兩種常見水泥對混凝土耐久性能的影響研究

李 琴 柏維強 龍盼峰

（甘肅公航旅檢測科技有限公司，甘肅 蘭州 730050）

0 引言

混凝土耐久性定義為在使用過程中抵抗各種破壞力而能保持其使用功能的能力。耐久性主要包括兩方面：一是引起破壞的作用力或破壞力；二是材料對破壞的抵抗力[1]。外界環(huán)境腐蝕和內(nèi)部材料缺陷是導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)耐久性降低的主要因素，包括碳化、氯鹽侵蝕、凍融破壞、侵蝕性介質(zhì)破壞、堿-骨料反應(yīng)等[2]。

水泥作為混凝土內(nèi)部材料的主要成分之一，其質(zhì)量和性質(zhì)直接影響到混凝土的抗壓強度、抗?jié)B性以及抗凍融能力等關(guān)鍵耐久性指標(biāo)。通過選擇合適類型的水泥和優(yōu)化水泥的用量，可以有效提升混凝土的整體性能，從而使得混凝土結(jié)構(gòu)物在面對惡劣環(huán)境條件時更加穩(wěn)定可靠，延長其服務(wù)生命周期。因此，深入了解水泥對混凝土耐久性的影響，對于提升混凝土耐久性和建筑工程質(zhì)量、保障人類居住安全具有不可估量的價值。本文選擇P·O42.5水泥和P·Ⅱ42.5水泥為研究對象，研究二者對混凝土耐久性的影響。

1 試驗設(shè)計

1.1 原材料

（1）水泥：硅酸鹽水泥P·Ⅱ42.5（中材甘肅水泥有限責(zé)任公司），普通硅酸鹽水泥P·O42.5（白銀壽鹿山水泥有限責(zé)任公司）。兩種水泥的基本性能指標(biāo)見表1所示。

表1 水泥基本性能指標(biāo)

（2）粉煤灰：白銀市百森建材有限公司生產(chǎn)的F類II級粉煤灰，摻量為20%。

（3）礦粉：榆中鑫隆建材有限責(zé)任公司生產(chǎn)的S95級高爐礦渣（鐵礦粉），摻量為30%。

（4）細(xì)集料：景泰縣墩墩礦業(yè)有限公司生產(chǎn)的水洗砂。

（5）粗集料：白銀興昌盈石料銷售有限公司生產(chǎn)的4.75～9.5mm，9.5～16mm，16～19mm，19～26.5mm，26.5～31.5mm碎石，粗集料參配比例為20%、20%、30%、15%、15%。

（6）水：當(dāng)?shù)仫嬘盟?/p>

（7）減水劑：山西黃河新型化工有限公司生產(chǎn)的HJSXA聚羧酸高性能減水劑，減水率為29%，摻量為1.0%。

1.2 混凝土配合比設(shè)計

針對P·O42.5和P·Ⅱ42.5兩種水泥，依據(jù)一般工程設(shè)計和《公路工程混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范》（JTG∕T 3310-2019）的要求，對每立方米混凝土中膠凝材料的最少和最大用量進行了限定，在確保強度的情況下，降低膠凝材料中水泥的用量。并在確保其可供使用的基礎(chǔ)上，盡可能地減小其坍落度。用摻合料粉煤灰和磨細(xì)礦渣不同配比進行反復(fù)試驗，優(yōu)選出最佳強度的最佳配比。不同水泥混凝土試驗配合比見表2所示。

表2 不同水泥混凝土試驗配合比

1.3 試驗方法

依據(jù)《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規(guī)程》（JTG 3420-2020）[3]、《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB∕T 50082-2009）[4]、《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范》（GB∕T 50476-2008）[5]、《公路工程混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范》（JTG∕T 3310-2019）[6]等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，測定混凝土的抗壓強度、彈性模量、抗凍指數(shù)、堿含量、氯離子含量。其中抗壓強度試件尺寸為150mm×150mm×150mm，抗凍試驗試件尺寸為100mm×100mm×400mm。試件制作完成后，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護室內(nèi)養(yǎng)護24d，進行下一步試驗并做好試驗數(shù)據(jù)記錄。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 不同類型水泥對混凝土耐久性的影響

