不同摻合料對海工硅酸鹽水泥氯離子擴(kuò)散系數(shù)的影響

朱運鋒 韋慶鳳 陳柳鋒 覃金鳳 江英

【摘 要】文章主要研究了礦渣粉、粉煤灰及硅灰對海工硅酸鹽水泥抗氯離子擴(kuò)散系數(shù)的影響。所用熟料、礦渣粉、粉煤灰、硅灰等摻合料均經(jīng)過分別粉磨處理，試驗樣均按設(shè)定比例摻入后均勻混合得到。研究發(fā)現(xiàn)，隨著礦渣粉或粉煤灰摻入量的增加，水泥氯離子擴(kuò)散系數(shù)呈現(xiàn)線性下降的趨勢。用小量的硅灰取代礦粉或粉煤灰，可以有效地降低氯離子擴(kuò)散系數(shù)，并提高水泥強(qiáng)度。

【關(guān)鍵詞】氯離子擴(kuò)散系數(shù)；硅灰；礦渣粉；粉煤灰

【中圖分類號】TU528 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2016）02-0108-03

0 引言

中國既是一個陸地大國，又是一個海洋大國，有1.8萬km海岸線，擁有眾多沿海島嶼，海洋資源豐富，開拓海洋經(jīng)濟(jì)和保衛(wèi)海疆已成為當(dāng)今國家的重要戰(zhàn)略。戰(zhàn)略的實施，需要大量抗海水腐蝕的水泥用于構(gòu)建海洋工程和沿海能源基礎(chǔ)設(shè)施。對于海洋工程或氯鹽環(huán)境等混凝土結(jié)構(gòu)，氯離子侵蝕是引發(fā)鋼筋銹蝕的首要因素，對混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性構(gòu)成了嚴(yán)重的危害。因此，需要使用海工硅酸鹽水泥（海工硅酸鹽水泥是以硅酸鹽水泥熟料和適量天然石膏、礦渣粉、粉煤灰、硅灰粉磨制成的具有較強(qiáng)抗海水侵蝕性能的水硬性膠凝材料，代號P.O.P），制備密實、抗氯離子滲透性良好的混凝土。

水泥是混凝土基本膠凝材料，也是氯離子擴(kuò)散傳輸?shù)耐緩?。水泥的組分不同，其抗氯離子的侵蝕能力則不同。在混凝土砂石骨料緊密堆積的情況下，控制和改善離子在水泥膠凝材料中的傳輸，是改善混凝土耐久性的基本途徑[1]。唐呂平[2]等專家通過對普通波特蘭水泥凈漿和砂漿的氯離子固化能力和等溫固化吸附研究認(rèn)為，氯離子在普通波特蘭水泥凈漿與砂漿中的固化能力主要取決于C-S-Hgel，而與水灰比和骨料特性無關(guān)。水泥漿體及其與骨料間界面過渡區(qū)是氯離子在混凝土中的主要傳輸通道，混凝土鋼筋銹蝕很大程度上取決于氯離子在水泥石中的傳輸速率，因此研究確定水泥石氯離子擴(kuò)散性尤為重要。

研究表明，水泥品種對氯離子擴(kuò)散性的影響在一定程度上超過水灰比的影響，同時認(rèn)為礦渣或粉煤灰水泥比普通硅酸鹽水泥能更有效地限制氯離子擴(kuò)散。近年來的相關(guān)研究也證實礦粉、粉煤灰、硅灰多元復(fù)摻，水泥抗氯離子擴(kuò)散系數(shù)性能優(yōu)于單摻混合材水泥[3]。本文以不同摻量的摻合料配制海工硅酸鹽水泥，研究利用物料間的活性協(xié)同作用、火山灰效應(yīng)、微細(xì)填充效應(yīng)對水泥抗氯離子滲透性的影響。

1 試驗原料和檢測方法

1.1 試驗用原材料

試驗用原材料（除硅灰）均取自廣西魚峰水泥股份有限公司，混合材經(jīng)烘干后分別按相應(yīng)比表面積打小磨制成。試驗過程中的配比均由單個樣品按規(guī)定比例混合攪勻制成。原材料檢驗結(jié)果見表1、表2。

1.2 檢測方法

1.2.1 水泥物理力學(xué)性能試驗方法

水泥物理力學(xué)性能試驗方法如下：《水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時間、安定性檢驗方法（GB/T 1346—2011）》；《水泥細(xì)度檢驗方法篩析法（GB/T 1345—2005）》；《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗方法（GB/T 17671—1999）》；《水泥比表面積測定方法勃氏法（GB/T 8074—2008）》。

