磨細(xì)火山巖對(duì)混凝土抗蝕性能的影響

王金鑫，苗永剛，石運(yùn)中(海南華森建材銷售有限公司，海南 ?？?570100)

0 引言

粉煤灰作為一種工業(yè)廢棄物，其綜合利用方法被廣泛研究。隨著粉煤灰綜合利用技術(shù)的不斷發(fā)展與成熟，粉煤灰市場(chǎng)出現(xiàn)了供不應(yīng)求的局面。在海南地區(qū)，由于地理環(huán)境與交通等因素的影響，該地區(qū)粉煤灰供應(yīng)緊缺，很多企業(yè)不得不少用或不用粉煤灰，導(dǎo)致企業(yè)的生產(chǎn)成本增加。據(jù)研究，火山巖在一定條件下具有很高的水化活性，這點(diǎn)與粉煤灰的性能極其相似。但是由于技術(shù)及其他條件的限制，人們對(duì)火山巖的利用還停留在較低的水平，并沒有更深地開發(fā)出火山巖的工業(yè)應(yīng)用潛質(zhì)。怎樣將火山巖進(jìn)行深度、合理地開發(fā)利用是亟待解決的問題。

1 實(shí)驗(yàn)原材料及方法

1.1 實(shí)驗(yàn)原材料

水泥：海南華盛天涯水泥有限公司生產(chǎn)的P.O 42.5普通硅酸鹽水泥，其性能指標(biāo)以及化學(xué)組成見表1和表2。

表1 水泥的物理化學(xué)性能指標(biāo)

表2 水泥的化學(xué)組成

粉煤灰：海南恒盛兆業(yè)環(huán)保有限公司生產(chǎn)的符合GB/T1596-2005標(biāo)準(zhǔn)的Ⅱ級(jí)粉煤灰；海南省?？谑行阌^(qū)文明村東山坡的火山巖。

粗骨料：海口利源料場(chǎng)提供的5～25 mm碎石。

細(xì)骨料：海口上屯砂場(chǎng)提供的符合JGJ52-2006標(biāo)準(zhǔn)的Ⅱ區(qū)中砂。

外加劑：海南太和科技有限公司提供的聚羧酸高效減水劑。

水：自來水。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

將火山巖磨成粉后，等量取代粉煤灰應(yīng)用于混凝土中，設(shè)計(jì)L9(34)正交試驗(yàn)，正交試驗(yàn)因素水平見表3，研究不同粉磨時(shí)間、不同火山灰取代粉煤灰量(取代量)以及不同外加劑種類對(duì)混凝土抗海水蝕性能的影響。按照《混凝土耐久性檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》JGJ/T193進(jìn)行試樣的制備與測(cè)試。對(duì)部分抗蝕試樣進(jìn)行XRD和SEM分析，分析火山灰對(duì)混凝土抗蝕性能影響的機(jī)理。

表3 正交試驗(yàn)因素水平表

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論

測(cè)試出試樣的抗蝕系數(shù)數(shù)據(jù)及極差分析見表4。

通過極差分析可以得出：因素A的極差RA= 0.156；因素B的極差RB=0.324；因素C的極差RC= 0.074。三個(gè)因素對(duì)混凝土的抗蝕性能影響順序從大到小為：RB＞RA＞RC。說明磨細(xì)的火山巖替代粉煤灰后，對(duì)混凝土抗海水侵蝕能力的影響最大，粉磨時(shí)間次之，外加劑的影響最小。對(duì)上述數(shù)據(jù)極差分析做折線圖，如圖1所示。從圖1中可以看出，隨著粉磨時(shí)間的增加，混凝土的抗海水侵蝕能力逐漸減弱，隨著火山巖磨細(xì)粉的取代量增加混凝土的抗海水侵蝕能力逐漸增強(qiáng)，聚羧酸類外加劑較其他兩類外加劑對(duì)混凝土抗海水侵蝕的能力提高更好。綜上，最優(yōu)的實(shí)驗(yàn)組合是A1B3C1。

圖1 不同因素下混凝土的侵蝕系數(shù)

正常情況下，隨著火山巖粉磨時(shí)間的增加，其粉磨后顆粒的細(xì)度越小，越有利于提高混凝土的抗海水侵蝕能力。而本實(shí)驗(yàn)中，隨著粉磨時(shí)間的增加其對(duì)混凝土抗海水侵蝕能力卻產(chǎn)生了不利影響，因此對(duì)不同粉磨時(shí)間粉煤灰進(jìn)行SEM和粒度分析，分析結(jié)果見圖2和圖3。

