姜騫 ，石亮 ，崔鞏 ，蔡景順

（1.江蘇蘇博特新材料股份有限公司，江蘇 南京 211103；2.高性能土木工程材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210008）

0 引言

我國海岸線漫長(zhǎng)，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物在海洋環(huán)境下服役易遭受有害物質(zhì)侵蝕而縮短其使用年限[1]，因此海工混凝土的耐久性一直以來都是國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)。海工混凝土結(jié)構(gòu)的劣化往往是由于氯離子進(jìn)入導(dǎo)致鋼筋銹蝕，從而使引起結(jié)構(gòu)失效，改善海工混凝土的耐久性一般通過提高混凝土自身密實(shí)性[2-3]、隔絕有害物質(zhì)[4-5]、延緩銹蝕發(fā)生[6]等方式實(shí)現(xiàn)。近年來，已有學(xué)者發(fā)現(xiàn)吸水率與耐久性之間的密切關(guān)系[7-9]，相關(guān)研究表明[10-11]，在混凝土中內(nèi)摻特殊外加劑使其具有顯著的疏水效果，通過降低混凝土的吸水率，達(dá)到提高混凝土耐久性的目的。

出于泵送和易施工等目的，目前工程實(shí)際使用的混凝土往往都具有較大流動(dòng)度，在澆筑施工過程中可能由于振搗過度或減水劑使用不當(dāng)造成坍落度增大[12]，引起混凝土離析，但離析對(duì)海工混凝土耐久性影響的研究較少。因此，本文在實(shí)驗(yàn)室模擬制備海工混凝土構(gòu)件，研究過度振搗對(duì)是否內(nèi)摻具有疏水效果外加劑的混凝土吸水率的影響，為工程實(shí)際和合理使用該類外加劑提供參考。

1 試驗(yàn)

1.1 原材料與配合比

水泥：海螺P·O42.5水泥；粉煤灰：Ⅱ級(jí)；礦粉：S95級(jí)?；郀t礦渣粉，膠凝材料的主要化學(xué)成分如表1所示。細(xì)骨料：河沙，細(xì)度模數(shù)2.45。粗骨料：江蘇鎮(zhèn)江5～25 mm連續(xù)級(jí)配玄武巖碎石。外加劑：江蘇蘇博特新材料股份有限公司生產(chǎn)的聚羧酸高性能減水劑SBT PCA-Ⅰ和侵蝕性離子抑制材料SBT TIA（Ⅲ）。

表1 膠凝材料的主要化學(xué)成分 %

1.2 試驗(yàn)方法

C40海工混凝土配合比如表2所示。

表2 C40海工混凝土配合比 kg/m3

混凝土制備后，根據(jù)GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能方法試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》測(cè)試其新拌性能；然后分別成型150 mm×150 mm×150 mm抗壓強(qiáng)度試模和如圖1（a）所示模擬混凝土構(gòu)件（600 mm×300 mm×100 mm），構(gòu)件澆筑過程中采用功率為2 kW的混凝土振動(dòng)棒插入振搗10 min，硬化拆模后標(biāo)養(yǎng)至規(guī)定齡期。

根據(jù)GB 50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》測(cè)試立方試件抗壓強(qiáng)度。模擬混凝土構(gòu)件養(yǎng)護(hù)28 d后，按圖1（b）所示位置在混凝土構(gòu)件上鉆芯取樣（芯樣直徑75mm），然后對(duì)芯樣兩端切割，制成Φ75 mm×75 mm的圓柱試件，根據(jù)BS1881∶Part122∶1983《Method for determination of water absorption》測(cè)試試件的吸水率。

圖1 模擬混凝土構(gòu)件及鉆芯取樣位置示意

芯樣試件骨料含量通過照相后采用Image Pro Plus軟件進(jìn)行圖像處理的方法獲取，根據(jù)體視學(xué)原理，由二維圖像上骨料面積百分比推算混凝土中骨料的體積百分比。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 混凝土的新拌性能與力學(xué)性能

