水灰比對硫鋁酸鹽水泥基高性能混凝土性能的影響

王昱涵 董 浩

（青島魯碧混凝土工程有限公司，山東 青島 266100）

1 引言

硫鋁酸鹽水泥基高性能混凝土具有快硬、早強、微膨脹、抗?jié)B、抗凍及耐蝕性等特性，其在寒冷地區(qū)、港口、碼頭、鹽堿地區(qū)及水工等工程中具有獨特的優(yōu)勢。硫鋁酸鹽水泥自面世以來，以其早強、高強、高抗?jié)B、高抗凍、耐蝕、低堿度等特點在各種工程（如沿海大橋、搶修路面等）中得到廣泛應(yīng)用，特別是在冬季施工、水利工程、修補工程等特殊工程中應(yīng)用，更能發(fā)揮其優(yōu)良的性能。但是，目前硫鋁酸鹽水泥基高性能混凝土的研究相對較少。

本文主要研究水灰比對硫鋁酸鹽水泥基高性能混凝土性能的影響，包括抗壓強度和抗碳化性，并利用SEM對其進(jìn)行微觀機理分析，以便為硫鋁酸鹽水泥在工程中的應(yīng)用提供一定的技術(shù)指導(dǎo)。

2 原材料與試驗儀器

2.1 原材料

（1）水泥：硫鋁酸鹽水泥(R·SAC42.5)，山東省濟(jì)南市某廠產(chǎn)。

（2）礦粉：S95級礦渣，流動度比116%，山東省日照市日鋼廠產(chǎn)。

（3）粉煤灰：Ⅱ級粉煤灰，山東省青島市發(fā)電廠產(chǎn)。

（4）砂：河砂，細(xì)度模數(shù)2.65，含泥量1.3%，山東省青島市萊西某砂廠產(chǎn)。

（5）石子：5～31.5mm連續(xù)級配碎石，山東省青島市城陽某石料廠產(chǎn)。

表1為硫鋁酸鹽水泥(R·SAC42.5)、礦粉和粉煤灰的化學(xué)成分。

表1 硫鋁酸鹽水泥、礦粉、粉煤灰的化學(xué)成分

2.2 試驗儀器

強制式混凝土攪拌機SJ-60、混凝土振動臺T5、萬能實驗壓力機SY6、全自動抗?jié)B儀ST1等。

3 結(jié)果和分析

硫鋁酸鹽水泥基高性能混凝土配合比見表2。

表2 硫鋁酸鹽水泥基高性能混凝土配合比（不同水灰比下）

3.1 水灰比對硫鋁酸鹽水泥基高性能混凝土力學(xué)性能的影響

表3和圖1為水灰比對硫鋁酸鹽水泥基高性能混凝土抗壓強度影響的實驗結(jié)果。

表3 水灰比對硫鋁酸鹽水泥基高性能混凝土抗壓強度的影響

圖1 水灰比對硫鋁酸鹽水泥基高性能混凝土抗壓強度的影響

從表3和圖1中可以看出：隨著水灰比的不斷增加，硫鋁酸鹽水泥基高性能混凝土早期和后期強度隨之下降，即水灰比越大其強度越低；硫鋁酸鹽水泥基高性能混凝土具有較高的早期強度，尤其是低水灰比的早強更明顯。例如，以28d強度為基準(zhǔn)，水灰比為0.33的4#試樣，1d強度可達(dá)72%以上，3d強度可達(dá)81%以上；而水灰比為0.49的1#試樣，1d強度只有50%，3d強度只有65%。另外，硫鋁酸鹽水泥基高性能混凝土半年（6個月）強度仍在增長，即強度長期穩(wěn)定性高。

3.2 水灰比對硫鋁酸鹽水泥基高性能混凝土抗碳化性能的影響

3.2.1 水灰比對硫鋁酸鹽水泥基高性能混凝土碳化深度的影響

圖2是水灰比對硫鋁酸鹽水泥基高性能混凝土碳化深度影響的實驗結(jié)果。

圖2 水灰比對硫鋁酸鹽水泥基高性能混凝土碳化深度影響的試驗結(jié)果

從圖2中可以看出：硫鋁酸鹽水泥基高性能混凝土碳化深度隨著水灰比的減少而降低，隨著碳化時間的延長而增大，即水灰比越小碳化深度越小，碳化時間越長碳化深度越大。這是因為水灰比是影響混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的重要因素，水灰比越大，混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的孔隙越多，連通孔越多，混凝土內(nèi)部越不密實，CO2在其中就越易擴散，因而碳化速度也就越快。

3.2.2 水灰比對硫鋁酸鹽水泥基高性能混凝土碳化前后強度的影響

圖3為水灰比對硫鋁酸鹽水泥基高性能混凝土碳化或未碳化強度影響的實驗結(jié)果。

圖3 水灰比對硫鋁酸鹽水泥基高性能混凝土碳化前后強度影響的實驗結(jié)果

從圖3中可以看出：硫鋁酸鹽水泥基高性能混凝土未碳化的強度，在相同水灰比下隨著養(yǎng)護(hù)齡期的延長而增大，在相同養(yǎng)護(hù)齡期下隨著水灰比的減小而增大；硫鋁酸鹽水泥基高性能混凝土碳化的強度，在相同養(yǎng)護(hù)齡期下隨著水灰比的減小而增大；而在相同水灰比下與碳化齡期關(guān)系復(fù)雜，當(dāng)水灰比為0.38～0.49時，碳化后的強度低于未碳化的強度，特別是水灰比為0.49時比效明顯，當(dāng)水灰比為0.33～0.35時，碳化后的強度高于未碳化的強度，這可能是影響水灰比對硫鋁酸鹽水泥基高性能混凝土抗碳化性能的原因，即硫鋁酸鹽水泥基高性能混凝土水灰比越低其抗碳化能力越高。

3.3 水灰比對硫鋁酸鹽水泥基高性能混凝土抗碳化性的SEM微觀分析

圖4(a)、(b)、(c)、(d)分別是不同水灰比下硫鋁酸鹽水泥基高性能混凝土水化7d的SEM圖。

從圖4中可知：隨著水灰比的不斷增加，其硬化漿體-骨料之間的水化膜逐漸變厚，兩者的結(jié)合變差，水化產(chǎn)物模糊，分布無規(guī)律，水化產(chǎn)物之間的搭結(jié)松散，即硫鋁酸鹽水泥基高性能混凝土水灰比越小，混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)越致密，孔隙率越小，孔徑分布越合理，從而提高混凝土的強度、抗?jié)B性和抗碳化性等耐久性能。

圖4 不同水灰比下硫鋁酸鹽水泥基高性能混凝土水化7d的SEM圖

4 結(jié)語

（1）隨著水灰比的不斷增加，硫鋁酸鹽水泥基高性能混凝土早期和后期強度逐漸下降，即水灰比越小混凝土抗壓強度越高。

（2）隨著水灰比的不斷增加，硫鋁酸鹽水泥基高性能混凝土抗碳化性逐漸下降，即水灰比越小其混凝土抗碳化性能越強。

（3）SEM微觀分析表明：隨著水灰比的下降，其硫鋁酸鹽水泥基高性能混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)更致密、孔隙減少、孔徑分布更加合理。