HQ型阻銹劑對堿激發(fā)水泥混凝土性能的影響

龍肖娟（陽春市新三馬建材有限公司）

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HQ型阻銹劑對堿激發(fā)水泥混凝土性能的影響

龍肖娟
（陽春市新三馬建材有限公司）

【摘要】論文探索了HQ型阻銹劑對堿激發(fā)混凝土的工作性能、凝結(jié)時間、力學(xué)性能、碳化深度、砂漿自由氯離子含量及砂漿鋼筋銹蝕性能的影響，通過SEM及MIP微觀結(jié)構(gòu)測試研究了HQ型阻銹劑對堿激發(fā)水泥微觀結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明：HQ型阻銹劑對混凝土的力學(xué)性能、碳化及砂漿各齡期自由氯離子含量無顯著影響，可提高水泥混凝土的工作性能、縮短混凝土凝結(jié)時間，HQ型阻銹劑可使水泥漿體更加密實、降低總孔隙率，從而提高堿激發(fā)水泥混凝土的抗銹蝕性能。

【關(guān)鍵詞】堿激發(fā)水泥；HQ型阻銹劑；碳化深度；鋼筋銹蝕

1　前言

近年來，我國頻現(xiàn)海中建筑物或臨海建筑物破壞的現(xiàn)象。眾所周知，海水是高含鹽分的物質(zhì)，其中的氯離子和硫酸根離子對于混凝土的耐久性有決定性的影響［1］。有關(guān)調(diào)查資料表明，我國海港碼頭使用5～10年，就有高達80%以上的碼頭遭受不同程度腐蝕破壞，大多達不到設(shè)計使用年限［2］。究其原因，一方面長期以來鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計只強調(diào)荷載作用下的結(jié)構(gòu)安全性，而對耐久性問題關(guān)注不夠，另一方面如何提高海工混凝土耐久性能是一項技術(shù)難題。大量工程調(diào)查研究表明，鋼筋銹蝕是混凝土結(jié)構(gòu)破壞失效的最主要原因，氯離子侵蝕和混凝土碳化是鋼筋銹蝕的主要因素［3，4］。氯離子腐蝕主要是破壞鋼筋表面的鈍化膜，再加上Cl-的去極化作用和Cl-的導(dǎo)電作用從而引起了鋼筋的銹蝕。銹蝕鋼筋轉(zhuǎn)為鐵銹時，體積最大膨脹6倍；導(dǎo)致混凝土脹裂，降低鋼筋與混凝土的粘結(jié)力，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)承載能力的降低。因此，對海洋環(huán)境下鋼筋的防腐蝕設(shè)計顯得尤為重要［5］。

當(dāng)前，我國大力發(fā)展海洋工程建設(shè)，對先進的海工混凝土材料需求不斷加大，堿激發(fā)材料由于其獨特的性能，已成為海工混凝土研究的熱點。堿激發(fā)膠凝材料是在激發(fā)劑作用下礦渣微粉和粉煤灰等工業(yè)副產(chǎn)物通過溶解、水解、縮聚和固化等過程形成，具有共價鍵網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的膠凝材料［6］。堿激發(fā)材料硬化后，微觀結(jié)構(gòu)致密，漿體內(nèi)無Ca（OH）2和鈣礬石，不易與海水中鹽分發(fā)生反應(yīng)［7］；另外堿激發(fā)材料的合成機理與水泥水化機理不同，合成過程中放熱少，進一步減少材料內(nèi)部微裂紋等缺陷［8］，因此堿激發(fā)膠凝材料適用于制備海工混凝土［9，10］。通過向堿激發(fā)混凝土中摻加HQ型液態(tài)阻銹劑，提高堿激發(fā)混凝土的抗鋼筋銹蝕性能，促進堿激發(fā)混凝土在海洋工程中的應(yīng)用。

2　試驗材料和方案

制備砂漿的堿激發(fā)水泥由廣州譜夢新材料技術(shù)有限公司生產(chǎn)，主要成分為礦渣微粉，密度為2.73g/cm3，膠砂28d強度為47.7MPa，廣東韶關(guān)鋼鐵集團S95礦渣微粉，廈門艾思歐標(biāo)準砂有限公司生產(chǎn)標(biāo)準砂，5～25mm碎石，模數(shù)2.3的河沙，φ8光圓鋼筋，固態(tài)聚羧酸減水劑，市售HQ型阻銹劑。

為了比較HQ阻銹劑對堿激發(fā)混凝土的影響，選定一定強度等級和流動度混凝土，空白組不參加阻銹劑，通過工作性能、力學(xué)性能、碳化性能、凝結(jié)時間等測試，結(jié)合砂漿的加速鋼筋銹蝕測試、掃描電鏡分析、孔徑分析，綜合比較了HQ阻銹劑對堿激發(fā)水泥混凝土的影響?；炷梁蜕皾{配合比分別為表1、表2。

表1　混凝土配合比（kg）

表2　砂漿配合比（g）

3　結(jié)果與分析

3.1新拌混凝土工作性能和凝結(jié)時間測試

按照GB/T50080-2002《普通混凝土拌和物性能試驗方法》規(guī)定的方法測定混凝土的坍落度和凝結(jié)時間。新拌混凝土的坍落度和凝結(jié)時間結(jié)果如表3。

表3　混凝土工作性能和凝結(jié)時間

混凝土拌合物工作性能和凝結(jié)時間測試結(jié)果表明，摻加HQ阻銹劑混凝土流動性較好，凝結(jié)時間較空白組縮短。

3.2混凝土力學(xué)性能測試

根據(jù)《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準》的規(guī)定，測定兩組混凝土試樣的3d、7d、14d和28d抗壓強度，結(jié)果如表4：

