陳連發(fā)，陳 悅，李 龍，王 辰

(1．吉林化工學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院，吉林吉林132022;2．中國(guó)電器科學(xué)研究院有限公司 威凱檢測(cè)家電事業(yè)部，廣東廣州510663;3．亞泰集團(tuán)長(zhǎng)春建材有限公司吉林市分公司，吉林吉林132002)

高性能輕集料混凝土作為高性能混凝土的一個(gè)支系，是采用粗糙微、細(xì)孔結(jié)構(gòu)、滲透性能優(yōu)異的輕集料和適當(dāng)?shù)呐浜媳燃夹g(shù)配制的輕集料混凝土，其抗氯離子滲透性能比同級(jí)別普通混凝土好，原因是輕集料的重量輕且表面粗糙多微、細(xì)孔，使每顆輕集料就像一臺(tái)微小的水泵，此“微泵”效應(yīng)，在混凝土成型初期，輕集料吸收水泥漿體中的一些水分，導(dǎo)致界面區(qū)水灰比下降，從而提高了水泥硬化體的密實(shí)度并加強(qiáng)了輕集料與水泥硬化體的界面過(guò)渡區(qū)域，在中、后期，輕集料顆粒中的微、細(xì)孔又會(huì)逐漸釋放出水分，使水泥硬化體獲得充分的養(yǎng)護(hù)，此過(guò)程改善了混凝土的孔隙結(jié)構(gòu)，輕集料的微、細(xì)孔結(jié)構(gòu)使其與水泥硬化體結(jié)構(gòu)的界面密實(shí)度提高，使輕集料混凝土的抗?jié)B透性能得到較大的改善［1-2］．通過(guò)調(diào)整混凝土中膠凝材料用量、水膠比、摻加高效減水劑和礦物摻合料可以有效地微細(xì)化混凝土孔隙結(jié)構(gòu)、改善界面區(qū)粘結(jié)力、降低不利晶體相數(shù)量并提高混凝土的密實(shí)程度，從而提高混凝土抵抗氯離子侵蝕的能力［3］．提高輕集料混凝土的抗?jié)B透性能就可以有效地抵抗水和侵蝕性介質(zhì)的侵入，使鋼筋避免腐蝕和上銹，結(jié)構(gòu)物的使用功能得以保證和延長(zhǎng)了壽命．因此，抗氯離子滲透性能成為評(píng)價(jià)高性能輕集料混凝土耐久性的重要指標(biāo)之一．

1 試驗(yàn)部分

1.1 原材料

(1)水泥:吉林亞泰水泥廠生產(chǎn)的鼎鹿牌P·O42．5級(jí)普通硅酸鹽水泥;

(2)粉煤灰:吉化熱電廠生產(chǎn)的I級(jí)粉煤灰，細(xì)度(45μm 篩)為 8．2%;

(3)礦渣:吉林聯(lián)達(dá)高新建材廠生產(chǎn)的粒化高爐礦渣超細(xì)粉;

(4)輕集料:湖北宜昌寶珠陶粒有限公司生產(chǎn)的800級(jí)碎石型膨脹頁(yè)巖陶粒．水泥、粉煤灰和礦渣的主要物理性能指標(biāo)見(jiàn)表1和表2，輕集料的主要物理性能指標(biāo)見(jiàn)表3;

表1 水泥主要性能指標(biāo)

表2 原材料物理性質(zhì)與化學(xué)組成

表3 輕集料基本性能指標(biāo)

(5)細(xì)集料:普通河砂，細(xì)度模數(shù)Mx=3．0，堆積密度為1550 kg/m3，表觀密度為2620 kg/m3，含泥量＜1%，II區(qū)級(jí)配;

(6)外加劑:上?；ㄍ踺料蹈咝p水劑Mighty(粉狀)，減水率 15% ～25%;SJ-2型引氣劑;

