不同龄期下双掺矿物掺合料对GRC构件抗弯、抗冲击强度及抗渗性能的影响

喻 林，王学雷，李建波，成 凯

(1. 河海大学 力学与材料学院，江苏 南京 210098； 2. 苏宁置业集团有限公司，江苏 南京 210042)

0 引 言

1 试验方案

1.1 试验用原材料

本试验所用拌合水为自来水[8]；细集料(级配合理的中砂)所用砂为湖砂，来自于洞庭湖，细度模数为2.7，含泥量(质量分数)为0.8%；偏高岭土由河南巩义市辰义耐材磨料公司生产，外观呈淡红色，其主要成分为Al2O3(质量分数ω(Al2O3)≥43.2%)和SiO2(质量分数ω(SiO2)≥49.1%)；耐碱玻璃纤维网格布基本化学成分、基本性能参数分别见表1，2,满足规范要求[9]；硅灰的基本性能参数见表3；水泥采用安徽芜湖海螺水泥有限公司生产的普通硅酸盐水泥(P.O42.5),主要化学成分为CaO，SiO2，分别占58%，23%，其初凝时间、终凝时间分别为158，231 min，抗压强度、抗折强度(28 d)分别为42.5，6.5 MPa，满足规范要求[10]；粉煤灰是由江苏省某国网热电厂生产的F类Ⅰ级粉煤灰，其基本性能参数见表4，满足规范要求[11]；减水剂为江苏尼高科技有限公司生产的高效减水剂，满足规范要求[12]。

表1 耐碱玻璃纤维网格布基本化学成分Tab.1 Basic Chemical Composition of Alkali Resistant Glass Fiber Mesh Cloth

表2 耐碱玻璃纤维网格布基本性能参数Tab.2 Basic Performance Parameters of Alkali Resistant Glass Fiber Mesh Cloth

表3 硅灰的基本性能参数Tab.3 Basic Performance Parameters of Silica Fume

表4 粉煤灰基本性能参数Tab.4 Basic Performance Parameters of Fly Ash

1.2 配合比设计

试验质量配合比见表5。偏高岭土可以加速水化反应，具有火山灰效应与填充效应[13-14]；粉煤灰替代部分水泥能够提高后期强度，改善GRC试件的耐久性[15-16]。硅灰可以填充细化混凝土的孔隙，提高硬化水泥浆体的密实度，减少Ca(OH)2对混凝土强度的不利影响[17-18]。

表5 试验质量配合比Tab.5 Test Mass Mix Proportion

1.3 试验方法

改性普通硅酸盐水泥为基材的GRC标准试件经标准养护后，在自然环境下老化的龄期分别为0，14，28，56，90 d，当试件到达相应的龄期后，进行抗弯性能试验和抗冲击强度试验[19]；在50 ℃热水加速老化条件下，龄期分别为0，3，7，14，28，56 d，当试件到达相应的龄期后，进行抗弯性能试验和抗冲击强度试验(图1～4)。

抗渗性能试验[20]：制备试模尺寸为70 mm×80 mm×30 mm的GRC抗渗试件，每6个圆台体试件为一组，标准养护后取出砂浆圆台体试件将其表面擦干，放入圆台体试模中，用千斤顶压实密封，最后装入砂浆抗渗仪当中，测量渗透高度值(图5，6)。

扫描电镜试验：取一定龄期用于力学性能测试后的GRC试件，从破坏后的试件中取出一定长度玻璃纤维网格布，将样品抽真空并在表面喷涂金膜，以便于导电。利用SEM进行扫描电镜试验，观察样品微观结构形貌。

2 试验结果与分析

2.1 GRC试件在自然环境下的抗弯强度

在自然环境下得到不同龄期GRC试件抗弯强度平均值，试验结果见表6。

表6 GRC试件在自然环境下各龄期的抗弯强度Tab.6 Bending Strength of GRC Specimens at Different Ages in Natural Environment

