两种常见水泥对混凝土耐久性能的影响研究

2024-04-23柏维强龙盼峰

四川水泥 2024年4期

李琴柏维强龙盼峰

（甘肃公航旅检测科技有限公司，甘肃兰州 730050）

0 引言

混凝土耐久性定义为在使用过程中抵抗各种破坏力而能保持其使用功能的能力。耐久性主要包括两方面：一是引起破坏的作用力或破坏力；二是材料对破坏的抵抗力[1]。外界环境腐蚀和内部材料缺陷是导致混凝土结构耐久性降低的主要因素，包括碳化、氯盐侵蚀、冻融破坏、侵蚀性介质破坏、碱-骨料反应等[2]。

水泥作为混凝土内部材料的主要成分之一，其质量和性质直接影响到混凝土的抗压强度、抗渗性以及抗冻融能力等关键耐久性指标。通过选择合适类型的水泥和优化水泥的用量，可以有效提升混凝土的整体性能，从而使得混凝土结构物在面对恶劣环境条件时更加稳定可靠，延长其服务生命周期。因此，深入了解水泥对混凝土耐久性的影响，对于提升混凝土耐久性和建筑工程质量、保障人类居住安全具有不可估量的价值。本文选择P·O42.5水泥和P·Ⅱ42.5水泥为研究对象，研究二者对混凝土耐久性的影响。

1 试验设计

1.1 原材料

（1）水泥：硅酸盐水泥P·Ⅱ42.5（中材甘肃水泥有限责任公司），普通硅酸盐水泥P·O42.5（白银寿鹿山水泥有限责任公司）。两种水泥的基本性能指标见表1所示。

表1 水泥基本性能指标

（2）粉煤灰：白银市百森建材有限公司生产的F类II级粉煤灰，掺量为20%。

（3）矿粉：榆中鑫隆建材有限责任公司生产的S95级高炉矿渣（铁矿粉），掺量为30%。

（4）细集料：景泰县墩墩矿业有限公司生产的水洗砂。

（5）粗集料：白银兴昌盈石料销售有限公司生产的4.75～9.5mm，9.5～16mm，16～19mm，19～26.5mm，26.5～31.5mm碎石，粗集料参配比例为20%、20%、30%、15%、15%。

（6）水：当地饮用水。

（7）减水剂：山西黄河新型化工有限公司生产的HJSXA聚羧酸高性能减水剂，减水率为29%，掺量为1.0%。

1.2 混凝土配合比设计

针对P·O42.5和P·Ⅱ42.5两种水泥，依据一般工程设计和《公路工程混凝土结构耐久性设计规范》（JTG∕T 3310-2019）的要求，对每立方米混凝土中胶凝材料的最少和最大用量进行了限定，在确保强度的情况下，降低胶凝材料中水泥的用量。并在确保其可供使用的基础上，尽可能地减小其坍落度。用掺合料粉煤灰和磨细矿渣不同配比进行反复试验，优选出最佳强度的最佳配比。不同水泥混凝土试验配合比见表2所示。

表2 不同水泥混凝土试验配合比

1.3 试验方法

依据《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》（JTG 3420-2020）[3]、《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》（GB∕T 50082-2009）[4]、《混凝土结构耐久性设计规范》（GB∕T 50476-2008）[5]、《公路工程混凝土结构耐久性设计规范》（JTG∕T 3310-2019）[6]等相关标准，测定混凝土的抗压强度、弹性模量、抗冻指数、碱含量、氯离子含量。其中抗压强度试件尺寸为150mm×150mm×150mm，抗冻试验试件尺寸为100mm×100mm×400mm。试件制作完成后，在标准养护室内养护24d，进行下一步试验并做好试验数据记录。

2 试验结果与分析

2.1 不同类型水泥对混凝土耐久性的影响

图1～图4 为P·O42.5 水泥和P·Ⅱ42.5 水泥对C30、C35、C50混凝土28d抗压强度、弹性模量、碱含量和氯离子含量的影响。由图1、图2可知，P·Ⅱ42.5水泥的C30、C35、C50混凝土28d抗压强度、弹性模量均高于P·O42.5普通硅酸盐水泥的28d抗压强度、弹性模量，抗压强度分别提高了10.6%、8.6%、6.7%，弹性模量分别提高了4.9%、6.3%、6.8%。由图3、图4可知，P·Ⅱ42.5水泥的C30、C35、C50混凝土28d碱含量、氯离子含量相比于P·O42.5普通硅酸盐水泥的28d碱含量、氯离子含量有所降低，碱含量分别降低了11.8%、12.2%、14.8%，氯离子含量分别降低了24.2%、27.6%、23.8%。结合表2可以得出，与P·O42.5普通硅酸盐水泥相比，同等级强度混凝土中P·Ⅱ42.5硅酸盐水泥的使用量要少很多，并且在各个强度级别的混凝土中，碱性、氯化物的质量分数要高很多，降低水泥用量可有效地防止因混凝土收缩和水化热过大而产生裂缝，从而提高混凝土的耐久性。

图1 不同水泥对C30、C35、C50混凝土28d抗压强度的影响

图2 不同水泥对C30、C35、C50混凝土28d弹性模量的影响

图3 不同水泥对C30、C35、C50混凝土28d碱含量的影响

图4 不同水泥对C30、C35、C50混凝土28d氯离子含量的影响

2.2 混凝土耐久性随着龄期增加的变化

图5～图8为随着龄期的增加，不同品种水泥下C30、C35、C50混凝土抗压强度、弹性模量、碱含量和氯离子含量的变化情况。从图5、图6中可以看出，不同强度等级混凝土抗压强度、弹性模量均随着龄期的增加呈缓慢增长趋势。两种水泥对应的C30、C35混凝土中碱含量随着龄期增加相对比较稳定，无明显变化。P·Ⅱ42.5水泥C50混凝土随着龄期的增加碱含量变化平缓，而P·O42.5水泥C50混凝土碱含量随着龄期的增加有明显起伏变化（见图7所示）。图8显示，P·Ⅱ42.5水泥不同强度等级混凝土氯离子含量随龄期增加，变化比较缓慢且在24个月呈现稳定趋势，而P·O42.5水泥的不同强度等级混凝土氯离子含量随龄期增加呈上升趋势。表明P·Ⅱ42.5硅酸盐水泥能够有效降低混凝土中有害物质含量，防止混凝土发生开裂、产生破坏。