劉浩 ，劉凱 ，楊陽陽 ，姚頂峰 ，翟澎

（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 211103)

0 引言

經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和基礎(chǔ)建設(shè)需求的增加促使了混凝土用量的急劇增加。天然河砂資源的不斷減少加劇了混凝土用砂供應(yīng)矛盾，成為嚴(yán)重制約工程建設(shè)進(jìn)展的重要因素，而機(jī)制砂的生產(chǎn)和應(yīng)用可以有效緩解河砂資源短缺的問題。但目前機(jī)制砂海工混凝土在抵抗氯離子滲透方面的研究及應(yīng)用還較少。

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

水泥：P·O 42.5級(jí)水泥，其物理性能和化學(xué)成分見表1，表2。

表1 水泥的物理性能

表2 水泥的化學(xué)成分%

粉煤灰：Ⅰ級(jí)灰，比表面積為382 m2/kg，密度2.12 g/cm3，其化學(xué)成分見表3。硅灰：加密硅灰，其化學(xué)成分見表4。

表3 粉煤灰的化學(xué)成分%

表4 硅灰的化學(xué)成分%

砂：機(jī)制砂，細(xì)度模數(shù)2.56，MB值為1.2 g/kg，其級(jí)配區(qū)篩分曲線見圖1。

圖1 機(jī)制砂級(jí)配區(qū)篩分曲線

碎石：采用（5~16）mm連續(xù)級(jí)配碎石，含泥量為1.8%。

抗侵蝕抑制劑：SBT@-TIA混凝土抗侵蝕抑制劑，廠家：江蘇蘇博特新材料股份有限公司，其理化性能見表5。

表5 SBT@-TIA混凝土抗侵蝕抑制劑理化性能

減水劑：PCA@-Ⅰ型聚羧酸高性能減水劑，廠家：江蘇蘇博特新材料股份有限公司。

水：自來水。

1.2 試驗(yàn)方法

（1）混凝土拌合物工作性能試驗(yàn)參照GB/T50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法》；

（2）混凝土攪拌、成型、養(yǎng)護(hù)及力學(xué)性能試驗(yàn)參照GB/T 50081—2019《混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法》；

（3）混凝土的抗氯離子滲透性能試驗(yàn)方法參照GB/T 50082—2019《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》；

（4）混凝土的吸水率試驗(yàn)方法參照J(rèn)C/T 2553—2019《混凝土抗侵蝕抑制劑》。

2 C40承臺(tái)機(jī)制砂混凝土配合比設(shè)計(jì)

由于C40承臺(tái)機(jī)制砂混凝土屬于大體積混凝土，通過降低水化熱帶來的溫度應(yīng)力來抑制混凝土收縮開裂的作用，在混凝土配合比中應(yīng)摻入粉煤灰來降低混凝土中膠材的水化放熱和混凝土的絕熱溫升，但是大摻量的粉煤灰對(duì)混凝土早期強(qiáng)度以及氯離子擴(kuò)散系數(shù)具有不利影響。硅灰具有較大的比表面積，可以產(chǎn)生良好的毛細(xì)孔填充效應(yīng)，填充混凝土內(nèi)部的孔隙，形成密實(shí)結(jié)構(gòu)，同時(shí)還具有反應(yīng)快、活性高的優(yōu)點(diǎn)，與CH反應(yīng)火山灰作用生成低鈣的C-S-H凝膠，進(jìn)而起到提高強(qiáng)度的作用[1-4]。

試驗(yàn)研究了膠材總量、礦物摻合料用量和水膠比對(duì)混凝土性能的影響。

圖2為膠凝材料總量、摻合料以及水膠比對(duì)混凝土力學(xué)性能及抗氯離子擴(kuò)散性能的影響試驗(yàn)結(jié)果，從圖 2-（a）和圖 2-（d）可以得出，膠材用量對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度和氯離子擴(kuò)散系數(shù)影響顯著，隨著膠凝材料用量的增加，混凝土各個(gè)齡期的抗壓強(qiáng)度呈上升趨勢(shì)，氯離子擴(kuò)散系數(shù)逐漸減小。固定摻合料中粉煤灰用量，改變硅灰用量對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度和氯離子擴(kuò)散系數(shù)影響，由圖 2-（b）和圖 2-（e）結(jié)果分析得出，摻入5%的硅灰有利于強(qiáng)度提高和降低氯離子擴(kuò)散系數(shù)。對(duì)圖2-（c）和圖2-（f）數(shù)據(jù)分析可以得出，水膠比為0.33時(shí)有助于改善混凝土力學(xué)性能和抗氯離子擴(kuò)散性能。綜合考慮混凝土抗壓強(qiáng)度、耐久性及抗裂性能等指標(biāo)，基準(zhǔn)C40配合比宜采用470 kg/m3膠材，粉煤灰摻量20%，硅灰摻量5%，水膠比0.33。具體配比見表6。盡管此配合比制備混凝土具有較好的抗壓強(qiáng)度和抗氯離子擴(kuò)散性能，但氯離子擴(kuò)散系數(shù)仍處于一個(gè)較高的水平，因此在此基礎(chǔ)上，應(yīng)結(jié)合耐久性提升技術(shù)進(jìn)一步改善其抗氯離子滲透性能。

