用自來水。

1.2 配合比方案

為研究不同水灰比和摻合料對混凝土抗氯離子滲透性能的影響規律，我們選用三種水灰比進行不同水灰比抗氯離子滲透性能試驗，三種水灰比分別為0.37、0.42、0.47；礦物摻合料分別選用純粉煤灰、粉煤灰與硅灰復合和純硅灰三種不同形式的組合方式。為保證試驗結果的代表性和可靠性，對于摻加摻合料的混凝土配合比，我們確定其水灰比為定值0.42。以固定膠凝材料總量為設計原則，采用等量取代法（20%）摻入摻合料。根據以上原則確定的試驗配合比方案如表1。

1.3 CRM試驗方法

首先，按標準GB/T50082-2009裁切的試件進行清洗、干燥，并在真空飽水裝置中進行飽和氫氧化鈣真空飽水處理；然后對處理完的試件進行干燥處理，并進行安裝和密封；最后分別用濃度為0.3 mol/L的NaOH溶液和濃度為 10%的氯化鈉溶液對試驗槽的陽極和陰極板槽進行處理。試驗開始后，及時記錄儀器上的電壓（V）、電流（mA）、試驗時間（分）和陽極溶液初始溫度（℃），用于后續計算遷移系數。試驗結束后，用濃度為0.1 mol／L的AgNO3溶液指示劑進行顯色試驗，并觀測氯離子滲透深度。混凝土的快速氯離子非穩態遷移系數按下式進行計算：

式中：DRCM—混凝土的非穩態氯離子遷移系數，精確到0.1×10-12m2/s；U—所用電壓的絕對值；T—陽極溶液的初始溫度和結束溫度的平均值（℃）；L—試件厚度（mm），精確到0.1 mm；Xd—氯離子滲透深度的平均值（mm），精確到0.1 mm；T—試驗持續時間

每組試件均有三個，最終該組的氯離子遷移系數值為三個試塊的氯離子遷移系數的算術平均值。當其中一個數據與中間值的差大于中間值的15%時，則取剩余兩個氯離子遷移系數的平均值作為該組的數據；當最大值和最小值與中間值之差均大于15%時，則取中間值的氯離子遷移系數作為該組的數據[3]。

表1 試驗配合比方案比選表

2 試驗結果分析

2.1 水灰比對混凝土抗氯離子滲透性能的影響

不同水灰比氯離子遷移系數與滲透時間之間的關系如圖1所示。

由圖1可知，相同滲透時間水灰比越小，其遷移系數越小，混凝土抗氯離子滲透性能越好。在滲透時間為4小時水灰比分別為0.37、0.42、0.47時，對應的遷移系數分別為 4.2×10-12m2/s、6.7×10-12m2/s和8.8×10-12m2/s。原因是水灰比越小，其混凝土越密實，其阻礙氯離子滲透的能力越強，因此在相同的試驗時間內，水灰比越小遷移系數越小。同時，從圖1還可以得出，同一水灰比混凝土氯離子遷移系數隨時間增大而增大，且線性關系比較明顯，主要是原因是混凝土進行抗滲能力試驗前，已標準養護28d，其水泥水化比較充分，強度和混凝土密實相對比較穩定，因此同一水灰比混凝土氯離子遷移系數隨滲透時間增大而增大，切線性關系明顯。

圖1 不同水灰比氯離子遷移系數與滲透時間之間的關系

2.2 摻合料對混凝土抗氯離子滲透性能的影響

不同摻合料對混凝土抗氯離子滲透性能的影響與時間關系曲線如圖2所示。

圖2 不同摻合料氯離子遷移系數與滲透時間的關系曲線

由圖2可知，摻加粉煤灰、硅灰摻合料的混凝土氯離子遷移系數比相同水灰比普通混凝土氯離子遷移系數小，水灰比為0.42時，四種不同摻合料S0.42、SF100、SFG50、SH100在滲透時間均為4小時條件下對應的氯離子遷移系數分別是 6.7×10-12m2/s、6.1×10-12m2/s、5.2×10-12m2/s、4.6×10-12m2/s。可以看出摻入摻合料可以改善混凝土抗氯離子滲透性能，因為粉煤灰和硅灰顆粒形態比水泥好，它們使混凝土填充得更加密實；水化速度比水泥慢，可防止混凝土產生溫度裂縫；與氫氧化鈣發生火山灰反應，生成C-H-S凝膠。同時，可以看出隨著硅灰摻量的增加，混凝土抗氯離子滲透性能提高明顯，這是因為微硅粉二氧化硅含量高達92%，且細度比粉煤灰細很多，其火山灰效應相比粉煤灰更加明顯，因此其改善混凝土抗滲性能的效果更加明顯。

3 結論及建議

混凝土水灰比與摻合料對混凝土抗氯離子滲透性能有較大影響。

（1）在其它條件相同時，混凝土水灰比越小，其抗氯離子滲透能力越強；

（2）混凝土中摻加粉煤灰等礦物摻合料可以改善混凝土抗氯離子滲透性能。粉煤灰與硅灰相比，硅灰改善混凝土抗氯離子滲透性能更好；

（3）建議后續研究充分考慮多種因素耦合效應對混凝土抗氯離子滲透性能的影響。

[1]周劍. 混凝土氯離子擴散性能影響因素的試驗研究[D].浙江工業大學, 2010.

[2]巴恒靜, 張武滿, 鄧宏衛. 評價高性能混凝土耐久性綜合指標——抗氯離子滲透性及其研究現狀[J]. 混凝土,2006(03): 3-4,14.

[3]鄧婉君, 李宏. 活性摻合料對再生混凝土氯離子滲透性的影響研究[J]. 混凝土, 2016(12): 73-75.