偏高嶺土砂漿耐久性研究

劉興平，丁華柱，都增延，陳源偉，周白露

（1重慶市慧江混凝土有限公司，重慶400063；2重慶朝國混凝土有限責任公司，重慶401433；3重慶建工建材物流有限公司，重慶401122；4重慶緯駿水泥制品有限責任公司，重慶401519；5重慶馳旭混凝土有限公司，重慶402247）

偏高嶺土砂漿耐久性研究

劉興平1，丁華柱2，都增延3，陳源偉4，周白露5

（1重慶市慧江混凝土有限公司，重慶400063；2重慶朝國混凝土有限責任公司，重慶401433；3重慶建工建材物流有限公司，重慶401122；4重慶緯駿水泥制品有限責任公司，重慶401519；5重慶馳旭混凝土有限公司，重慶402247）

偏高嶺土組成穩(wěn)定，來源廣泛，作為水泥混凝土礦物摻合料，其火山灰活性可以與硅灰相當，因此采用偏高嶺土來制備高性能混凝土的潛力巨大。該試驗研究了0%、10%和30%三種偏高嶺土摻量下的水泥膠砂試件在鹽酸侵蝕和硫酸鹽侵蝕兩種侵蝕環(huán)境下的耐久性和抗壓強度、抗折強度。結果表明：當偏高嶺土摻量為10%時，能夠顯著提高水泥混凝土的耐久性和抗壓強度、抗折強度，特別是抗硫酸鹽侵蝕性能；而偏高嶺土摻量達到30%時，其改善效果反而不及10%摻量。

偏高嶺土；酸侵蝕；硫酸鹽侵蝕；火山灰質材料；混凝土耐久性

近年來，火山灰質材料被廣泛使用，在于火山灰質材料能夠明顯地降低碳排放、降低混凝土成本以及降低混凝土水化放熱，同時能夠降低混凝土滲透性，提高混凝土的耐久性[1-9]。偏高嶺土是一種重要的火山灰質材料，能夠顯著提高水泥基材料的強度和耐久性。英國、美國、法國等國家近些年來也不斷地在研究偏高嶺土，已經(jīng)初步研究了其對水泥混凝土力學性能的影響。美國學者Caidrone[10-11]及Gruber K.A[12-13]通過對比摻加不同摻量偏高嶺土和硅灰粉后水泥膠砂的力學性能，研究表明：摻加相同摻量的偏高嶺土水泥的性能可以與摻加硅灰的水泥性能相媲美；同時，國內外其他研究也表明[14-20]偏高嶺土對于水泥混凝土耐久性的改善有不同程度的提高。因此，偏高嶺土有希望取代硅灰，從而成為新一代的高活性礦物摻合料。

在混凝土化學侵蝕中，硫酸鹽侵蝕和鹽酸侵蝕是較為嚴重的侵蝕類型。硫酸鹽侵蝕中，硫酸鹽主要來源于土壤、地下水以及海水，其主要導致混凝土長期耐久性的失效，造成混凝土膨脹、開裂直至混凝土結構崩潰。硫酸鹽能夠與混凝土中的氫氧化鈣發(fā)生一系列的化學反應生成石膏和鈣礬石等，同時也會侵蝕C-S-H凝膠。硫酸鹽侵蝕程度主要受硫酸根離子濃度、環(huán)境溫度、水泥組成、水膠比、混凝土孔隙率以及是否使用礦物摻合料。當混凝土遭受酸侵蝕時，其侵蝕速度非?？?，酸會溶解混凝土中的氫氧化鈣和C-S-H凝膠導致混凝土鈣流失，其侵蝕程度主要受酸的種類和濃度影響。

該試驗的化學侵蝕環(huán)境采用硫酸鈉溶液和鹽酸溶液進行模擬混凝土遭受硫酸鹽侵蝕和酸腐蝕環(huán)境，以研究偏高嶺土對水泥混凝土耐久性的影響。

1 試驗原材料及方法

1.1 原材料

水泥采用重慶天助P·O 42.5R普通硅酸鹽水泥，偏高嶺土采用湖南超牌，水泥及偏高嶺土化學組成見表1。

細集料采用天然砂，細度模數(shù)2.7；水：自來水。

1.2 試驗方法

試驗分組見表2，其中偏高嶺土摻量為等量取代水泥，侵蝕溶液為硫酸鈉溶液和鹽酸溶液，濃度均為5wt%質量濃度。按0.5水膠比成型40mm×40mm×160mm的標準砂漿試件，試件成型24h后拆模，放置標養(yǎng)環(huán)境養(yǎng)護至28d后，分別全浸泡在侵蝕溶液中。

