水灰比對硫鋁酸鹽水泥基混凝土性能影響的試驗研究

孫成蛟，趙令軒，尚緒杰

（1. 日照魯碧新型建材有限公司，山東 日照 276826；2. 日照市榮創(chuàng)新型建材有限公司，山東 日照 276826）

0 前言

硫鋁酸鹽水泥基混凝土具有快硬、早強(qiáng)、微膨脹、抗?jié)B、抗凍及耐蝕性等特性，在寒冷地區(qū)、港口、碼頭、鹽堿地區(qū)及水工等工程中具有獨(dú)特的優(yōu)勢。硫鋁酸鹽水泥自誕生以來，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[1-3]，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，目前對硫鋁酸鹽水泥混凝土研究相對較少[4-6]。

該文主要研究水灰比對硫鋁酸鹽水泥基混凝土性能的影響，包括抗壓強(qiáng)度和抗?jié)B性，并利用 SEM 對其進(jìn)行微觀機(jī)理分析，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 原材料與試驗儀器

1.1 原材料

水泥：天津產(chǎn)硫鋁酸鹽水泥（R·SAC42.5）。礦粉：山東省日照市日鋼 S95 級礦渣，流動度比 116%。粉煤灰：山東省日照市日照發(fā)電廠Ⅱ級粉煤灰。表 1 為膠凝材料的化學(xué)成分。

表1 膠凝材料的化學(xué)成分 wt.%

砂：山東省日照某砂廠河砂，細(xì)度模數(shù)為 2.65，含泥量 1.3%。

石子：山東省日照市某石料廠 5～31.5mm 連續(xù)級配碎石。

1.2 試驗儀器

混凝土強(qiáng)制式攪拌機(jī) J-60、混凝土振動臺 T2、萬能試驗壓力機(jī) SY-6、全自動抗?jié)B儀 ST1 等等。

2 結(jié)果和分析

硫鋁酸鹽水泥基混凝土配合比見表 2 所示。

表2 硫鋁酸鹽水泥基混凝土配合比

2.1 水灰比對硫鋁酸鹽水泥基混凝土力學(xué)性能的影響

表3 和圖 1 為水灰比對硫鋁酸鹽水泥基混凝土抗壓強(qiáng)度影響的試驗結(jié)果。從表 3 和圖 1 中可以看出：隨著水灰比的不斷增加，硫鋁酸鹽水泥基混凝土早期和后期強(qiáng)度都隨著下降，即水灰比越大其強(qiáng)度越低；硫鋁酸鹽水泥基混凝土都具有較高的早期強(qiáng)度，尤其是低水灰比其早強(qiáng)更明顯。如：若以 28d 強(qiáng)度為基準(zhǔn)，當(dāng)水灰比為 0.33 的4#試樣，1d 強(qiáng)度可達(dá) 72% 以上，3d 強(qiáng)度可達(dá) 81% 以上；而當(dāng)水灰比為 0.49 的 1#試樣，1d 強(qiáng)度只有 50%，3d 強(qiáng)度只有 65%。另外，硫鋁酸鹽水泥基混凝土半年（6 月）強(qiáng)度仍在增長，即強(qiáng)度長期穩(wěn)定性高。

表3 水灰比對混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

圖1 水灰比對混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

2.2 水灰比對硫鋁酸鹽水泥基混凝土抗?jié)B性能的影響

水灰比對硫鋁酸鹽水泥基混凝土抗?jié)B性能影響見表4 和圖 2。

表4 水灰比對混凝土抗?jié)B性能的影響

圖2 水灰比對混凝土抗?jié)B性能的影響

從表 4 和圖 2 中 1#～4# 試樣對比可知：隨著水灰比的不斷下降，其硫鋁酸鹽水泥基高性能混凝土滲水深度逐漸下降，即水灰比最小的 4# 試樣其抗?jié)B性能最強(qiáng)，抗?jié)B性越高。這是因為：混凝土的水灰比越大，其硬化結(jié)構(gòu)中的大孔較多，小孔變少，結(jié)構(gòu)的密實(shí)性變差，即內(nèi)部結(jié)構(gòu)致密性降低。所以，水灰比的大小對硫鋁酸鹽水泥基高性能混凝土抗?jié)B性能影響較大。

2.3 水灰比對硫鋁酸鹽水泥基混凝土抗碳化性能的 SEM微觀分析

圖3(a)、(b)、(c)、(d) 分別是不同水灰比下的硫鋁酸鹽水泥基混凝土水化 7d 的 SEM 圖。從圖中可知：隨著水灰比的不斷增加，其硬化漿體—骨料之間的水化膜逐漸變厚，兩者的結(jié)合變差，水化產(chǎn)物模糊，分布更無規(guī)律勻，同時水化產(chǎn)物之間的搭結(jié)越松散；即硫鋁酸鹽水泥基混凝土水灰比越小，混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)越致密，

圖3 不同水灰比下硫鋁酸鹽水泥基混凝土水化 7d 的 SEM 圖

孔隙率越小，孔徑分布更加合理，從而提高混凝土的強(qiáng)度、抗?jié)B性和抗碳化等耐久性能。

3 結(jié)論

（1）隨著水灰比的不斷增加，硫鋁酸鹽水泥基混凝土早期和后期強(qiáng)度都隨著下降，即水灰比越小其混凝土抗壓強(qiáng)度越高。并且，水灰比越小早期強(qiáng)度提升越明顯。

（2）隨著水灰比的不斷增加，其硫鋁酸鹽水泥基混凝土抗?jié)B性逐漸下降，即水灰比越小滲水高度越小，抗?jié)B性越強(qiáng)。

（3）SEM 微觀分析表明：隨著水灰比的下降，其硫鋁酸鹽水泥基混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)越致密、孔隙減少、孔徑分布更加合理。