(7)拌合水:自來(lái)水．

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)按照《普通混凝土耐久性能試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》(GBJ 82-85)、《輕骨料混凝土技術(shù)規(guī)程》(JGJ 51-2002)和(ASTMC 1202-97)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，抗?jié)B試驗(yàn)按照ASTMC 1202-97標(biāo)準(zhǔn)的快速試驗(yàn)方法一直流電量法進(jìn)行測(cè)試，測(cè)定試樣在80V電壓下8 h內(nèi)通過(guò)的電量，評(píng)價(jià)輕集料混凝土抵抗氯離子滲透性能，試驗(yàn)采用從150 mm×150 mm×150 mm立方體混凝土試件中鉆芯取樣，然后切割成Φ100 mm×50 mm的圓柱試樣，試驗(yàn)研究了膠凝材料用量、砂率、粉煤灰摻量、粉煤灰與礦渣雙摻和引氣劑對(duì)輕集料混凝土抗氯離子滲透性能的影響．

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 配合比設(shè)計(jì)方案

試驗(yàn)配合比按照《輕骨料混凝土技術(shù)規(guī)程》(JGJ 51-2002)配合比設(shè)計(jì)方法中的松散體積法設(shè)計(jì)，為了與實(shí)際工程施工過(guò)程接軌，輕集料不進(jìn)行預(yù)先吸水預(yù)濕，第一步先制定輕集料混凝土配合比:膠凝材料用量為550 kg/m3，有效水膠比為0．28，體積砂率為40%，I級(jí)粉煤灰采用等量取代，取代率為10%，減水劑摻入量取膠凝材料用量的0．5%．設(shè)此配合比(A2)作為基準(zhǔn)，然后固定另外影響因素不變時(shí)，分別進(jìn)行探討膠凝材料用量、砂率、礦物摻合料以及引氣劑摻量不同時(shí)對(duì)輕集料混凝土抗?jié)B透性能和強(qiáng)度的影響．詳細(xì)混凝土配合比及混凝土物理性能見(jiàn)表4所示．

表4 高性能輕集料混凝土試驗(yàn)配合比及混凝土性能

2.2 抗氯離子滲透性能測(cè)試研究與討論

測(cè)試混凝土80V電壓下8 h通過(guò)混凝土的電量來(lái)評(píng)價(jià)混凝土的氯離子滲透性能，通過(guò)電量與氯離子滲透性能的關(guān)系如表5所示．

表5 通過(guò)電量的氯離子滲透性能

2.3 膠凝材料用量對(duì)高性能輕集料混凝土抗氯離子滲透性能的影響

以配合比A2為基準(zhǔn)，在用水量160 kg/m3不變的條件下，通過(guò)調(diào)整膠凝材料用量以研究不同有效水膠比(0．26、0．28、0．3 和 0．32)對(duì)輕集料混凝土抗氯離子滲透性能的影響．

圖1 膠凝材料用量對(duì)混凝土抗氯離子滲透性的影響

由圖1可見(jiàn)，隨著膠凝材料用量的增加，有效水膠比下降，混凝土8 h庫(kù)侖電量有所下降．膠凝材料用量從474 kg/m3增至582 kg/m3，輕集料混凝土28 d的8 h庫(kù)侖電量由116℃降低至98℃，降幅為15．7%，氯離子滲透性能級(jí)別處于低與很低的交界區(qū)域．輕集料混凝土的抗氯離子滲透性能得以提高．原因在于用水量不變的條件下增加膠凝材料用量，相當(dāng)于降低了輕集料混凝土中自由水的量，導(dǎo)致混凝土中的空隙率也降低，密實(shí)程度得以提高［4，5］，當(dāng)膠凝材料用量增加至 550 kg/m3以后，輕集料混凝土各齡期的抗氯離子滲透性能提高幅度變化甚微，原因是隨著膠凝材料用量的增加，混凝土的粘聚性能增大，但單純靠增加水泥用量來(lái)改善水泥漿體與輕集料界面粘接處的結(jié)合情況十分有限．由此說(shuō)明，單純?cè)黾幽z凝材料用量，降低有效水膠比并非是提高混凝土抵抗氯離子滲透能力的有效途徑，過(guò)大的膠凝材料用量反而會(huì)產(chǎn)生較大的干縮變形、水化熱高和較高的成本［6］．從表4中輕集料混凝土28 d抗壓強(qiáng)度的結(jié)果也可以看出，膠凝材料用量超過(guò)550 kg/m3后，輕集料混凝土的強(qiáng)度增長(zhǎng)很有限．因此，選擇550 kg/m3的膠凝材料用量和0．28的有效水膠比即可以達(dá)到較高抗?jié)B性和強(qiáng)度．