圖2 承臺(tái)C40高性能混凝土配合比試驗(yàn)結(jié)果

3 混凝土抗侵蝕抑制劑對(duì)混凝土性能的影響

混凝土抗侵蝕抑制劑是一種兼具疏水和填充孔作用的一種功能型混凝土外加劑，這種材料一方面通過改變混凝土內(nèi)部毛細(xì)孔的表面張力，提高混凝土基體的憎水性，大幅降低混凝土的吸水率；另一方面可以參與水泥水化和填充混凝土毛細(xì)孔，提高混凝土基體的密實(shí)度，降低氯離子的傳輸速度，降低鋼筋銹蝕的風(fēng)險(xiǎn)。

3.1 混凝土工作性能及力學(xué)性能影響

研究了混凝土抗侵蝕抑制劑對(duì)混凝土工作性能和力學(xué)性能的影響，試驗(yàn)結(jié)果見表7和圖3。從表7中數(shù)據(jù)分析得出，兩種混凝土抗侵蝕抑制劑的摻入改善了混凝土流動(dòng)性、粘聚性及和易性；此外，隨著摻量的增加，含氣量增加值＜0.5%，表明兩種TIA基本不影響混凝土含氣量。

表6 C40高性能混凝土配合比

表7 混凝土抗侵蝕抑制劑對(duì)混凝土工作性影響

圖3反映了TIA-Ⅰ和TIA-Ⅱ摻入不同的摻量后對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響。從圖中可以得出兩種混凝土抗侵蝕抑制劑的摻入改善了混凝土各個(gè)齡期的強(qiáng)度，且隨著摻量的增加，強(qiáng)度改善越明顯，在最高摻量25 kg/m3時(shí)，TIA-Ⅰ的摻入使混凝土7 d齡期強(qiáng)度增加了6.6%，TIA-Ⅰ的摻入提高7d齡期強(qiáng)度幅度達(dá)12%，56 d強(qiáng)度分別增加了6.3%和8.4%，這是由于抗侵蝕抑制劑的摻入?yún)⑴c了水泥水化進(jìn)程，促進(jìn)了水化的進(jìn)行，同時(shí)填充了混凝土內(nèi)部毛細(xì)孔，混凝土基體的密實(shí)度得到提升，從而提高了混凝土強(qiáng)度。

3.2 混凝土滲透性能影響

圖4反映了TIA-Ⅰ和TIA-Ⅱ?qū)炷谅入x子擴(kuò)散系數(shù)和吸水率的影響。從圖4可以得出，TIA-Ⅰ和TIA-Ⅱ的摻入顯著改善了混凝土抗氯離子擴(kuò)散性能和吸水性能，且隨著摻量的增加，其作用效果越明顯，在最高摻量25 kg/m3時(shí)，TIA-Ⅰ的摻入使混凝土28 d氯離子擴(kuò)散系數(shù)降低12%，56 d氯離子擴(kuò)散系數(shù)降低8.4%；TIA-Ⅱ的摻入降低了28 d氯離子擴(kuò)散系數(shù)22.6%，28 d氯離子擴(kuò)散系數(shù)降低29.2%，表明侵蝕抑制劑具有顯著的降低氯離子擴(kuò)散的性能。從圖4-（b）和圖4-（c）吸水率結(jié)果得出，TIA-Ⅰ和TIA-Ⅱ可以顯著降低混凝土的吸水率，隨著摻量增加呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，最高25 kg/m3時(shí)，混凝土吸水率分別降低27.4%和53.9%。綜上，吸水率降低和密實(shí)度提高，混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)得到進(jìn)一步降低，TIA-Ⅰ和TIA-Ⅱ的摻入使混凝土56 d氯離子擴(kuò)散系數(shù)降低到4.49×10-12m2/s和3.47×10-12m2/s，表明通過采用（5~31.5） mm 連續(xù)級(jí)配和混凝土抗侵蝕抑制劑可以進(jìn)一步有效降低混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)。

圖3 混凝土抗侵蝕抑制劑對(duì)混凝土力學(xué)性能影響

圖4 混凝土抗侵蝕抑制劑對(duì)氯離子擴(kuò)散系數(shù)及吸水性能影響

4 結(jié)論

（1）混凝土抗侵蝕抑制劑提高了混凝土的和易性，可以改善混凝土各個(gè)齡期的強(qiáng)度，提高幅度為6.6%~12%。

（2）混凝土抗侵蝕抑制劑可以顯著降低混凝土的吸水率，通過疏水及密實(shí)途徑可以有效降低混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)，極大改善混凝土耐久性能。