馮昭君 李春麗 付 琴(四川文理學(xué)院)

1 引言

改革開放以來(lái)，我國(guó)大興土木，建筑業(yè)得到了大規(guī)模地發(fā)展，在建筑建設(shè)中應(yīng)用最多、最廣泛的建筑材料是混凝土，所以混凝土的質(zhì)量和性能對(duì)建筑的安全至關(guān)重要。隨著建筑技術(shù)的不斷發(fā)展，建筑行業(yè)不僅對(duì)混凝土的力學(xué)性能提出的要求越來(lái)越高，而且對(duì)混凝土耐久性越來(lái)越重視。目前，我國(guó)混凝土工程在其使用期間出現(xiàn)了不同程度的破壞，究其原因，不再單純地因?yàn)榱W(xué)性能不足致其破壞，大多數(shù)情況下還因日益惡化的環(huán)境因素及自然因素作用導(dǎo)致耐久性下降遭到破壞。混凝土耐久性是指在使用過(guò)程中能長(zhǎng)久保持它原有性質(zhì)的能力，是對(duì)材料綜合性質(zhì)的一種評(píng)述，它包括抗氯離子滲透性能、抗凍性、抗?jié)B性、水化熱等內(nèi)容。如何改善混凝土耐久性，可在其內(nèi)部摻入粉煤灰、磨細(xì)礦渣粉等工業(yè)廢料[1]利用其活性效應(yīng)、形態(tài)效應(yīng)及微集料效應(yīng)不僅可節(jié)省水泥，還可改善混凝土孔結(jié)構(gòu)提高混凝土的質(zhì)量。本文主要研究在混凝土中摻入粉煤灰、礦渣粉后對(duì)其水化熱、抗氯離子滲透性的影響。

2 試驗(yàn)原材料及配合比

2.1 原材料

本試驗(yàn)采用達(dá)州市某水泥廠生產(chǎn)的型號(hào)為P·O42.5的硅酸鹽水泥，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量為26.1%，初凝時(shí)間為110min，終凝時(shí)間為365min，體積安定性合格，3d 抗壓強(qiáng)度為27.4M P a，28d 抗壓強(qiáng)度為42.7M P a；采用粒徑為5 ～31.5mm 連續(xù)顆粒級(jí)配的碎石，其表觀密度為2650k g/m3，壓碎指標(biāo)為11.5%。采用II 區(qū)級(jí)配的河砂，細(xì)度模數(shù)為2.61，表觀密度為2.61g/cm3；采用達(dá)州市某火電廠生產(chǎn)的II 級(jí)粉煤灰，密度為2.43g/cm3，28d其活性指數(shù)可達(dá)89%，80μm 篩余為3.5%，需水量比為99%；高爐礦渣粉，密度為2.82g/cm3，比表面積為402m2/k g，28d 活性指數(shù)達(dá)89%；采用某公司生產(chǎn)的聚羧酸減水劑，

2.2 配合比

本試驗(yàn)普通混凝土強(qiáng)度等級(jí)采用C40，流動(dòng)性控制在190～220mm范圍內(nèi)；摻摻合料混凝土的配合比是在普通混凝土配合比的基礎(chǔ)上，采用超量取代法摻入50%粉煤灰，高爐礦渣粉的摻量為1/3 粉煤灰，其配合比具體如表1。

表1 混凝土配合比 （單位：k g/m3）

3 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)采用以上配合比進(jìn)行水化熱和抗氯離子滲透性研究。對(duì)于水化熱通過(guò)絕熱溫升試驗(yàn)測(cè)定；對(duì)于抗氯離子滲透性主要通過(guò)測(cè)定混凝土中C l-擴(kuò)散系數(shù)來(lái)反映，對(duì)于氯離子擴(kuò)散系數(shù)試驗(yàn)方法有自然擴(kuò)散法、加速擴(kuò)散法、經(jīng)驗(yàn)公式法3 種[2]，本試驗(yàn)采用自然擴(kuò)散法。

3.1 絕熱溫升試驗(yàn)設(shè)計(jì)

制作如圖1 所示保溫箱，本保溫箱采用木模板作為支護(hù)系統(tǒng)，其內(nèi)部采用厚度為100mm 的泡沫苯板進(jìn)行密封，并在該保溫箱的豎向軸線上預(yù)埋5 個(gè)熱電偶作為溫度控制點(diǎn)，每個(gè)控制點(diǎn)的間距為10cm，從上到下編號(hào)依次為①、②、③、④、⑤，用如圖2 所示的數(shù)顯溫度計(jì)測(cè)定混凝土內(nèi)部溫度隨時(shí)間的變化。

