双掺粉煤灰和石灰粉影响混凝土抗氯离子渗透性能的试验研究

2013-09-26田正林吴相豪白丽珍

粉煤灰综合利用 2013年1期

田正林，吴相豪，白丽珍

(上海海事大学海洋环境与工程学院，上海201306)

混凝土结构在使用期间可能受到各种环境荷载作用，导致混凝土结构力学性能及耐久性能的劣化。氯离子不仅存在于海水中，还存在于道路除冰盐、盐湖盐碱地、工业环境中，氯离子侵入混凝土内部，引起钢筋锈蚀、混凝土结构开裂，对混凝土结构造成多方面的危害，使得混凝土结构提前失效，达不到预定的服役年限[1，2]。现有研究表明，粉煤灰可有效提高混凝土抗氯离子渗透能力，被广泛应用于建筑领域[3～5]。粉煤灰中含有大量氧化硅、氧化铝等活性氧化物，在碱性条件下可被激发发生水化反应，生成水化硅酸钙等水化产物，从而改善混凝土的物理和力学性能。因此，本文拟通过室内试验，探讨双掺粉煤灰和石灰粉对混凝土抗氯离子渗透性的影响机理和影响规律。

1 试验

1.1 原材料

试验用原材料包括:海螺牌P.O 42.5水泥;Ⅱ级粉煤灰(45μm筛余为14.8%，需水量比98.6%，烧失量5.79%);石灰粉:上海金山生产的生石灰(CaO)，在室内空气中自然熟化而成的粉末;粗骨料为连续级配辉绿岩碎石，粒径为5mm～20mm。细骨料为细度模数为2.8的河砂;水:自来水。

1.2 配合比

基准混凝土的胶凝材料为水泥和粉煤灰，其中水泥占胶凝材料的60%，粉煤灰占胶凝材料的40%。掺石灰粉时，水泥用量不变，石灰粉等量取代粉煤灰，取代率分别为10%、20%和30%。混凝土水胶比为0.45，各组混凝土配合比如表1。

表1 混凝土配合比 /kg/m3

1.3 试验方法

1.3.1 试件制备按照上述混凝土配合比搅拌混凝土拌合物，装入100mm×100mm×100mm模型中振捣成型，成型1d后拆模，放入标准养护箱中养护至28d。

1.3.2 孔隙率试验孔隙率试验采用 100mm×100mm×100mm立方体试件。将养护至28d的试件取出，进行饱水试验，试件达到饱水状态后取出，用抹布擦干表面，称得其重量为完全饱水的混凝土试件重量M0。然后把试件放入烘箱中，使试件在105℃下进行烘干至恒重时，再称得其重量M2，则混凝土对应的体积孔隙率ρ可由公式(1)计算:

式中:Vw——混凝土试件的孔隙体积;Vc——混凝土试件的体积;ρc——混凝土试件的密度;ρw——水的密度。

1.3.3 氯离子渗透性试验试验采用美国材料试验协会提出的ASTM C1202法。仪器为中国建筑科学研究院建筑材料研究所研发的混凝土氯离子电通量测定仪(CABR－RCP6)。此仪器连接电脑，并在电脑上安装好测试软件后，可自动采集试验数据。

具体步骤:将养护至28d后的混凝土立方体试件切成100mm×100mm×50mm试件，在真空条件下进行水饱和，然后固定在试验槽上，两端水槽分别注入3.0%NaCl和0.3mol/L NaoH 溶液，两端施加 60V 直流电，每隔30min记录一次电流，持续通电6h。最后由电流－时间函数曲线计算通过的总电量，以此评定混凝土的氯离子渗透性能，试验装置如图1。

图1 ASTM C1202法试验装置

2 试验结果与分析

2.1 双掺粉煤灰和石灰粉对混凝土孔隙率的影响

图2 石灰粉取代率与混凝土孔隙率的关系

双掺粉煤灰和石灰粉混凝土试件孔隙率试验结果如图2。从图2可以看出，石灰粉取代粉煤灰为0、10%、20%、30%的混凝土孔隙率分别为 16.7%、20.1%、17.8%和 19.2%，并没有显示出逐步增加或逐步减小的趋势。与不掺石灰粉的粉煤灰混凝土相比，掺石灰粉增大了粉煤灰混凝土的孔隙率，增大幅度在6.6%至20.4%之间。

2.2 双掺粉煤灰和石灰粉对混凝土抗氯离子渗透性能的影响

2.2.1 双掺粉煤灰和石灰粉对混凝土电通量的影响双掺粉煤灰和石灰粉混凝土试件6h电通量试验结果如图3。从图3可以看出，石灰粉取代粉煤灰为0、10%、20%、30%的混凝土电通量分别为 938.2C、1381.2C、1035.4C 和 1728.3C，变化趋势与孔隙率变化趋势大致相同。与不掺石灰粉的粉煤灰混凝土相比，掺石灰粉使粉煤灰混凝土的电通量增加，增加的幅度在10.4% ～84.2%之间。

图3 石灰粉取代率与混凝土电通量的关系

2.2.2 双掺粉煤灰和石灰粉对混凝土氯离子扩散系数的影响根据双掺粉煤灰和石灰粉混凝土试件6h电通量试验结果，利用公式(2)可计算出混凝土氯离子扩散系数，计算结果如图4。

式中:D——氯离子扩散系数(10－9cm2/s);

X——6h导电量(C)。

图4 石灰粉取代率与混凝土氯离子扩散系数的关系

从图4可看出，石灰粉取代粉煤灰为0、10%、20%、30%的混凝土抗氯离子系数分别为6.99×10－9cm2/s、9.73 × 10－9cm2/s、7.91 × 10－9cm2/s 和11.42×10－9cm2/s，变化趋势与孔隙率和电通量基本相同。与不掺石灰粉的粉煤灰混凝土相比，掺石灰粉同样使粉煤灰混凝土的抗氯离子系数增大，增大的幅度在13.2% ～63.4%之间。

对比双掺石灰粉－粉煤灰的混凝土抗氯离子渗透试验结果与孔隙率试验结果，发现随着石灰粉掺量的增加，孔隙率的发展趋势和6h电通量的发展趋势几乎是一致的。说明混凝土孔隙率与混凝土抗氯离子渗透性能关系密切。石灰粉取代率为30%时，混凝土孔隙率小于石灰粉取代率为10%的混凝土，但其电通量或氯离子扩散系数却大于石灰粉取代率为10%的混凝土，这是因为影响混凝土抗氯离子渗透能力的因素除了与孔隙率有关外，还与混凝土孔结构有关。

本文试验结果表明，掺石灰粉的粉煤灰混凝土抗氯离子渗透能力小于未掺石灰粉的粉煤灰混凝土。其原因可能是石灰粉激发粉煤灰活性引起粉煤灰混凝土孔结构的改善不足以弥补粉煤灰用量减少引起混凝土孔结构的改善和过多石灰粉与水生成的Ca(OH)2对混凝土孔结构的影响。