道路輕骨料混凝土耐久性及微結構研究

龍 杰，肖靜宇

(1.中機國際工程設計研究院有限責任公司，湖南 長沙 410007；2.湖南農業大學東方科技學院，湖南 長沙 410128)

0 引 言

1 材料與試驗方法

1.1 試驗材料

水泥：寧鄉水泥廠出產P.O 42.5，比表面積328 m2/kg。

砂：機制砂，細度模數2.80，表觀密度2 660 kg/m3，堆積密度1 490 kg/m3。

礦物摻合料：超細粉煤灰(Ultra-fine fly ash，簡寫UFA)，比表面積為550 m2/kg；一級粉煤灰(Fly ash(I)，簡寫FA(I))，比表面積為425 m2/kg；硅灰(Silica fume，簡寫SF)比表面積20 000 m2/kg。

頁巖陶粒：破碎型和圓球型高強頁巖陶粒。

1.2 試驗方法

耐久性試驗：參照GB/T 50082-2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法和標準》，尺寸為100 mm立方體，Na2SO4溶液選用0%、5%、10%三種不同濃度，進行干濕循環試驗(一次循環定義為溶液中浸泡12 h，標準烘箱12 h)，循環0、10、20、50次后，進行抗壓破壞試驗，并計算抗蝕系數K=試件干濕循環后的抗壓強度/試件干濕循環前的抗壓強度。

1.3 混凝土配合比設計

配合比設計參考JGJ/T 12-2019《輕骨料混凝土應有技術標準》執行。主要配合比參數：膠凝材料質量約450 kg/m3，先用FA(I)等體積置換30%機制砂。同時，再將UFA等量置換水泥或者將SF等量置換水泥，UFA置換率分別為10%，20%，30%，0%，SF置換率分別為5%、8%、10%和15%。一般混凝土設為P0，LWC編號為Q0，UFA取代編號依次為F10、F20、F30、F40，SF取代編號依次為S5、S8、S10、S15。

2 試驗結果與分析

圖1 濃度為0%干濕循環抗壓強度值

圖2 濃度為5%干濕循環抗壓強度值

圖3 濃度為10%干濕循環抗壓強度值

對試件的腐蝕影響最具代表性的Na2SO4溶液濃度為5%，此時最為接近外界的實際環境。干濕循環50次后的混凝土，抗蝕系數K值走向如圖4，先增后減。UFA最優置換率為20%，K值為99.4%；與此同時，SF最優置換率為10%，K值為99.6%，略高于UFA。相比之下，P0的K值為83.0%，Q0的K值為95.9%。推測其原因：雙摻環境(FA(I)和UFA，或者FA(I)和SF)，水泥中C3A含量降低，而混凝土體系中的CH被二次水化反應消耗了，試塊環境堿度被降低了，減緩了反應的進一步進行。但當SF摻量超過一定范圍時，可能是由于水泥水化反應的Ca2+不足，凝膠體對孔隙的填充減少，抗蝕性不增反減；UFA超過一定范圍時，可能由于早期強度太低，水化反應遲緩，抗蝕性有所下降。由上述可知，當UFA和SF置換率分別為20%和10%時，能在最大程度上抑制鈣礬石和石膏的形成。

圖4 摻合料對輕骨料混凝土抗蝕性的影響

壓汞試驗測得混凝土標準養護28 d孔隙率及所占百分比(表1)，各組試樣與P0相比，其孔隙率普遍降低，100 nm以上的有害孔占比顯著降低。比100 nm小的孔徑所占百分比，由大到小依次為：S10、S8、F20、S15、S5、F10、F40、Q0、P0。同時運用工業CT透視圖觀察宏觀結構，普通混凝土(P0)和輕骨料混凝土(Q0)28 d工業CT透視圖。內部孔隙相對較大且分布較密的普通混凝土基體，更易被侵蝕性介質侵蝕造成破壞。

表1 不同混凝土28 d內部孔隙率

由表1可知，輕骨料的孔隙率顯著降低，百分比含量明顯增多的是50～100 nm，F20為P0的1.48倍，S10為P0的1.56倍；小于100 nm百分比含量，F20為P0的1.39倍，S10為P0的1.46倍，且隨齡期的增長，各組試樣也均呈現出不斷細化的發展趨勢，SF輕骨料混凝土孔隙率比UFA輕骨料混凝土稍低。

3 結 論

(1)在相同條件下，LWC具有優良的抗蝕性，超細粉煤灰最優置換率為20%，硅灰最優置換率為10%。

(2)在雙摻環境中，試樣孔徑明顯減小，特別是50～100 nm的百分比含量顯著增加，相對于普通混凝土，超細粉煤灰、硅灰LWC中孔徑小于100 nm的累計百分比含量分別為1.39和1.46倍。