混合材對(duì)普通硅酸鹽水泥抗Cl-滲透性能影響的試驗(yàn)研究

崔博，鄭斌

（山東魯碧建材有限公司，山東 濟(jì)南 271100）

0 前言

近年來(lái)，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性已成為工程界重要的研究課題，而氯離子是威脅鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的重要因素之一[1-2]。氯離子滲入混凝土保護(hù)層中，并在鋼筋表面累積，當(dāng)鋼筋表面氯離子達(dá)到一定濃度后，鋼筋開(kāi)始發(fā)生銹蝕，銹蝕產(chǎn)物產(chǎn)生的體積膨脹，引起混凝土產(chǎn)生順筋脹裂、層裂和剝落破壞，破壞后的混凝土又加速了氯離子的滲入，鋼筋發(fā)生進(jìn)一步的銹蝕，形成惡性循環(huán)，從而嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)物使用功能及使用壽命[3-4]。

普通硅酸鹽水泥中使用的混合材種類主要有：粉煤灰、礦渣、磷渣、沸石粉、火山灰、硅灰等。目前在水泥中使用效果較好的混合材是礦渣、粉煤灰和硅灰[5-6]，本文研究了這三種混合材（粉煤灰、礦渣和硅灰）不同摻量及相互復(fù)摻時(shí)對(duì)普通硅酸鹽水泥砂漿抗Cl-滲透性能的影響，以及對(duì)普通硅酸鹽水泥凈漿微觀結(jié)構(gòu)及性能的影響。

1 試驗(yàn)原材料與試驗(yàn)方法、試驗(yàn)儀器

1.1 試驗(yàn)原材料

山東濟(jì)南山水水泥集團(tuán)普通硅酸鹽水泥；山東濟(jì)南濟(jì)鋼 S95 級(jí)礦渣；山東濟(jì)南黃臺(tái)電廠Ⅱ級(jí)粉煤灰；山東淄博硅灰；標(biāo)準(zhǔn)砂（ISO）。普通硅酸鹽水泥、礦渣、粉煤灰和硅灰的化學(xué)成分見(jiàn)表1。

1.2 試驗(yàn)方法

水泥砂漿試驗(yàn)按 ISO 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，其中：水灰比為0.5，灰砂比為 1:3。

水泥凈漿試驗(yàn)按 ISO 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，其中：水灰比為0.29。

Cl-滲透性試驗(yàn)按 NEL-KDU 型混凝土滲透性檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行，本文利用砂漿試驗(yàn)進(jìn)行測(cè)試，其中：水灰比為 0.5，灰砂比為 1:3，用 100mm×100mm×100mm試模成型，養(yǎng)護(hù)至 28d 以后，切割成形狀為 100mm×100mm×50mm 試塊，然后用 4mol/L 的 Cl-溶液浸泡24h，測(cè) Cl-擴(kuò)散系數(shù)。

1.3 試驗(yàn)儀器

砂漿攪拌機(jī)，S-15，滄州路成儀器設(shè)備有限公司；砂漿振動(dòng)臺(tái)，SZ-2，滄州路成儀器設(shè)備有限公司；電子萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)壓力機(jī)，CMT5504，美特斯工業(yè)系統(tǒng)（中國(guó)）有限公司；AL204 電子天平和 DJ 系列電子天平，季爾國(guó)際貿(mào)易（上海）有限公司；抗壓強(qiáng)度試件試模等。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 混合材對(duì)普通硅酸鹽水泥抗 Cl- 滲透性影響

表1 膠凝材料的化學(xué)成分 %

表2 是單摻不同混合材的普通硅酸鹽水泥砂漿（28d）Cl-擴(kuò)散系數(shù)的試驗(yàn)結(jié)果。表3 和圖1 是不同混合材復(fù)摻（混合材摻量為 20wt.%）的普通硅酸鹽水泥砂漿（28d）Cl-擴(kuò)散系數(shù)的試驗(yàn)結(jié)果。

表3 不同混合材復(fù)摻 Cl- 擴(kuò)散系數(shù)(×10-14m2/s)