C40海工混凝土的新拌性能見表3，各齡期的抗壓強(qiáng)度見圖2。

表3 C40新拌海工混凝土的性能

圖2 C40海工混凝土各齡期的抗壓強(qiáng)度

由表3和圖2可以看出，摻入侵蝕性離子抑制材料等量取代拌合水對(duì)海工混凝土的初始和經(jīng)時(shí)工作性能影響較??；侵蝕性離子抑制材料幾乎不影響混凝土的早期抗壓強(qiáng)度，甚至對(duì)28 d后抗壓強(qiáng)度有略微提升作用。

2.2 混凝土的吸水率

混凝土芯樣吸水率發(fā)展規(guī)律如圖3所示。

圖3 海工混凝土的吸水率發(fā)展規(guī)律

由圖3可見，摻加了侵蝕性離子抑制材料的2#混凝土試件吸水率均顯著低于1#空白組混凝土試件，所有試件的吸水率均隨著吸水時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸增大，且吸水率與時(shí)間的1/2次方幾乎呈線性關(guān)系。隨著試件在模擬構(gòu)件中高度的增加，其吸水率也呈梯度逐漸提高，以吸水6 h為例，1#構(gòu)件最上端的試件1#-1比最下端的試件1#-4吸水率高出16.08%，2#構(gòu)件最上端的試件2#-1比最下端的試件2#-4吸水率高出37.91%。從吸水率測(cè)試結(jié)果可知，過度振搗將造成構(gòu)件不同高度位置混凝土吸水率的差異，并進(jìn)而導(dǎo)致耐久性的差異。

2.3 骨料分布統(tǒng)計(jì)與計(jì)算

為了進(jìn)一步分析過度振搗對(duì)構(gòu)件不同高度位置混凝土吸水率影響的原因，分別對(duì)2組混凝土構(gòu)件不同高度位置取樣試件的切面進(jìn)行二維圖像處理，如圖4所示。

圖4 圖像處理過程

通過對(duì)不同高度位置混凝土試件切面（如圖5和圖6所示）照相、圖片優(yōu)化、二值化處理等步驟，將混凝土切面上的骨料與漿體分離并統(tǒng)計(jì)其面積分?jǐn)?shù)，根據(jù)體視學(xué)原理，獲得混凝土試件該高度處骨料體積含量，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖7所示。

圖5 1#混凝土模擬構(gòu)件不同高度處切面照片

圖6 2#混凝土模擬構(gòu)件不同高度處切面照片

圖7 不同高度處混凝土試件骨料含量分布

由圖5、圖6、圖7可見，混凝土試件的骨料體積含量從上到下遞增，振動(dòng)10 min造成混凝土豎直方向嚴(yán)重的物相分布不均勻。由于混凝土新拌狀態(tài)差別，2個(gè)混凝土構(gòu)件澆筑后骨料分布略有不同，摻加了侵蝕性離子抑制材料的2#混凝土與空白組相比，骨料沉底現(xiàn)象更嚴(yán)重一些。

圖8反映了混凝土不同骨料含量對(duì)吸水率的影響。

圖8 混凝土試件骨料含量對(duì)吸水率的影響

由圖8可見，2組混凝土吸水率均隨著骨料體積含量的增大而減小，且?guī)缀醭示€性關(guān)系。這是因?yàn)椋^度振搗導(dǎo)致混凝土離析，骨料向下沉積造成構(gòu)件上部骨料含量偏少，構(gòu)件下部骨料含量較多，因?yàn)榛炷林泄橇系奈释∮谏皾{，所以骨料含量越多的構(gòu)件下部混凝土吸水率也更低。

3 結(jié)論

（1）侵蝕性離子抑制材料能夠在不影響抗壓強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，顯著降低混凝土的吸水率，有助于混凝土抑制侵蝕性離子隨水分進(jìn)入混凝土內(nèi)部。

（2）無論是否摻加侵蝕性離子抑制材料，混凝土的吸水率均與時(shí)間平方根呈線性關(guān)系，但侵蝕性離子抑制材料降低了相同時(shí)間內(nèi)混凝土吸水的速率。

（3）構(gòu)件不同位置處的混凝土吸水率隨構(gòu)件高度的增加逐漸增大，這主要是因?yàn)檫^度振搗造成混凝土離析，骨料含量的梯度分布導(dǎo)致混凝土吸水率的變化，且骨料含量越高，混凝土吸水率越低。