由表6可以看出：GRC试件抗弯比例强度呈现先下降后上升的趋势；GRC试件抗弯破坏强度的波动趋势与其抗弯比例强度的波动趋势相似，但其变化幅度较大。为了方便表示，将试件Si5+Mk20，Si10+Fa20，Si10+Mk20，Fa20+Mk20依次标记为试件①～④。在整个龄期内，改性(掺加掺合料)GRC试件①，②，③抗弯比例强度值均大于对照GRC试件JZ强度值，GRC试件③的抗弯强度值约为对照GRC试件JZ强度值的130%。在整个龄期内，改性GRC试件①，②，③抗弯破坏强度值均大于对照GRC试件JZ的强度值，GRC试件②，③的抗弯破坏强度均大于20 MPa，约为对照GRC试件JZ强度值的150%，可见双掺10%硅灰、20%偏高 岭土和双掺10%硅灰、20%粉煤灰能够显著提高GRC试件的抗弯破坏强度。

偏高岭土不仅具有细颗粒的作用，而且水化反应生成具有填充效应的水化硅酸钙和水化硫铝酸钙，降低试件内部孔隙率，使其具有更为密实堆积体系，从而改善混凝土的抗弯性能，对早期强度提高特别有利，硅粉对后期强度较为有利，因此偏高岭土和硅粉双掺对试件抗弯强度提高较大，10%的硅粉掺量作用效果更为明显。

对照组采取常规药物治疗及整体护理，干预组在常规治疗与整体护理的基础上针对患者出现的心理问题实施综合心理护理。

2.2 GRC试件在自然环境下的抗冲击强度

在自然环境下得到每个试件的抗冲击强度，计算后得到GRC试件在各龄期的抗冲击强度试验值，见表7。

由表7可知：在自然环境条件下，各组GRC试件的抗冲击强度随着龄期的增加而呈现下降趋势。由于偏高岭土和硅粉双掺使试件内部更为密实，同 抗弯破坏强度一样，在整个龄期内，改性(掺加掺合料)GRC试件①，②，③抗冲击强度值均大于对照GRC试件JZ的强度值；在整个龄期内，GRC试件③抗冲击强度比对照GRC试件JZ高45%，GRC试件②的抗冲击强度比对照GRC试件JZ高40%，可见双掺10%硅灰、20%偏高岭土能够显著提高GRC试件的抗冲击强度。

表7 GRC试件在自然环境下各龄期的抗冲击强度Tab.7 Impact Strength of GRC Specimens at Different Ages in Natural Environment

2.3 GRC试件在50 ℃热水加速老化条件下的抗弯强度

在50 ℃热水加速老化条件下以改性普通硅酸盐水泥为基材的GRC试件抗弯强度试验数据如表8所示。

表8 GRC试件在50 ℃热水老化条件下的抗弯强度Tab.8 Bending Strength of GRC Specimens Aged at 50 ℃ in Hot Water

由表8可知：在50 ℃热水加速老化条件下，改性(掺加掺合料)GRC试件抗弯强度呈现下降趋势，对照GRC试件JZ抗弯比例强度在整个龄期内呈现上升趋势，对照GRC试件JZ抗弯破坏强度下降速率基本一样(剔除异常点)。在整个龄期内，GRC试件①，②，③抗弯比例强度值均大于对照GRC试件JZ的强度值。在整个龄期内，GRC试件①，②，③抗弯破坏强度值均大于对照GRC试件JZ的强度值，其中在热水加速老化后期GRC试件①，②，③的抗弯破坏强度约为对照GRC试件JZ强度值的170%，可见在50 ℃热水加速老化条件下，双掺5%硅灰、20%偏高岭土，双掺10%硅灰、20%偏高岭土和双掺10%硅灰、20%粉煤灰能够显著提高GRC试件的抗弯破坏强度。50 ℃热水加速老化条件28 d后抗弯强度降低，因为掺入粉煤灰虽然降低了内部碱度,减少了玻璃纤维的腐蚀,但并不能完全阻止玻璃纤维受到腐蚀,因此试件抗弯强度出现小幅降低。

2.4 GRC试件在50 ℃热水老化条件下的抗冲击强度

以改性普通硅酸盐水泥为基材的GRC试件在50 ℃热水老化条件下的抗冲击性能试验数据如表9所示。

表9 GRC试件在50 ℃热水老化条件下抗冲击强度Tab.9 Impact Strength of GRC Specimens Aged at 50 ℃ in Hot Water