2.4 砂率對(duì)高性能輕集料混凝土抗氯離子滲透性能的影響

砂率的合理選擇既可以改善混凝土的工作性能和強(qiáng)度，還能提高混凝土的抗氯離子滲透性能．以基準(zhǔn)配比(A2)為標(biāo)準(zhǔn)，按照松散體積法進(jìn)行砂率計(jì)算，設(shè)輕集料和砂子總體積不變的條件下，探討不同砂率與輕集料混凝土抗氯離子滲透性能和強(qiáng)度的影響．

圖2 砂率對(duì)混凝土抗氯離子滲透性的影響

從圖2的試驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn)，隨著砂率的增加，混凝土8 h庫(kù)侖電量產(chǎn)生了一些波動(dòng)，砂率在40% ～42%附近時(shí)可達(dá)到最低值，高于此值時(shí)，無(wú)論增加或者降低砂率，混凝土的8 h庫(kù)侖電量都有所增加，尤其是砂率增至44%時(shí)，庫(kù)侖電量值最大．分析原因是:細(xì)集料在一定范圍內(nèi)增多可以相應(yīng)地提高混凝土的粘聚性，改善了水泥砂漿中的微細(xì)孔結(jié)構(gòu)，使集料間的空隙得到更好的填充，輕集料用量相對(duì)減少，界面面積也就相應(yīng)減小，導(dǎo)致混凝土總的氯離子擴(kuò)散系數(shù)有所降低．然而過(guò)高的砂率很容易使混凝土出現(xiàn)分層離析和泌水現(xiàn)象的發(fā)生，嚴(yán)重影響混凝土的性能，抗氯離子滲透性能也會(huì)隨之下降．而砂率過(guò)低也會(huì)造成細(xì)集料對(duì)粗集料的包裹不足，混凝土中空隙較多，抗氯離子滲透性能也變差;而高性能輕集料混凝土對(duì)流動(dòng)性要求高．因此，在配制高性能輕集料混凝土?xí)r，應(yīng)重視砂率的適宜選擇，達(dá)到最佳配合比的目標(biāo)．

2.5 礦物摻合料對(duì)輕集料混凝土抗氯離子滲透性能的影響

2．5．1 粉煤灰摻量對(duì)輕集料混凝土抗氯離子滲透性能的影響

在有效水膠比為0．28的條件下，單摻粉煤灰對(duì)抗氯離子滲透性能的影響的試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示．粉煤灰等量取代水泥能較大幅度降低輕集料混凝土8 h的庫(kù)侖電量，且隨粉煤灰摻入量的增加，輕集料混凝土8 h庫(kù)侖電量有較大的降低，28 d單摻粉煤灰的輕集料混凝土較不摻粉煤灰混凝土降低了99℃以上，降幅超過(guò)47%，抗氯離子滲透等級(jí)從“中等級(jí)別”降到“低等級(jí)別”水平．