從圖2中可以看出，隨著火山巖粉磨時(shí)間的增加，粉磨后的10 μm顆粒雖然有所增加，但是40 μm到200 μm的顆粒含量也明顯增加，這是由于隨著粉磨時(shí)間的增加，火山巖被粉磨得更細(xì)，顆粒的表面能也逐漸增加，顆粒之間的團(tuán)聚現(xiàn)象逐漸加強(qiáng)，從而使得40 μm到200 μm的顆粒含量增加。從圖3中也可以證實(shí)，粉磨60 min后的顆粒團(tuán)聚現(xiàn)象明顯增多，而粉磨20 min的火山巖幾乎沒有顆粒團(tuán)聚現(xiàn)象的出現(xiàn)。這也是隨著粉磨時(shí)間的增加火山巖粉末對(duì)混凝土的抗海水侵蝕出現(xiàn)不利影響的原因。

表4 L9(34)正交試驗(yàn)抗蝕系數(shù)

圖2 火山巖粉磨20min和60min的粒度分析圖

圖3 火山巖粉磨20min和60min的SEM圖

對(duì)全部使用粉磨后火山巖的6號(hào)試樣和全部使用粉煤灰的4號(hào)試樣進(jìn)行XRD分析，分析結(jié)果見圖4和圖5。

圖4 侵蝕試樣內(nèi)部的XRD圖譜

圖5 侵蝕試樣外部的XRD圖譜

圖4是4號(hào)試樣和6號(hào)試樣經(jīng)海水侵蝕后內(nèi)部的XRD圖譜。從圖5中可以看出，6號(hào)摻加磨細(xì)火山巖的試樣中5CaO·6SiO2·5H2O和C2SH的衍射峰值明顯高于摻加粉煤灰的4號(hào)試樣，說明6號(hào)試樣中的水化產(chǎn)物較4號(hào)試樣的要多。并且，6號(hào)試樣中5CaO·6SiO2·5H2O和C2SH的衍射峰值的半高寬較4號(hào)試樣的要窄，這說明6號(hào)試樣中水化產(chǎn)物的結(jié)晶程度要較4號(hào)試樣的高。這些都說明了磨細(xì)火山巖的活性較粉煤灰的高，且生成更多的結(jié)晶較好的水化產(chǎn)物，這都有利于混凝土抗海水侵蝕能力的提高。

圖5是4號(hào)試樣和6號(hào)試樣經(jīng)海水侵蝕后外部的XRD圖譜。從圖5中可以看出，6號(hào)試樣中CaSO4·2H2O的衍射峰值要小，而水化產(chǎn)物5CaO· 6SiO2·5H2O和C2SH的衍射峰值要大，說明摻加磨細(xì)火山巖的6號(hào)試樣經(jīng)海水侵蝕后，其水化產(chǎn)物依然較摻加粉煤灰的要多，且腐蝕產(chǎn)物CaSO4·2H2O較少，說明6號(hào)試樣的抗海水侵蝕能力較4號(hào)試樣強(qiáng)，進(jìn)一步說明了摻加磨細(xì)火山巖的試樣抗海水侵蝕能力要較摻加粉煤灰的試樣抗海水侵蝕能力強(qiáng)。

3 結(jié)論

(1)通過正交試驗(yàn)可以得出，磨細(xì)火山巖的取代量對(duì)混凝土抗海水侵蝕的能力影響最大，粉磨時(shí)間次之，外加劑種類的影響最小。得出最優(yōu)的實(shí)驗(yàn)組合為A1B3C1。

(2)通過力度分析和SEM分析可以得出，粉磨時(shí)間越長(zhǎng)，粉磨后的火山巖顆粒團(tuán)聚現(xiàn)象越明顯，長(zhǎng)時(shí)間的粉磨并不有利于改善其粒徑分布，粉磨時(shí)間20 min為宜。

(3)通過XRD分析可以得出，摻加磨細(xì)火山巖的試樣水化產(chǎn)物要較摻加粉煤灰的試樣水化產(chǎn)物多，說明磨細(xì)火山巖的活性較粉煤灰好。摻加粉煤灰試樣侵蝕后生成更多的侵蝕產(chǎn)物，說明摻加粉煤灰的試樣抗海水侵蝕能力要比摻加磨細(xì)火山巖的試樣弱。磨細(xì)火山巖更有利于混凝土抗海水侵蝕能力的提高。

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