從表2 中可以看出：摻入混合材后，普通硅酸鹽水泥硬化漿體中 Cl-擴(kuò)散系數(shù)都會(huì)降低，并且隨著摻量的增加，其 Cl-擴(kuò)散系數(shù)隨之降低。摻礦渣的降低最快，摻粉煤灰的降低次之，摻硅灰的降低最慢；但當(dāng)?shù)V渣的摻量達(dá)到 40% 時(shí)，其 Cl-擴(kuò)散系數(shù)變化不大。從表2 數(shù)據(jù)還可以看出：在相同摻量下，摻硅灰的 Cl-擴(kuò)散系數(shù)最小，摻礦渣的 Cl-擴(kuò)散系數(shù)次之，而摻粉煤灰的 Cl-擴(kuò)散系數(shù)最大。

圖1 不同混合材復(fù)摻以對(duì)砂漿 Cl- 擴(kuò)散系數(shù)的影響

從表3 和圖1 中可以看出：硅灰與礦渣復(fù)摻、硅灰與粉煤灰復(fù)摻、礦渣與粉煤灰復(fù)摻，都比對(duì)應(yīng)的單摻硅灰、礦渣、粉煤灰的好。并且復(fù)摻時(shí)都存在最佳復(fù)摻比1:1，其中硅灰與礦渣復(fù)摻時(shí)最好，硅灰與粉煤灰復(fù)摻時(shí)次之，礦渣與粉煤灰復(fù)摻時(shí)最差。

2.2 孔結(jié)構(gòu)分析

分別對(duì)摻不同摻合料的七組試樣的 3d 水化產(chǎn)物進(jìn)行孔結(jié)構(gòu)分析。試驗(yàn)結(jié)果如表4。

從表4 中可以看出：普通硅酸鹽水泥中摻入混合材后，總孔體積有不同程度的改善，不同孔徑的孔分布發(fā)生改變，但都使水泥漿體結(jié)構(gòu)小孔增多，大孔減少，從而使結(jié)構(gòu)致密。從表4 中還可以看出：復(fù)摻的效果比各自單摻的效果好，當(dāng)混合材單摻時(shí)，摻硅灰的效果最好，摻礦渣次之，摻粉煤灰最差。當(dāng)復(fù)摻時(shí)，硅灰與礦渣（1:1）復(fù)摻效果最好，硅灰與粉煤灰（1:1）復(fù)摻效果次之，礦渣與粉煤灰（1:1）復(fù)摻效果最差。這是因?yàn)榛旌喜念w粒（微集料效應(yīng)）填充水泥漿體的孔隙，使得基體達(dá)到緊密堆積，同時(shí)發(fā)生二次水化反應(yīng)（火山灰效應(yīng)）生成的水化產(chǎn)物 C-S-H 凝膠填充在水泥石顆粒、未水化水泥顆粒之間，細(xì)化孔徑，改善了界面結(jié)合，減少了微裂紋的數(shù)量，從而降低了孔隙率，減少了離子擴(kuò)散的通道，而且有害孔的數(shù)目比沒(méi)加混合材的漿體內(nèi)的要少得多。因此，加混合材的砂漿的抗 Cl-滲透性明顯優(yōu)于未加混合材的砂漿。

表4 各試樣水泥漿體的孔結(jié)構(gòu)分析

3 結(jié)論

（1）摻入混合材后的普通硅酸鹽水泥漿體微觀結(jié)構(gòu)得到改善，結(jié)構(gòu)致密，抗 Cl-滲透性能力提高。作用效果為：硅灰＞礦渣＞粉煤灰。

（2）當(dāng)三種混合材復(fù)摻時(shí)，使普通硅酸鹽水泥漿體微觀結(jié)構(gòu)更加致密，抗 Cl-滲透性能力都比相應(yīng)單摻時(shí)較好，其作用效果為：硅灰與礦渣復(fù)摻＞硅灰與粉煤灰復(fù)摻＞礦渣與粉煤灰復(fù)摻。且存在最佳復(fù)摻比，都為1:1。