圖1

圖2

3.2 Cl- 含量測(cè)定試驗(yàn)設(shè)計(jì)

首先按照本試驗(yàn)配合比將混凝土試塊制成邊長(zhǎng)為100mm 的立方體試件標(biāo)養(yǎng)90d，將其中的一個(gè)側(cè)面暴露，其余各面進(jìn)行蠟封，如若涂層發(fā)現(xiàn)有針孔，應(yīng)加以密封。其次將制備好的混凝土試件浸泡在海水中，該海水成分如表2 所示。浸泡時(shí)海水應(yīng)高出混凝土試件至少20mm，環(huán)境溫度為21～25℃。海水溶液更換周期為3 周更換1次，浸泡總時(shí)間為90d。待混凝土從海水中取出時(shí)應(yīng)清理其表面殘?jiān)瑸榱瞬挥绊懺囼?yàn)效果應(yīng)避免用水清洗，最后采用如圖3 所示的混凝土打磨機(jī)對(duì)混凝土暴露面進(jìn)行打磨拋光，距離暴露面1cm 范圍內(nèi)按1mm 厚度打磨取粉，1cm 范圍之外按2mm 打磨取粉，打磨至距離暴露面22mm 處，打磨一次即將粉末收集起來(lái)，用邊長(zhǎng)為0.63mm 的方孔篩進(jìn)行篩分，篩分之后，將粉末放入溫度在105±5℃的烘干箱中烘干2h，取出待冷卻至室溫后放入已編好號(hào)的密封袋中，為后面用A g N O3溶液滴定作準(zhǔn)備。稱取混凝土粉末試樣2g（精確至0.01g），重量記為G，放置于編號(hào)的三角燒瓶中，并每個(gè)燒瓶中加入50ml（記為V3）的蒸餾水，塞緊瓶塞，劇烈震蕩1～2 分鐘，浸泡24 小時(shí)。用濾紙將上述的溶液過(guò)濾，用移液管吸取濾液20ml（記為V4）置于錐形瓶中，各加入2 滴酚酞，使溶液呈微紅色，再用稀H2S O4溶液中和，至無(wú)色，加入K2C r O4指示劑7～10 滴，立即用A g N O3溶液滴至磚紅色[4]，記錄所消耗的硝酸銀毫升量（記為V5）。試驗(yàn)結(jié)果按式⑴計(jì)算：

式⑴中，

P——試件中自由氯離子含量（%），精確至0.001%；

CAgNO3——硝酸銀標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度（mol/L）；

G——粉末樣品重（g）；

V4——每份樣品使提取的濾液量（ml）；

V5——每次滴定時(shí)消耗的硝酸銀溶液量（ml）。

表2 海水中主要成分及含量[3]

圖3

4 試驗(yàn)結(jié)果分析

按照上述試驗(yàn)方法，將測(cè)得的兩種混凝土內(nèi)部測(cè)點(diǎn)的絕熱溫升值進(jìn)行對(duì)比，如圖4 所示，從對(duì)比結(jié)果可知，對(duì)于1 號(hào)混凝土大概在24h 左右時(shí)其內(nèi)部溫度達(dá)到最高溫度42℃，最高溫度持續(xù)時(shí)間在10h 左右，而2 號(hào)混凝土在55h 左右時(shí)內(nèi)部溫度達(dá)到最高溫度30℃。兩者與出料時(shí)溫度的差值相比，1 號(hào)混凝土的差值要高于2號(hào)混凝土的；另外，1 號(hào)混凝土溫度升高的速率較快，2號(hào)混凝土溫度隨時(shí)間的變化較為平緩。兩者對(duì)比表明，在混凝土摻入摻合料后，水化放出的熱量大幅度降低，并且延長(zhǎng)了放熱時(shí)間。這是因?yàn)閾饺牖钚該胶狭虾笕〈艘徊糠值乃?，水泥礦物組成部分因水化反應(yīng)放出的熱量大大降低。對(duì)于出現(xiàn)最高溫度時(shí)間推后現(xiàn)象的原因是因其本身不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，只有產(chǎn)生水化產(chǎn)物氫氧化鈣等激發(fā)下才會(huì)發(fā)揮其活性，相對(duì)而言，反應(yīng)速率比較慢，對(duì)溫度變化貢獻(xiàn)不大，即推遲了最高溫度出現(xiàn)的時(shí)間。

圖4 兩種混凝土絕熱溫升變化曲線對(duì)比圖

按照C l-含量測(cè)定試驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行試驗(yàn)，將測(cè)得的兩種混凝土中C l-含量隨深度變化進(jìn)行對(duì)比，如圖5 所示，從對(duì)比結(jié)果可知，1 號(hào)混凝土和2 號(hào)混凝土中C l-含量均隨著深度的加深降低，距離暴露面10mm 范圍內(nèi)C l-含量降低的幅度較大，距離暴露面16mm 處基本穩(wěn)定。出現(xiàn)這種現(xiàn)象是因?yàn)樵诨炷脸尚瓦^(guò)程中因混凝土的自重及振搗原因使內(nèi)部所含的多余水向混凝土表層聚集，導(dǎo)致表面混凝土的水灰比過(guò)大，硬化后結(jié)構(gòu)不密實(shí)，使得C l-含量隨深度的加深呈遞下降趨勢(shì)。另外，2 號(hào)混凝土C l-含量低于1 號(hào)混凝土的，即加入摻合料后，C l-含量降低，這是因?yàn)? 號(hào)混凝土的水膠比低于1 號(hào)砼的，又因摻合料的微集料效應(yīng)，兩者綜合作用下使得混凝土結(jié)構(gòu)更加密實(shí)，提高了混凝土的抗C l-滲透性。

圖5 兩種混凝土Cl- 含量對(duì)比圖

5 總結(jié)

⑴將礦物摻合料摻入混凝土后，因取代了部分水泥及二次水化反應(yīng)，使得混凝土水化放出的熱量降低，放慢了放熱速率，延遲了混凝土出現(xiàn)最高溫度的時(shí)間。

⑵礦物摻合料應(yīng)用于混凝土?xí)r，因其活性效應(yīng)、形態(tài)效應(yīng)及微集料效應(yīng)三大效應(yīng)細(xì)化了混凝土中孔結(jié)構(gòu)，密實(shí)了混凝土，提高了砼的抗C l-滲透性。●