礦粉膠凝活性及其對混凝土氯離子滲透性影響

劉 斌

（湖北工業大學，湖北武漢430068）

一、礦粉凝膠活性實驗研究

目前，我國的水泥制作仍處在粗放式的生產階段，不僅耗能高，污染也非常嚴重。礦粉作為工業廢料，在應用到建材行業中，通常是作為混凝土摻合料來使用的，并且在實際的使用過程中，礦粉的摻量最高不能超過30%，否則將會影響混凝土強度，因此，需要思考如何提升礦粉的活性，從而增加其在混凝土中的摻量。

1、礦粉摻量對凝膠方案活性的影響

本次實驗在不改變礦粉混凝土其他參數的情況下，將礦粉的摻量設置為三個比例，分別為40%、50%和60%，具體的凝膠方案分別為：方案1：礦粉摻量0%，水泥摻量100%，水膠比0.5%，養護溫度20攝氏度；方案2：礦粉摻量40%，水泥摻量100%，水膠比0.5%，養護溫度20攝氏度；方案3：礦粉摻量50%，水泥摻量100%，水膠比0.5%，養護溫度20攝氏度；方案4：礦粉摻量60%，水泥摻量100%，水膠比0.5%，養護溫度20攝氏度。

實驗結果：無論是水泥的抗壓強度和抗拆強度都隨著礦粉摻量的增高而產生了降低的情況，其中，當處在3天和七天的時間段內，礦粉摻量超過50%后，水泥的抗壓強度和抗拆強度下降較快；當處在28天的時間段內，抗壓強度在超過40%礦粉摻量的時候快速下降；同時，實驗表明，50%為礦粉最佳摻量。

2、復合激發劑對凝膠活性方案的影響

本次實驗采用了Na2CO3和Na2SO4作為復合激發劑，在摻加比例的選擇上，根據前人的研究暫定了Na2CO3和Na2SO4的總摻量為1.5%，比例設定在1:4、2:3、3:2和4:1。實驗方案為：方案1：Na2CO3和 Na2SO比例 1:4，礦粉摻量 40%、50%、60%，水膠比0.5，養護溫度20攝氏度；方案2：Na2CO3和 Na2SO比例 2:3，礦粉摻量 40%、50%、60%，水膠比0.5，養護溫度20攝氏度；方案3：Na2CO3和 Na2SO 比例 1：1，礦粉摻量 40%、50%、60%，水膠比0.5，養護溫度20攝氏度；方案4：Na2CO3和 Na2SO比例 3:2，礦粉摻量 40%、50%、60%，水膠比0.5，養護溫度20攝氏度；方案5：Na2CO3和 Na2SO比例 4:1，礦粉摻量 40%、50%、60%，水膠比0.5，養護溫度20攝氏度。

實驗結果顯示，無論礦粉的摻量為多少，Na2CO3和Na2SO比例在1:1的時候，水泥——礦粉膠砂的強度變化率在各個時間段內都是最大的，所以激發劑Na2CO3和Na2SO的最佳比例為1:1。

二、礦粉膠凝活性對混凝土氯離子滲透性的影響

1、氯離子在混凝土中的傳輸機理及實驗方法

氯離子的傳輸機理較為復雜，在混凝土中，氯離子的傳輸與混凝土環境、原材料和養護方法都有著較為密切的關系，通常來講，氯離子是通過混凝土的表面裂縫進入，通過混凝土的內部空隙進入到混凝土內部，在進入的過程中，會產生復雜的化學作用和物理作用，其傳輸方式主要有滲透、擴散、毛細管作用和電化學遷移等。

在現有的研究中，分析氯離子在混凝土中的滲透性主要包括了RCM法和電通量法。電通量法測量誤差小，僅為0.3%左右，并且在測量的過程中受人為的干擾因素少，能夠保證測量的準確性。同時，國內外的研究中都表明，電通量法對大量的混凝土都適用，因此，本文的研究選擇了電通量法作為實驗方法。

2、礦粉膠凝活性對混凝土氯離子滲透性的影響實驗

本實驗結合了上文的實驗，選擇了0%、40%、50%和60%四個不同程度的礦粉摻量，對比是否加入Na2CO3和Na2SO激發劑來進行實驗，其中，Na2CO3和Na2SO激發劑比例選擇了上文研究結論的1:1，具體實驗方案如下：方案1：礦粉摻量0%，不加入激發劑，水膠比0.5，養護溫度20攝氏度；方案2：礦粉摻量0%、40%、50%、60%，不加激發劑，水膠比0.5，養護溫度20攝氏度；方案 3：礦粉摻量 0%、40%、50%、60%，加入激發劑，水膠比0.5，養護溫度20攝氏度。

在實驗后，根據我國標準GB/T50082-2009推薦的電通量計算公式進行計算，計算公式為：

Q=900（I0+2I30+2I60+...+2It+...+2I300+2I330+2I360）……（1）

其式（1）中，Q為電通總電量，I0為初始電流，It為在時間t上的電流，經過計算得出結論：方案1：礦粉摻量0%，無激發劑，電通量為3977C，氯離子滲透性中；方案2：礦粉摻量40%，無激發劑，電通量為1350C，氯離子滲透性低；方案3：礦粉摻量50%，無激發劑，電通量為1003C，氯離子滲透性低；方案4：礦粉摻量60%，無激發劑，電通量為858C，氯離子滲透性極低；方案5：礦粉摻量40%，有激發劑，電通量為735C，氯離子滲透極低；方案6：礦粉摻量50%，有激發劑，電通量為725C，氯離子滲透極低；方案7：礦粉摻量60%，有激發劑，電通量為701C，氯離子滲透極低。

由此可以看出，通過有激發劑和無激發劑的對比，在礦粉摻量相同的時候，添加激發劑后，電通量明顯降低，混凝土抗氯離子的滲透性顯著提高。所以，要想提升礦粉膠凝活性并且提升混凝土的抗氯離子滲透性，則需要加入激發劑。

綜上所述，筆者首先進行了礦粉膠凝活性的實驗，得出50%為礦粉最佳摻量、激發劑Na2CO3和Na2SO的最佳比例為1:1的結論；其次進行了礦粉凝膠活性對混凝土氯離子滲透性的影響實驗，最后實驗結果認為：在礦粉摻量相同的時候，添加激發劑后，電通量顯然降低，混凝土抗氯離子的滲透性顯著提高。所以，要想提升礦粉膠凝活性并且提升混凝土的抗氯離子滲透性，則需要加入激發劑。