圖1～圖4 為P·O42.5 水泥和P·Ⅱ42.5 水泥對C30、C35、C50混凝土28d抗壓強度、彈性模量、堿含量和氯離子含量的影響。由圖1、圖2可知，P·Ⅱ42.5水泥的C30、C35、C50混凝土28d抗壓強度、彈性模量均高于P·O42.5普通硅酸鹽水泥的28d抗壓強度、彈性模量，抗壓強度分別提高了10.6%、8.6%、6.7%，彈性模量分別提高了4.9%、6.3%、6.8%。由圖3、圖4可知，P·Ⅱ42.5水泥的C30、C35、C50混凝土28d堿含量、氯離子含量相比于P·O42.5普通硅酸鹽水泥的28d堿含量、氯離子含量有所降低，堿含量分別降低了11.8%、12.2%、14.8%，氯離子含量分別降低了24.2%、27.6%、23.8%。結(jié)合表2可以得出，與P·O42.5普通硅酸鹽水泥相比，同等級強度混凝土中P·Ⅱ42.5硅酸鹽水泥的使用量要少很多，并且在各個強度級別的混凝土中，堿性、氯化物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)要高很多，降低水泥用量可有效地防止因混凝土收縮和水化熱過大而產(chǎn)生裂縫，從而提高混凝土的耐久性。

圖1 不同水泥對C30、C35、C50混凝土28d抗壓強度的影響

圖2 不同水泥對C30、C35、C50混凝土28d彈性模量的影響

圖3 不同水泥對C30、C35、C50混凝土28d堿含量的影響

圖4 不同水泥對C30、C35、C50混凝土28d氯離子含量的影響

2.2 混凝土耐久性隨著齡期增加的變化

圖5～圖8為隨著齡期的增加，不同品種水泥下C30、C35、C50混凝土抗壓強度、彈性模量、堿含量和氯離子含量的變化情況。從圖5、圖6中可以看出，不同強度等級混凝土抗壓強度、彈性模量均隨著齡期的增加呈緩慢增長趨勢。兩種水泥對應(yīng)的C30、C35混凝土中堿含量隨著齡期增加相對比較穩(wěn)定，無明顯變化。P·Ⅱ42.5水泥C50混凝土隨著齡期的增加堿含量變化平緩，而P·O42.5水泥C50混凝土堿含量隨著齡期的增加有明顯起伏變化（見圖7所示）。圖8顯示，P·Ⅱ42.5水泥不同強度等級混凝土氯離子含量隨齡期增加，變化比較緩慢且在24個月呈現(xiàn)穩(wěn)定趨勢，而P·O42.5水泥的不同強度等級混凝土氯離子含量隨齡期增加呈上升趨勢。表明P·Ⅱ42.5硅酸鹽水泥能夠有效降低混凝土中有害物質(zhì)含量，防止混凝土發(fā)生開裂、產(chǎn)生破壞。

圖5 抗壓強度隨著齡期增加的變化情況

圖6 彈性模量隨著齡期增加的變化情況

圖7 堿含量隨著齡期增加的變化情況

圖8 氯離子含量隨著齡期增加的變化情況

3 結(jié)束語

本文為了研究P·O42.5水泥和P·Ⅱ42.5水泥對混凝土耐久性能的影響，用二者制備C30、C35、C50三種等級強度混凝土試樣，進行相關(guān)測試分析研究，所得注意結(jié)論如下：

（1）不同強度等級混凝土中P·Ⅱ42.5水泥用量明顯低于P·O42.5水泥用量，P·Ⅱ42.5水泥能夠有效提高混凝土抗壓強度、彈性模量，降低堿含量和氯離子含量，提高混凝土的耐久性。

（2）相對于P·O42.5水泥，P·Ⅱ42.5水泥不同強度等級混凝土中氯離子含量隨著齡期的增加變化比較緩慢且在24個月呈現(xiàn)穩(wěn)定趨勢，可防止混凝土發(fā)生開裂、產(chǎn)生破壞。