大摻量礦物摻合料混凝土的抗凍性研究

劉玲 張志影

0 引言

在實(shí)際研究過程中，國(guó)內(nèi)學(xué)者致力于對(duì)混凝土強(qiáng)度以及氯離子擴(kuò)散系數(shù)、氣體滲透性系數(shù)等混凝土滲透性相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行研究。特別是隨著礦物摻合料在混凝土中的廣泛采用，大摻量礦物摻合料混凝土在各大工程中的應(yīng)用程度不斷提升。相對(duì)來說，我國(guó)對(duì)大摻量礦物摻合料混凝土的抗凍性、強(qiáng)度以及滲透性能相關(guān)方面的研究仍然較少，現(xiàn)有研究報(bào)告大多是采用單一的測(cè)試方法對(duì)混凝土的耐久性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。由于混凝土抗凍性試驗(yàn)需要消耗大量時(shí)間，試驗(yàn)過程中需要用到非常專業(yè)的設(shè)備，因此積極探索可以反應(yīng)混凝土抗凍性的相關(guān)試驗(yàn)有著很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。

1 大摻量礦物摻合料混凝土的特點(diǎn)

通常情況下，制備大摻量礦物摻合料混凝土?xí)r需要關(guān)注整體的配合比，大摻量礦物摻合料混凝土中膠凝材料用量較大，而水泥材料用量較少，這樣就和傳統(tǒng)的混凝土產(chǎn)生了結(jié)構(gòu)和性能上的變化。起初強(qiáng)度發(fā)展較慢，到了后期強(qiáng)度也不高，但是大摻量礦物摻合料混凝土的干縮較大，存在水化溫升值較低的特點(diǎn)。礦物摻合料水化反應(yīng)受到溫度影響，溫度越高水化反應(yīng)越徹底，在大摻量礦物摻合料混凝土水化反應(yīng)中，摻入膨脹劑會(huì)使其反應(yīng)加快、實(shí)際強(qiáng)度更高，加上在制備中通常會(huì)采用一部分工業(yè)廢渣，減少了水泥的用量，整體上大摻量礦物摻合料混凝土在綠色生產(chǎn)、降低二氧化碳排放中都存在比較好的效益。

2 抗凍性大摻量礦物摻合料混凝土的制備試驗(yàn)內(nèi)容

2.1 原材料

采用亞泰鼎鹿42.5 水泥，該水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量為24.9%；采用匯豐新材料有限公司的Ⅰ級(jí)粉煤灰，需水量為93.0%，比表面積920cm/g；礦粉采用S95 級(jí)礦渣微粉，111%的流動(dòng)度比，比表面積430m/kg。原材料的具體化學(xué)成分見下表1 所示。

表1 原材料化學(xué)成分

選用5～20mm 連續(xù)粒碎石，將細(xì)度模數(shù)為2.60 的河砂作為細(xì)集料，使用聚羧酸系減水劑PCA。

2.2 配合比

以單摻30%粉煤灰、單摻45%礦渣和復(fù)摻15%粉煤灰、45%礦渣體系作為研究對(duì)象。另外在復(fù)摻15%粉煤灰以及45%礦渣體系中對(duì)分別對(duì)0.30、0.35 以及0.40 三種水膠比條件下的性能進(jìn)行研究，如下表2 所示，為混凝土實(shí)驗(yàn)室的配合比。

表2 混凝土實(shí)驗(yàn)室配合比（單位：kg·m3）

使用體積為110mm×110mm×400mm 的棱柱體試件開展試驗(yàn)，在試件脫模后放置于標(biāo)養(yǎng)室進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)24d 后取出，并將試件放置于溫度在20℃的水中，隨后將浸泡后的試件放入自動(dòng)動(dòng)融循環(huán)機(jī)中開啟混凝土凍融試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)過程中，每間隔25 凍融循環(huán)次數(shù)需要將試件從設(shè)備內(nèi)取出，使用動(dòng)彈儀對(duì)試模的橫向基頻以及動(dòng)彈模量進(jìn)行測(cè)量，并對(duì)混凝土試件的外觀進(jìn)行檢測(cè)，確保試件表面不存在損壞的現(xiàn)象。采用混凝土耐久性系數(shù)對(duì)試件抗凍性能進(jìn)行表征，如下為混凝土抗凍性能的計(jì)算公式：

其中：Kn 代表混凝土的耐久性系數(shù)，n 代表混凝土試件的凍融系數(shù)；P 代表混凝土試件在經(jīng)過n 此凍融循環(huán)后相對(duì)的動(dòng)態(tài)性模量。