圖3 粉煤灰摻量對(duì)抗氯離子滲透性的影響

圖4 粉煤灰與礦渣對(duì)抗氯離子滲透性的影響

原因是粉煤灰的形態(tài)效應(yīng)和微集料效應(yīng)發(fā)揮的作用，粉煤灰的摻入減少了用水量，填充水泥顆粒間的空隙導(dǎo)致空隙率的降低、同時(shí)使膠凝材料體系的顆粒分布更加合理，堆積密實(shí)度提高［7］:并且隨著水泥水化反應(yīng)的進(jìn)行，粉煤灰的活性成分與水泥水化析出的氫氧化鈣反應(yīng)，生成了比較穩(wěn)定的硅酸鈣水化物，填充了毛細(xì)孔和其它孔隙，使輕集料混凝土結(jié)構(gòu)更加密實(shí)［8］．此水化物有助于強(qiáng)度的增長(zhǎng)，其中一部分漿體顆粒還會(huì)滲入輕集料表面的空洞和間隙中，隨著水化齡期的延長(zhǎng)，輕集料與水泥硬化體之間的界面區(qū)域也得到了改善和強(qiáng)化，結(jié)構(gòu)更加致密化，有效地延長(zhǎng)了毛細(xì)微孔通道，導(dǎo)致輕集料混凝土抗氯離子滲透性能大大增加．可見(jiàn)，粉煤灰是配制高抗?jié)B性高性能輕集料混凝土的必備材料，粉煤灰的摻量存在一個(gè)最佳值范圍，原因是還必須考慮到混凝土的工作性能及對(duì)強(qiáng)度的影響，綜合考慮各方面影響因素后可以得出:10%的粉煤灰摻量是最優(yōu)的摻量，此摻量既可以保證較高的抗氯離子滲透性能又對(duì)其抗壓強(qiáng)度影響較小．

2．5．2 粉煤灰與礦渣雙摻摻量對(duì)輕集料混凝土抗氯離子滲透性能的影響

礦渣細(xì)粉是煉鐵的副產(chǎn)品．機(jī)械磨細(xì)獲得的，物相以玻璃體為主，因此具有很高的活性．礦渣和粉煤灰復(fù)合作為混凝土的摻合料，不僅可提高混凝土的工作性能和強(qiáng)度，也進(jìn)一步改善了混凝土的抗氯離子滲透性能．

試驗(yàn)配合比以A2為基準(zhǔn)，比較了CI(空白)、D1(10%礦渣)、D3(5%粉煤灰+5%礦渣)及D2(10%粉煤灰+10%礦渣)4組配合比28 d，56 d、90 d 3個(gè)不同指定齡期的8 h庫(kù)侖電量值，如圖4所示．結(jié)果表明:隨著摻合料摻量的增加，混凝土8 h庫(kù)侖電量有所降低，其中粉煤灰和礦渣復(fù)合雙摻可以顯著降低輕集料混凝土的8 h庫(kù)侖電量，D2組混凝土28 d的8 h庫(kù)侖電量只有721．7C，僅為空白組混凝土Cl的35%;而單摻礦渣對(duì)提高輕集料混凝土抗氯離子滲透性能的效果沒(méi)有單摻粉煤灰大，而且隨著齡期的增加其抗氯離子滲透性能提高也不明顯;對(duì)于相同摻合料取代率的輕集料混凝土，粉煤灰與礦渣雙摻比單摻的抗氯離子滲透效果要好，且隨著齡期的增長(zhǎng)，各組輕集料混凝土的8 h庫(kù)侖電量值均有不同程度的降低，抗氯離子滲透性能都有所提高．

粉煤灰和礦渣的雙摻，不僅由于二者的細(xì)度不同能相互填充空隙，產(chǎn)生復(fù)合的填充效應(yīng)，使混凝土密實(shí)度提高，而且能改善水泥硬化體中膠凝材料的組成結(jié)構(gòu)，發(fā)揮粉煤灰和礦渣的復(fù)合效應(yīng)，使火山灰反應(yīng)更加充分，水泥硬化體的結(jié)構(gòu)更加致密，并優(yōu)化輕集料表層結(jié)構(gòu)，隨著摻合料被輕集料的吸入和水化程度的增加，混凝土滲透孔道大大減少，輕集料混凝土的抗氯離子滲透性能得以提高［9，10］．總之，粉煤灰與礦渣復(fù)合雙摻能有效提高輕集料混凝土抗氯離子滲透性能，是配制高性能輕集料混凝土必不可少的原材料．

