矿粉胶凝活性及其对混凝土氯离子渗透性影响

刘 斌

（湖北工业大学，湖北武汉430068）

一、矿粉凝胶活性实验研究

目前，我国的水泥制作仍处在粗放式的生产阶段，不仅耗能高，污染也非常严重。矿粉作为工业废料，在应用到建材行业中，通常是作为混凝土掺合料来使用的，并且在实际的使用过程中，矿粉的掺量最高不能超过30%，否则将会影响混凝土强度，因此，需要思考如何提升矿粉的活性，从而增加其在混凝土中的掺量。

1、矿粉掺量对凝胶方案活性的影响

本次实验在不改变矿粉混凝土其他参数的情况下，将矿粉的掺量设置为三个比例，分别为40%、50%和60%，具体的凝胶方案分别为：方案1：矿粉掺量0%，水泥掺量100%，水胶比0.5%，养护温度20摄氏度；方案2：矿粉掺量40%，水泥掺量100%，水胶比0.5%，养护温度20摄氏度；方案3：矿粉掺量50%，水泥掺量100%，水胶比0.5%，养护温度20摄氏度；方案4：矿粉掺量60%，水泥掺量100%，水胶比0.5%，养护温度20摄氏度。

实验结果：无论是水泥的抗压强度和抗拆强度都随着矿粉掺量的增高而产生了降低的情况，其中，当处在3天和七天的时间段内，矿粉掺量超过50%后，水泥的抗压强度和抗拆强度下降较快；当处在28天的时间段内，抗压强度在超过40%矿粉掺量的时候快速下降；同时，实验表明，50%为矿粉最佳掺量。

2、复合激发剂对凝胶活性方案的影响

本次实验采用了Na2CO3和Na2SO4作为复合激发剂，在掺加比例的选择上，根据前人的研究暂定了Na2CO3和Na2SO4的总掺量为1.5%，比例设定在1:4、2:3、3:2和4:1。实验方案为：方案1：Na2CO3和 Na2SO比例 1:4，矿粉掺量 40%、50%、60%，水胶比0.5，养护温度20摄氏度；方案2：Na2CO3和 Na2SO比例 2:3，矿粉掺量 40%、50%、60%，水胶比0.5，养护温度20摄氏度；方案3：Na2CO3和 Na2SO 比例 1：1，矿粉掺量 40%、50%、60%，水胶比0.5，养护温度20摄氏度；方案4：Na2CO3和 Na2SO比例 3:2，矿粉掺量 40%、50%、60%，水胶比0.5，养护温度20摄氏度；方案5：Na2CO3和 Na2SO比例 4:1，矿粉掺量 40%、50%、60%，水胶比0.5，养护温度20摄氏度。

实验结果显示，无论矿粉的掺量为多少，Na2CO3和Na2SO比例在1:1的时候，水泥——矿粉胶砂的强度变化率在各个时间段内都是最大的，所以激发剂Na2CO3和Na2SO的最佳比例为1:1。

二、矿粉胶凝活性对混凝土氯离子渗透性的影响

1、氯离子在混凝土中的传输机理及实验方法

氯离子的传输机理较为复杂，在混凝土中，氯离子的传输与混凝土环境、原材料和养护方法都有着较为密切的关系，通常来讲，氯离子是通过混凝土的表面裂缝进入，通过混凝土的内部空隙进入到混凝土内部，在进入的过程中，会产生复杂的化学作用和物理作用，其传输方式主要有渗透、扩散、毛细管作用和电化学迁移等。

在现有的研究中，分析氯离子在混凝土中的渗透性主要包括了RCM法和电通量法。电通量法测量误差小，仅为0.3%左右，并且在测量的过程中受人为的干扰因素少，能够保证测量的准确性。同时，国内外的研究中都表明，电通量法对大量的混凝土都适用，因此，本文的研究选择了电通量法作为实验方法。

2、矿粉胶凝活性对混凝土氯离子渗透性的影响实验

本实验结合了上文的实验，选择了0%、40%、50%和60%四个不同程度的矿粉掺量，对比是否加入Na2CO3和Na2SO激发剂来进行实验，其中，Na2CO3和Na2SO激发剂比例选择了上文研究结论的1:1，具体实验方案如下：方案1：矿粉掺量0%，不加入激发剂，水胶比0.5，养护温度20摄氏度；方案2：矿粉掺量0%、40%、50%、60%，不加激发剂，水胶比0.5，养护温度20摄氏度；方案 3：矿粉掺量 0%、40%、50%、60%，加入激发剂，水胶比0.5，养护温度20摄氏度。

在实验后，根据我国标准GB/T50082-2009推荐的电通量计算公式进行计算，计算公式为：

Q=900（I0+2I30+2I60+...+2It+...+2I300+2I330+2I360）……（1）

其式（1）中，Q为电通总电量，I0为初始电流，It为在时间t上的电流，经过计算得出结论：方案1：矿粉掺量0%，无激发剂，电通量为3977C，氯离子渗透性中；方案2：矿粉掺量40%，无激发剂，电通量为1350C，氯离子渗透性低；方案3：矿粉掺量50%，无激发剂，电通量为1003C，氯离子渗透性低；方案4：矿粉掺量60%，无激发剂，电通量为858C，氯离子渗透性极低；方案5：矿粉掺量40%，有激发剂，电通量为735C，氯离子渗透极低；方案6：矿粉掺量50%，有激发剂，电通量为725C，氯离子渗透极低；方案7：矿粉掺量60%，有激发剂，电通量为701C，氯离子渗透极低。

由此可以看出，通过有激发剂和无激发剂的对比，在矿粉掺量相同的时候，添加激发剂后，电通量明显降低，混凝土抗氯离子的渗透性显著提高。所以，要想提升矿粉胶凝活性并且提升混凝土的抗氯离子渗透性，则需要加入激发剂。

综上所述，笔者首先进行了矿粉胶凝活性的实验，得出50%为矿粉最佳掺量、激发剂Na2CO3和Na2SO的最佳比例为1:1的结论；其次进行了矿粉凝胶活性对混凝土氯离子渗透性的影响实验，最后实验结果认为：在矿粉掺量相同的时候，添加激发剂后，电通量显然降低，混凝土抗氯离子的渗透性显著提高。所以，要想提升矿粉胶凝活性并且提升混凝土的抗氯离子渗透性，则需要加入激发剂。