表4　混凝土強度發(fā)展（MPa）

表4可以看出堿激發(fā)混凝土早期強度較高，強度發(fā)展良好，摻HQ阻銹劑對混凝土強度的影響較小，由于阻銹劑有促凝的作用，因此早期強度較控制組試樣略高，后期摻阻銹劑試樣強度和控制組相近。

3.3混凝土碳化深度測試

抗碳化性能是影響混凝土耐久性的最重要因素之一，碳化會降低混凝土的pH值，導(dǎo)致鋼筋銹蝕。參照GB/T50082-2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標(biāo)準》，自然條件下養(yǎng)護28d、標(biāo)準養(yǎng)護28d和84d試樣進行加速碳化試驗，加速碳化7d時，劈開試樣，噴灑酒精酚酞試劑，測試堿激發(fā)混凝土的碳化深度。測試結(jié)果如圖1、表5：

圖1　堿激發(fā)混凝土7d碳化深度測試

表5　混凝土碳化深度（mm）

由圖1、表5可以看出，阻銹劑對混凝土抗碳化性能無顯著影響，摻阻銹劑和控制組試樣標(biāo)準養(yǎng)護28d和84d，7d加速碳化后，碳化深度均略有降低，摻阻銹劑試樣拆模后自然條件下養(yǎng)護28d，7d加速碳化后碳化深度為24.6mm，約是水中養(yǎng)護試樣的2倍，碳化速度非?？欤虼俗桎P劑用于堿激發(fā)混凝土?xí)r，須注意養(yǎng)護制度。

3.4砂漿自由氯離子含量測量

目前，鮮有堿激發(fā)水泥與氯離子結(jié)合能力的研究，因此開展了砂漿自由氯離子含量測試。向兩組膠砂中分別加入質(zhì)量分數(shù)為0.8901%（占膠材量）的氯離子，分別養(yǎng)護1d、3d、7d、28d后，測試砂漿內(nèi)自由氯離子含量（砂漿內(nèi)固有自由氯離子可以忽略不計），結(jié)果如表6。

表6　對比砂漿不同齡期自由氯離子含量

由表6可以得出，初始氯離子含量相同的情況下，各齡期堿激發(fā)砂漿內(nèi)自由氯離子含量均相近，1d、3d齡期摻阻銹劑膠砂中自由氯離子含量略低，阻銹劑的加入對氯離子的固化無顯著影響。

3.5砂漿鋼筋銹蝕性能測試

參照SL352-2006《水工混凝土試驗規(guī)程》測試堿激發(fā)水泥砂漿的鋼筋銹蝕性能。堿激發(fā)砂漿試樣在模擬海水中分別干濕循環(huán)12次和30次后劈開，鋼筋經(jīng)過清洗、干燥后稱其質(zhì)量，計算鋼筋失重率，失重率試驗結(jié)果如表7和圖2：

表7　不同次數(shù)干濕循環(huán)后鋼筋失重率（%）

圖2　30次干濕循環(huán)后鋼筋銹蝕

從圖2和表7可以看出干濕循環(huán)12次時，摻阻銹劑堿激發(fā)試樣和控制組試樣失重率為0.7%和0.9%。30次循環(huán)后空白組堿激發(fā)試樣，鋼筋已嚴重銹蝕，失重率達2.8%，而摻加HQ型阻銹劑試樣，失重率增加較少，砂漿內(nèi)鋼筋僅兩端銹蝕。堿激發(fā)水泥砂漿由于海水拌合，砂漿內(nèi)氯離子初始含量很高，早期鋼筋已發(fā)生部分銹蝕，由于阻銹劑的抑制作用和砂漿密實程度的提高，鋼筋失重率的增長緩慢。

3.6SEM測試

摻加HQ阻銹劑膠砂試樣與空白組膠砂試樣養(yǎng)護至28d時，取樣，經(jīng)過酒精浸泡、烘干后做SEM測試，測試結(jié)果如圖3。

圖3　堿激發(fā)砂漿SEM分析

從圖3看出，摻加阻銹劑后漿體內(nèi)出現(xiàn)一層薄膜狀，漿體更加密實，海水中氯離子較難滲入，因此表現(xiàn)出較強的抗鋼筋銹蝕性能。

3.7砂漿孔徑分布測試

分別取干濕循環(huán)后砂漿試樣，經(jīng)過無水乙醇浸泡、烘干后，進行MIP測試，測試結(jié)果如圖4。

圖4　砂漿孔徑分布

M0、MH試樣漿體的總孔隙率分別為8.2539%、7.6283%。從圖4可以看出MH試樣粒徑分布圖左移，小孔徑孔較多，總孔隙率較小，氯離子較難滲透進入，因此，海水中干濕循環(huán)后，鋼筋銹蝕程度較小。因此HQ阻銹劑適用于堿激發(fā)水泥混凝土，特別是海洋環(huán)境下。

4　結(jié)論

⑴堿激發(fā)膠凝材料中加入HQ型阻銹劑對混凝土的力學(xué)性能、碳化及砂漿各齡期自由氯離子含量無顯著影響。

⑵堿激發(fā)水泥混凝土摻阻銹劑試樣拆模后自然條件下養(yǎng)護，加速碳化后碳化深度約是水中養(yǎng)護試樣的2倍，因此阻銹劑用于堿激發(fā)混凝土?xí)r，須注意養(yǎng)護制度。

⑶HQ型阻銹劑的加入可以改善堿激發(fā)水泥混凝土的工作性能、縮短混凝土凝結(jié)時間。

⑷HQ型阻銹劑改善漿體的孔徑分布、降低總孔隙率，使水泥漿體更加密實，從而可以提高堿激發(fā)水泥混凝土的抗鋼筋銹蝕性能。●

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