混合材料掺量对硫铝酸盐水泥混凝土氯离子渗透的影响

2010-08-19 00:00

　　摘要：通过对不同掺量混合材料制作的硫铝酸盐水泥混凝土氯离子渗透的比较，实验得出混合材料对得出硫铝酸盐水泥混凝土氯离子渗透的影响，为生产提供依据。

　　关键词：混合材料硫铝酸盐水泥混凝土、氯离子渗透

　　
　　1．前言

　　在资源、能源日益紧缺的今天，研制开发高性能、环保节能、能实现可持续发展的混凝土已成为时代的需要。至于此情况,矿渣、粉煤灰等作为掺和料代替部分水泥来制作混凝土进入人们的研究范围,并得到了广泛的应用。

　　硫铝酸盐水泥混凝土作为一与传统硅酸盐水泥相比更加具有早强、高强、抗冻、抗渗、耐侵蚀优势的混凝土，在海港等建筑也是广泛使用。本实验方案主要目的通过混合材料代替部分水泥来改善混凝土的对氯离子的抗侵蚀性能,为海港等建筑用混凝土生产提供依据。

　　实验计划通过用同掺量的1:1矿渣与粉煤灰的混合材来代替硫铝酸盐水泥制作混凝土，观察混凝土氯离子的渗透情况，为以后利用矿渣，粉煤灰的混合材料来代替硫铝酸盐制造混凝土提供数据及理论支持。

　　2.实验材料及指标

　　2.1水泥的选择

　　水泥作为最为重要的胶凝材料，它的性能对混凝土的性能有着举足轻重的影响。我们选用的是快硬早强硫铝酸盐水泥，其指标为1d抗压强度：41.5MPa;3d抗压强度：52.9MPa。

　　2.2骨料的选择

　　在混凝土中，石子粒径的大小、形状和类型直接影响了混凝土的性能。实验选用的石子来自于混凝土搅拌站。石子的粒径为5-20mm,种类为碎石。另外,选择细度模数为2.6的中砂作为细骨料。

　　2.3 掺和料的选择

　　矿渣的主要成分是硅酸钙（镁）和铝酸钙（镁），我们选用的矿渣符合国家标准GB/T 18046—2008《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》。

　　粉煤灰是由燃煤热电站烟囱收集的灰尘。其主要化学成分为SiO₂，Al₂O₃，Fe₂O₃，CaO等，主要物相为结晶体、玻璃体和少量未燃尽的炭粒。粉煤灰的活性主要来自低铁玻璃体，SiO₂和Al₂O₃是其主要活性成分。其主要指标为一级粉煤灰。本实验所用的混合材是将粉煤灰与矿渣按照1:1的比例用磨机混合而得到的。

　　2.4 外加剂的选择

　　实验选用两种外加剂：一种为SR3，另一种为调节剂。

　　3.实验方案及实验数据

　　3.1混凝土试样制备

　　混凝土是由硫铝酸盐水泥、砂、石、混合材料、外加剂，加水搅拌制得。组分的不同直接影响着混凝土的性能，因此，有必要对混凝土的各部分组成进行计算。本实验根据标准JGJ55-2000《普通混凝土配合设计规程》,确定水灰比分别为0.37、0.33和0.35，混凝土有共同的砂率即固定砂率为0.42。通过计算和试验得到的11组不同掺量混凝土数据见表3-1。

表3-1 各组混凝土的组分及坍落度

编号	水灰比 W/C	混和材掺量(%)	混和材 (kg)	石子 (kg)	砂子 (kg)	水泥 (kg)	用水量 (kg)	SR3含量 (%)	调节剂 (%)	坍落度(mm)
1	0.37	0	0	1063	770	450	166.5	1.2	0.13	210
2	0.37	10	45	1063	770	405	166.5	0.96	0.13	230
3	0.37	20	90	1063	770	360	166.5	0.64	0.13	220
4	0.37	30	135	1063	770	315	166.5	0.61	0.11	200
5	0.37	40	180	1063	770	270	166.5	0.53	0.089	165
6	0.35	0	0	1069	774	450	157.5	1.2	0.13	195
7	0.33	0	0	1074	778	450	148.5	1.6	0.13	200
8	0.33	10	45	1074	778	405	148.5	1.6	0.065	190
9	0.33	20	90	1074	778	360	148.5	1.6	0.065	195
10	0.33	30	135	1074	778	315	148.5	1.28	0.065	205
11	0.33	40	180	1074	778	270	148.5	1.4	0.065	220

　　3.2 混凝土氯离子渗透实验及结果

　　混凝土是一种非均匀性、多元、多孔的固、液、气三相并存的复合性材料。混凝土结构所处环境中的某些腐蚀性介质会通过孔隙进入混凝土内部，与孔隙中的氢氧化钙饱和溶液及水泥水化产物接触，发生某种化学反应以及一系列的物理、化学破坏作用, 混凝土抵抗腐蚀性介质会通过孔隙进入混凝土内部的性能称之为抗渗性。混凝土的抗渗性是保护混凝土不受侵蚀的第一道屏障，因此在工程建设中, 抗渗性是衡量混凝土性能的一个重要指标。在本论文实验中，混凝土的抗渗性是通过氯离子渗透来标识的。