表2 試件分組

2 試驗結果與討論

2.1 鹽酸侵蝕耐久性

圖1為各組試件浸泡在鹽酸溶液中隨齡期變化的質量損失圖。從圖1可看出，在侵蝕齡期內，三組試件均出現(xiàn)了明顯的質量損失，其中未摻偏高嶺土的試件質量損失最明顯，達到12.6%；偏高嶺土摻量10%時質量損失最低，為3.8%。從質量損失中可得出三組試件的耐久性：H10＞H30＞H0。

圖1 鹽酸侵蝕環(huán)境下質量損失

為了進一步驗證三組試件在鹽酸侵蝕環(huán)境下的耐久性，以清水全浸泡為基準組測試了90d侵蝕齡期內六組試件的抗壓強度和抗折強度，結果如圖2和圖3所示。偏高嶺土摻量0%和30%兩組試件在侵蝕90d齡期內，其抗壓強度降低幅度最明顯，且兩組試件的抗壓強度幾乎沒有差別，而在清水浸泡中，三組不同摻量的偏高嶺土試件抗壓強度均出現(xiàn)了明顯的增長；在清水浸泡和鹽酸浸泡環(huán)境中，偏高嶺土摻量10%時，試件的抗壓強度最高；在圖3抗折強度結果中，其變化規(guī)律與抗壓強度類似，在鹽酸環(huán)境下試件的抗折強度出現(xiàn)了明顯降低，結果與圖1質量損失結果類似，表明偏高嶺土摻量10%時，試件具有最好的耐久性。

圖2 鹽酸侵蝕環(huán)境下抗壓強度

圖3 鹽酸侵蝕環(huán)境下抗折強度

三組試件浸泡在鹽酸溶液中，抗壓強度出現(xiàn)明顯降低主要在于：鹽酸能夠與試件內部的氫氧化鈣發(fā)生化學反應生成氯化鈣（化學反應（1）和（2）），從而將鈣離子析出，隨pH的持續(xù)降低，鈣礬石、C-S-H凝膠等均會逐漸被分解，Ca/Si比明顯降低，從而大幅度降低試件的抗壓強度。

2.2 硫酸鹽侵蝕耐久性

基于此，本文針對兩端式同軌雙車運行模式的貨位分配問題進行研究，根據(jù)貨位優(yōu)先級確定待選貨位，建立適合該模式的貨位分配模型，運用集成多目標生物地理學優(yōu)化(Ensemble Multi-objective Biogeography-Based Optimization, EMBBO)算法優(yōu)化求解，從而提高大型工業(yè)立體倉庫的存儲效率及其結構穩(wěn)定性。

圖4為硫酸鹽侵蝕環(huán)境下三組試件的質量損失。從圖4看出，硫酸鹽侵蝕早期三組試件的質量均出現(xiàn)了增長，主要在于早期有大量的硫酸鹽擴散進入試件，增加了試件的密實度和質量；質量增長最大的是未摻偏高嶺土組試件，表明該組試件內部結構相比于其他兩組試件更疏松，偏高嶺土的摻入能夠明顯改善水泥混凝土的密實性，相比于未摻試件，其硫酸鹽擴散進入的量少。在180d侵蝕齡期內，未摻偏高嶺土試件質量損失最明顯，其硫酸鹽侵蝕破壞程度遠高于其他兩組試件。10%摻量的偏高嶺土試件質量損失最小，其次為30%摻量的偏高嶺土試件，并且摻入偏高嶺土后，試件的質量損失均較小，在侵蝕180d時質量損失均不超過0.2%。三組試件在硫酸鹽侵蝕環(huán)境下的質量損失變化規(guī)律與鹽酸侵蝕環(huán)境下類似，均是10%摻量的偏高嶺土試件具有最好的耐久性。

圖5 和圖6分別為硫酸鹽侵蝕環(huán)境下和清水對比下六組試件的抗壓強度和抗折強度。從圖5可看出，在整個試驗齡期內，六組試件的抗壓強度和抗折強度在試驗早期均出現(xiàn)了不同程度的增長，摻有偏高嶺土的試件的抗壓強度和抗折強度增加更加明顯，表明偏高嶺土能夠明顯地改善水泥混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性能。在硫酸鹽侵蝕環(huán)境中，試件早期齡期強度的增長主要在于硫酸鹽的大量擴散以及早期的硫酸鹽侵蝕產(chǎn)物石膏和鈣礬石等在一定程度上密實了試件內部結構，后期的強度降低則是大量的侵蝕產(chǎn)物吸水膨脹導致內部裂縫增多以及C-S-H凝膠被侵蝕。同時，無論是在清水浸泡還是在硫酸鹽浸泡中，10%摻量的偏高嶺土試件抗壓強度增長均是最大，其測試結果與圖2中類似，即水泥混凝土中偏高嶺土摻量為10%時，水泥混凝土的耐久性能和力學性能最好，而偏高嶺土摻量達到30%時，其耐久性能和抗壓強度反而不如10%摻量。