由表9可知：在50 ℃热水加速老化条件下，GRC试件的抗冲击强度随着龄期的增加呈现下降趋势，改性GRC试件①，②，③，④的下降幅度达到50%，对照GRC试件JZ下降幅度达75%。GRC试件①，②，③抗冲击强度值均高于试件JZ的强度值；此外，在热水加速老化后期，GRC试件①，②，③抗冲击强度值为试件JZ强度值的2倍；在50 ℃热水加速老化条件下，双掺10%硅灰、20%偏高岭土能够显著提高GRC试件的抗冲击强度。

2.5 GRC试件的渗透高度

表10为渗透高度试验数据。由表10可知：改性(掺加掺合料)GRC试件①，③的渗透高度均高于对照GRC试件JZ渗透高度，大约为对照GRC试件JZ的110%；改性GRC试件②，④的渗透高度低于对照GRC试件JZ，其中液面在改性GRC试件④的渗入最低，其渗透高度约为对照GRC试件JZ的50%，可见双掺20%粉煤灰、20%偏高岭土制备的GRC试件抗渗性能优异。

表10 GRC试件渗透高度Tab.10 Penetration Height of GRC Specimens

2.6 GRC试件中玻璃纤维网格布表面腐蚀性

对经试验破坏后的GRC试件玻璃纤维网格布进行扫描电镜试验，所选取的4组GRC试件为JZ，Si10+Fa20，Si10+Mk20，Fa20+Mk20，龄期分别为标准养护28 d、自然环境下老化90 d、热水加速老化条件下56 d。

标准养护28 d所得GRC试件微观形貌如图7～10所示。

由图7～10可知：各GRC试件中的玻璃纤维网格布表面都比较光滑，没有明显被水泥水化产物侵蚀的特征，只在玻璃纤维网格布表面黏附了少量的水泥水化产物，其中试件JZ，Fa20+Mk20表面附着的水泥水化产物较多。

自然环境下老化90 d所得GRC试件微观形貌如图11～14所示。由图11～14可知：掺加10%硅灰、20%偏高岭土和掺加10%硅灰、20%粉煤灰的GRC试件其表面较为光滑；掺加20%粉煤灰、20%偏高岭土制备的GRC试件中玻璃纤维网格布表面附着较多水化产物，同时网格布表面出现一些纹路，说明玻璃纤维网格布受到了较为严重的腐蚀，表面附着的水泥水化产物呈毛絮状。双掺10%硅灰、20%粉煤灰的GRC中玻璃纤维的表面较为光滑，说明玻璃纤维网格布受到的腐蚀比较小。

热水加速老化条件下56 d所得GRC试件微观形貌如图15～18所示。由图15～18可知：所有GRC试件中玻璃纤维网格布在50 ℃热水加速老化条件下腐蚀较严重，玻璃纤维网格布表面粗糙，产生很多附着物。未掺加矿物掺合料与掺加20%粉煤灰、20%偏高岭土制备的GRC试件玻璃纤维网格布表面受到的侵蚀很严重，有大量的颗粒附着在表面；双掺10%硅灰、20%粉煤灰的GRC中玻璃纤维网格布表面黏附物相对较少，玻璃纤维受到的腐蚀最轻,这是由于掺入的粉煤灰具有活性SiO2和Al2O3,与水泥水化产生碱反应，降低水泥基体碱度，进而削弱基体中碱对玻璃纤维网格布的腐蚀。同时热水加速老化条件下,促进了粉煤灰和水泥的水化作用。

3 结 语

(1)在自然环境下和50 ℃热水加速老化下，双掺10%硅灰、20%粉煤灰和10%硅灰、20%偏高岭土能够显著提高GRC试件的抗弯强度，约为对照GRC试件JZ抗弯强度的150%；双掺10%硅灰、20%偏高岭土可以显著提高GRC试件的抗冲击强度。

(2)双掺20%粉煤灰、20%偏高岭土制备GRC试件的抗渗性能很优异，渗透高度为3.7 mm，约为对照GRC试件JZ的50%。

(3)GRC试件中玻璃纤维网格布侵蚀程度与其抗弯强度、抗冲击强度呈负相关；双掺10%硅灰、20%粉煤灰和10%硅灰、20%偏高岭土可以改善GRC试件界面区结构，提高GRC试件的耐久性。