　　氯离子对混凝土的破坏是影响混凝土耐久性最常见的一种方式。环境中Cl^-浓度很高或因干湿循环致使氯盐浓度富集到一定程度时，氯盐可以直接与混凝土材料发生反应，形成膨胀型产物三氯型水化氯铝酸钙（），从而引起膨胀并破坏混凝土结构。但一般环境中Cl^-浓度远小于此值，其破坏作用主要是通过诱发钢筋锈蚀导致混凝土结构的劣化。Cl^-通过扩散和渗透，可以侵入混凝土内部钢筋表面，当富集到一定浓度时破坏钢筋表面的γ-Fe₂O₃保护膜，从而导致钢筋锈蚀。这不仅降低钢筋与混凝土之间的握裹力，而且由于锈蚀产生膨胀应力，导致混凝土开裂。在海洋工程或近海工程以及冬季施用除冰盐的混凝土道路与钢筋混凝土桥梁工程条件下，Cl^-的扩散与腐蚀作用，以及剧烈的气象作用等等，会加速其劣化，这类结构通过维修恢复功能有时也很困难。因此，必须考虑其具有足够的耐久性。渗透性是混凝土与钢筋混凝土结构耐久性的第一道防线。混凝土Cl^-扩散系数的大小可以表征混凝土渗透性的高低，也是评价混凝土耐久性的重要参数。因此在工程中测试氯离子渗透，对改善混凝土的抗渗性具有一定的指导意义。

^.
　　对于具有一定保护层厚度的钢筋混凝土结构，其耐久性可以通过混凝土Cl^-扩散系数加以评价。例如普通混凝土的Cl^-扩散系数：下限为（0.3～0.5）×10^-8cm²/s，上限为10×10^-8cm²/s；高性能混凝土的Cl^-扩散系数：下限<0.01×10^-8cm²/s，上限为（3～5）×10^-8cm²/s。Cl^-扩散系数（0.3～0.5）×10^-8cm²/s，保护层厚度3cm，在海洋工程条件下，耐久性可达75年^[5]。影响Cl^-在水泥基材料中的扩散性主要因素有水胶比、浆体含量、养护龄期以及矿物质粉体的种类、质量及数量等。

　　按照氯离子渗透系数把氯离子渗透性划分了几个等级如表3-2。

表3-2 氯离子渗透等级

氯离子渗透系数（10^-14m²/s）	Cl^-渗透性
>1000 500～1000 100～500 50～100 10～50 5～10 〈5	很高高中低很低极低忽略

　　测试氯离子渗透的测量步骤如下:

　　(1)试样的制备:

　　利用切片机将混凝土试块切割成100×100×50mm³上下平整且表面不留浮浆层的试块。

　　(2)混凝土的真空饱水饱盐:

　　将切好的混凝土试样垂直放于真空室内的不锈钢套筒中，试样间要留有空隙,如果试样分两层，则上下两层应该能够很好的通气。

　　调整液位传感器的高度，使之刚好垂直放于最上层试样的表面。注意：不能水平放于试样上面，也不能让试样夹住。

　　注水孔下端的橡胶软管若不能放于套筒内壁的专用半圆通道中,则应该置于试样底部：防止注水时四处溅射。

　　拧紧螺栓, 封闭真空室。顺序打开电源适配器开关，真空泵，真空室的抽气开关，当真空室的真空度达到-0.08Mpa后，保持4～6小时，之后关闭的抽气阀，打开注水开关，将水引入真空室，当液位指示灯灭后，立即关闭注水阀,然后再打开抽气开关，抽真空至-0.08Mpa，保持1～2小时，关闭抽气开关。静止至自动停止。静止24小时后放气，取样量。

　　根据所测结果得到水化28天时，氯离子渗透系数数据如表3-3所示。

　　表3-4水化28天混凝土试样中氯离子渗透系数

编号	水灰比 w/c	混合材的掺量（%）	水化龄期（day）	氯离子扩散系数（10^-13 m²/s)	混凝土渗透性
1	0.37	0	28	4.96	很低
2	0.37	10	28	5.88	低
3	0.37	20	28	9.48	低
4	0.37	30	28	10.7	中
5	0.37	40	28	17.8	中
6	0.35	0	28	--	--
7	0.33	0	28	3.45	很低
8	0.33	10	28	7.98	低
9	0.33	20	28	7.18	低
10	0.33	30	28	7.88	低
11	0.33	40	28	11.1	中

　　5.结论

　　（1）随着混合材掺量的增加，抗氯离子渗透性能下降。

　　（2）氯离子在混凝土中的渗透与水灰比密切相关，水灰比越小，氯离子渗透系数越小。
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