2.6 引氣劑對(duì)輕集料混凝土抗氯離子滲透性能的影響

改變引氣劑摻量來(lái)探索不同含氣量對(duì)輕集料混凝土抗氯離子滲透性能的影響．引氣劑的摻量分別取占膠凝材料的0‰、0．05‰和0．1‰，而混凝土含氣量分別為 1．3‰，3．8‰和 7．5‰．試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示．

圖5 引氣劑摻量對(duì)混凝土滲透性的影響

由圖 5可見(jiàn):引氣劑摻量由 0‰增加到0．05‰時(shí)，輕集料混凝土8 h庫(kù)侖電量值有明顯降低，而當(dāng)引氣劑摻量繼續(xù)增大到0．1‰后，混凝土的8 h庫(kù)侖電量卻有不同程度的增加，28 d從854 C增加到1 147 C，增幅達(dá)33%，而56 d庫(kù)侖電量增幅更高，達(dá)到1．4倍．由此可見(jiàn)，對(duì)于輕集料混凝土抗氯離子滲透性能，引氣劑摻量和混凝土含氣量存在一個(gè)最佳值，可使輕集料混凝土達(dá)到良好的抗?jié)B透性能．在輕集料混凝土中摻入適量的引氣劑后，會(huì)在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生一定量均勻、穩(wěn)定而封閉的微小氣泡，填充到集料間的空隙，輕集料之間的聯(lián)系被切斷，從而提高了混凝土的均質(zhì)性和密實(shí)性，減少了混凝土的滲透性系數(shù)．另外，適量引氣還可減小水泥漿體與輕集料間的密度差，使二者的彈性模量接近，變形協(xié)調(diào)性能有所提高，界面區(qū)域缺陷減少，使輕集料混凝土整體表現(xiàn)出較好的抗?jié)B性［11］．但是隨著引氣劑摻量的增大，混凝土含氣量增加到某個(gè)極限后，氣泡對(duì)混凝土的潤(rùn)滑作用增大，使混凝土的流變性增大，導(dǎo)致振搗時(shí)集料和砂漿之間很容易產(chǎn)生分離，輕集料會(huì)出現(xiàn)明顯的上浮現(xiàn)象，使輕集料混凝土的密實(shí)性降低、強(qiáng)度下降［12］．因此，控制引氣劑的摻量對(duì)混凝土的抗氯離子滲透性及耐久性是有益處的．

3 結(jié) 論

(1)高性能輕集料混凝土的抗氯離子滲透性能與膠凝材料用量、水膠比、砂率、礦物摻合料以及外加劑有直接關(guān)系，與普通混凝土和輕集料混凝土相比，高性能混凝土具有更優(yōu)良的抗?jié)B性能，且隨齡期的增長(zhǎng)不斷增強(qiáng);摻入礦物摻合料和適量的引氣劑可以改善輕集料混凝土的抗?jié)B透性能;粉煤灰和礦渣復(fù)合雙摻可以很好地發(fā)揮復(fù)合填充效應(yīng)和增強(qiáng)效應(yīng)，對(duì)混凝土抗?jié)B透性能的提高頗為有效．隨著膠凝材料用量的增加，輕集料混凝土的抗氯離子滲透性能有所提高，選擇合適的膠凝材料用量和水膠比可以達(dá)到較好的抗氯離子滲透性能．

(2)砂率在適當(dāng)范圍內(nèi)的增加，可以提高混凝土的抗氯離子滲透性能，但砂率過(guò)大容易產(chǎn)生泌水現(xiàn)象，應(yīng)選擇合理砂率．礦物摻合料是配制高性能輕集料混凝土的必備條件．單摻粉煤灰可以大幅度提高輕集料混凝土的抗氯離子滲透性能，效果比單摻礦渣要好;粉煤灰和礦渣復(fù)合雙摻可以較好地發(fā)揮復(fù)合填充效應(yīng)和增強(qiáng)效應(yīng)，其抗氯離子滲透性能更好．加入適量的引氣劑能改善輕集料混凝土的孔結(jié)構(gòu)，提高混凝土密實(shí)度和抗氯離子滲透性能，但引氣劑摻量不宜過(guò)大．

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