圖5 硫酸鹽侵蝕環(huán)境下抗壓強度

圖6 硫酸鹽侵蝕環(huán)境下抗折強度

水泥混凝土中加入偏高嶺土后，首先是偏高嶺土的二次水化反應能夠消耗水泥混凝土中的氫氧化鈣，生成新的C-S-H凝膠，增加水泥混凝土的密實性；同時，偏高嶺土自身也具有密實效果，使水泥混凝土更加密實，從而有利于提高水泥混凝土的耐久性和抗壓強度。當偏高嶺土摻量過高時，則是相對的降低了整個體系的水泥含量，降低了整個水泥混凝土內部的堿性環(huán)境，在侵蝕環(huán)境中反而不利于水泥混凝土的后續(xù)耐久性和抗壓強度。

3 結論

（1）在鹽酸侵蝕和硫酸鹽侵蝕兩種侵蝕環(huán)境中，偏高嶺土10%摻量時試件質量損失最小，抗壓強度和抗折強度最高，其次是30%摻量的偏高嶺土試件。

（2）鹽酸侵蝕主要造成的是水泥混凝土的溶蝕破壞，酸性環(huán)境能夠直接反應水泥混凝土中的氫氧化鈣和溶解C-SH凝膠，從而造成水泥混凝土嚴重破壞。

（3）在侵蝕環(huán)境中偏高嶺土能夠明顯降低水泥混凝土的質量損失，提高水泥混凝土的抗壓強度和抗折強度，特別是能夠大幅度改善水泥混凝土的抗硫酸鹽侵蝕能力。

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責任編輯:孫蘇,李紅

窗外鋼結構面層材料做法

城市建設中，過街天橋及建筑連廊等室外建筑均大量采用鋼結構，然而在面層材料選擇時，往往忽略鋼結構的以下三個特點。

（1）鋼結構質量輕，柔性好，使用中有顫動。

（2）若在室外用硬質地材料與其緊密結合，會因熱脹冷縮性能不同而導致面層材料與基層脫離。

（3）鋼結構承載能力較差，面層材料須盡量選輕質材料。

結合以上特點，室外鋼結構建筑的面層材料不宜選用地磚、石材等硬質地材料，可選擇軟木構件、塑料地板等柔性材料，考慮室外鋼結構的美觀、防滑、實用、耐候、耐用的要求，面層選擇可用以下構造。

（1）鋪設5mm厚聚氨酯硅PU塑膠面層，簡單易行，荷載也不會超過設計要求。

（2）噴涂室外地坪漆，能達到優(yōu)異的耐候性和裝飾性。

（3）鋪設PVC室外塑料地板，裝飾性與實用性一體。

（4）園林效果可鋪設木質平臺塊，塊材間用室外膠連接固定。

以上是常用的室外鋼結構面層做法，只要遵循鋼結構和面層材料的性能特點，就可選出更多符合條件的面層材料。

Study on Durability of Metakaolin Mortar

Metakaolin is component stable and widely available,and its pozzolanic activity is comparable with that of silica fume when used as a mineral admixture for cement concrete,so it has great potentiality to be applied to produce high performance concrete.This research studies the durability,compressive strength and flexural strength of cement mortar specimens with 0%,10%and 30%of metakaolin content under the two different corrosion conditions of hydrochloric acid attack and sulfate attack.The results show that when the admixture of metakaolin is 10%,the durability,compressive strength and flexural strengthof cement concrete can be dramatically improved,especially its sulfate resistance performance,but when the admixture of metakaolin reaches 30%,its improvement effect weakens than that of 10%.

metakaolin;hydrochloric acid attack;sulphate attack;pozzolanic materials;concrete durability

TU528.1

A

1671-9107（2017）09-0055-04

10.3969／j.issn.1671-9107.2017.09.055

2017-03-19

劉興平（1976-），男，四川安岳人，本科，工程師，從事預拌混凝土技術質量管理。