在對(duì)混凝土進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)的過程中，主要采用100mm×100mm×100mm 的立方體試件，24h 脫模之后放置于標(biāo)養(yǎng)室標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)24d 后取出，主要對(duì)試件的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試。在養(yǎng)護(hù)一定期限后將混凝土試件切割成Φ100mm×500mm 的標(biāo)準(zhǔn)試件，在具體試驗(yàn)之前需要對(duì)混凝土試件進(jìn)行24h 的真空飽水處理。將混凝土試件置于橡膠筒并使用兩個(gè)環(huán)箍對(duì)試件進(jìn)行固定，尤其是需要保證混凝土試件側(cè)面的密封性，隨后需要將裝有混凝土試件的橡膠筒放置在試驗(yàn)槽中，在安裝了陽極板后需要將300ml 的0.2mol/L 的KOH 溶液注入橡膠筒中，需要保證混凝土試件表面以及陽性板完全置于KOH 溶液中。操作完成以后，需要在試驗(yàn)槽中注入含有5%的NaCl 的KOH 溶液，直到溶液和試驗(yàn)槽中的橡膠筒平行可停止注入。隨后接通30V直流電源，結(jié)合初始電流對(duì)通電時(shí)間進(jìn)行控制。在成功通電以后需要取出試件，并將混凝土試件置于壓力機(jī)上，使用壓力機(jī)將混凝土試件劈成兩個(gè)部分，并在劈開部位噴涂0.1mol/AgNQ3溶液，隨后對(duì)氯離子在混凝土試件上的滲透深度進(jìn)行測(cè)量，最終可以將氯離子的擴(kuò)散系數(shù)準(zhǔn)確計(jì)算出來。

參照ASTM C1202 開展電通實(shí)驗(yàn)，將測(cè)試電壓控制在60V，通電時(shí)間控制在6h。先將養(yǎng)護(hù)一定時(shí)間的試件置于真空飽水24h 以后，軸向施加60V 電壓，并在混凝土試件兩側(cè)的電解池分別放置濃度為3%的NaCl 溶液以及0.3mol/L 的NaOH 溶液。在正式進(jìn)行試驗(yàn)的過程中，首先需要對(duì)初始電流進(jìn)行記錄，隨后每隔5min 需要對(duì)通過混凝土試件的電流進(jìn)行記錄，試件維持在6h 左右，隨后根據(jù)這6h 的通電時(shí)間的電流拜年話對(duì)總電量Q 進(jìn)行計(jì)算。

參照ASTM C1585 開展毛細(xì)管吸附試驗(yàn)，將養(yǎng)護(hù)一定期限的混凝土試件放置到溫度為50℃的烘箱中，并將混凝土試件進(jìn)行烘干處理，隨后對(duì)混凝土試件的重量進(jìn)行測(cè)量，需要將測(cè)量精度控制在0.01g 以下，最后對(duì)試件浸水面的寬度以及直徑進(jìn)行測(cè)量，需要將測(cè)量精度控制在0.1mm 以下。保留混凝土試件兩側(cè)，使用石蠟對(duì)混凝土試件的其他側(cè)進(jìn)行密封處理，隨后將處理好的混凝土試件放置于特定容器中，并使用塑料薄膜對(duì)試件背水面表面進(jìn)行覆蓋處理，并需要嚴(yán)格將試驗(yàn)溫度控制在20℃左右，分別測(cè)定試件在0h、1h、2h、4h、6h、12h、24h 和56h 時(shí)段的毛細(xì)管吸水量，隨后使用線性回歸進(jìn)行分析，對(duì)毛細(xì)管吸附量I 以及S時(shí)間進(jìn)行相關(guān)性分析，最終將毛細(xì)管吸附率-mm/S計(jì)算出來。

3 抗凍性大摻量礦物摻合料混凝土施工技術(shù)應(yīng)用的注意事項(xiàng)

在施工過程中，要保證鋼筋混凝土筏板結(jié)構(gòu)的整體完整性，并達(dá)到相適應(yīng)的承載力，一般情況下會(huì)采用整體澆筑的形式，在澆筑完成之后，需要保證混凝土結(jié)構(gòu)的內(nèi)部溫度升溫情況處于正常范圍，如果存在內(nèi)部溫升過高的情況，就可能因?yàn)闇夭钸^大導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)裂縫。在混凝土水化硬化的時(shí)候會(huì)伴隨體積收縮，這樣一來，混凝土結(jié)構(gòu)中存在各種約束條件都可能影響混凝土的質(zhì)量。如果大摻量礦物摻合料混凝土整體體積收縮太大，就會(huì)出現(xiàn)混凝土開裂的問題，對(duì)于混凝土的承載力和耐久性都有較大的影響。如果要避免大摻量礦物摻合料混凝土開裂，就需要增加土地的耐久性，采用一定的礦物摻合料替代一定水泥，在制定混凝土混合比時(shí)，要適當(dāng)加入摻合料，降低水化熱升溫，增加混凝土后期的強(qiáng)度。通過有效的摻料配比，能讓整體混凝土的質(zhì)量更出色。

4 結(jié)語

總之，礦物摻合料的大量使用是高性能混凝土的重要發(fā)展途徑，這對(duì)于能源節(jié)約、環(huán)境改善有著非常重要的意義。不過在混凝土中摻加了礦物摻合料后，在非引氣條件下混凝土的抗凍性會(huì)呈現(xiàn)明顯下降趨勢(shì)，在實(shí)際工程中大摻量礦物摻合料混凝土是非引氣的，所以對(duì)大摻量礦物摻合料混凝土的抗凍性進(jìn)行研究具有非常重要的意義。