1.2.2 水泥氯離子擴(kuò)散系數(shù)測定

測定方法如下： 《水泥氯離子擴(kuò)散系數(shù)方法（JC/T 1086—2008）》。

2 水泥中混合材料復(fù)摻對水泥性能的影響

2.1 礦粉試驗方法及結(jié)果

礦粉摻入試驗是將礦粉摻入量由30%逐步增加至60%，隨著礦粉摻量的增加，水泥的3 d及28 d抗壓強(qiáng)度均呈現(xiàn)下降的趨勢。當(dāng)用5%的硅灰取代5%的礦粉時，水泥的抗壓強(qiáng)度有所上升。由表3可知，隨著礦粉摻量的增加，水泥的抗氯離子擴(kuò)散系數(shù)呈現(xiàn)下降的趨勢，當(dāng)用5%的硅灰取代5%的礦粉時，水泥的抗氯離子擴(kuò)散系數(shù)進(jìn)一步下降，說明采用部分硅灰替代礦粉摻入水泥時，可以提高水泥強(qiáng)度，但同時會降低水泥氯離子的擴(kuò)散系數(shù)。

2.2 粉煤灰試驗

粉煤灰摻入試驗是將粉煤灰摻入量由10%逐步增加至40%。隨著粉煤灰摻量的增加，水泥的3 d及28 d抗壓強(qiáng)度均呈線性下降的趨勢，用5%的硅灰取代5%的粉煤灰時，水泥的3 d及28 d強(qiáng)度均有提高，特別是28 d抗壓強(qiáng)度提高較大。由表4可知，隨著粉煤灰摻量的增加，水泥的抗氯離子擴(kuò)散系數(shù)呈現(xiàn)下降的趨勢，當(dāng)熟料摻量達(dá)到50%時，用5%的硅灰取代5%的粉煤灰時，水泥擴(kuò)散系數(shù)有較大幅度的下降。

2.3 復(fù)摻量試驗

水泥摻合料增加會提高抗氯離子滲透性，但是會降低水泥的抗壓強(qiáng)度。經(jīng)綜合考慮后，復(fù)摻試驗的熟料摻量定為40%（見表5）。

在熟料摻量為40%，硅灰摻量為5%的前提下，礦粉與粉煤灰復(fù)摻條件下，隨著礦粉摻量的增加、粉煤灰摻量的減少，水泥的3 d及28 d抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)上升的趨勢，水泥的氯離子擴(kuò)散系數(shù)較低（如圖1所示），控制在（0.85～1.0）×10-12。

在綜合考慮水泥氯離子擴(kuò)散系數(shù)與水泥強(qiáng)度的關(guān)系后，我們最終選擇了在大磨上生產(chǎn)P.O.P42.5海工硅酸鹽水泥的最佳配比是Y6，即摻礦粉為45%，粉煤灰為10%，硅灰為5%。

3 結(jié)論

水泥中摻入礦粉可以降低氯離子擴(kuò)散系數(shù)，且隨著礦粉摻量的增加，氯離子擴(kuò)散系數(shù)降低，同時水泥強(qiáng)度會隨著礦粉摻量的增加持續(xù)下降。摻用粉煤灰時，水泥氯離子擴(kuò)散系數(shù)隨著粉煤灰摻量的增加，呈現(xiàn)線性下降的趨勢，但水泥強(qiáng)度也呈現(xiàn)線性下降的趨勢。用少量的硅灰替代礦粉和粉煤灰，可以有效地降低水泥氯離子擴(kuò)散系數(shù)，并提高水泥強(qiáng)度。在水泥中等量摻入礦粉和粉煤灰時，粉煤灰降低氯離子擴(kuò)散系數(shù)的能力更好，但同時比礦粉降低水泥強(qiáng)度更明顯。在綜合考慮水泥強(qiáng)度和水泥氯離子滲透性的關(guān)系后，本次試驗得出了廣西魚峰水泥股份有限公司大磨生產(chǎn)P.O.P42.5水泥的最佳配比為熟料摻量：40%，礦粉：45%，粉煤灰：10%，硅灰：5%。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]王棟民，左顏峰，歐陽世翕.氯離子在摻不同礦物質(zhì)摻合料高性能混凝土中擴(kuò)散性能[J].硅酸鹽學(xué)報，2004，32（7）：858-861.

[2]LuPing Tang and Lars，Olof Nilsson.Chloride Blen-ding Capacityof and Binding Iso them of OPC Paste sand Mortars[J].Cement and Conerete Research，1993（23）：247-253.

[3]施惠生，王瓊.海洋高性能混凝土用復(fù)合膠凝材料的試驗研究[J].水泥，2003（9）：1-5.

[責(zé)任編輯：陳澤琦]