摘要 :本文對摻粉煤灰高性能混凝土的耐久性進(jìn)行了試驗(yàn)研究 ,結(jié)果表明 ,摻一定量優(yōu)質(zhì)粉煤灰的高性能混凝土具有較好的抗硫酸鹽侵蝕、抑制堿骨料反應(yīng)、抗碳化與抗鋼筋銹蝕性能。
關(guān)鍵詞 :高性能混凝土粉煤灰高效減水劑硫酸鹽腐蝕堿骨料反應(yīng)碳化鋼筋銹蝕
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0前言

　　高性能砼要求具有良好的工作性 ,較高的強(qiáng)度和良好的耐久性 ,采用優(yōu)質(zhì)粉煤灰和高效減水劑雙摻技術(shù)配制的高性能泵送砼 ,其抗硫酸鹽侵蝕性能、抑制堿骨料反應(yīng)、抗碳化和抗鋼筋銹蝕性能是耐久性的重要方面 ,弄清粉煤灰、外加劑對上述性能的影響規(guī)律是十分必要的 ,本文對這些性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究。

１原材料與試驗(yàn)方法

１.１原材料

　　水泥 :江南水泥廠產(chǎn)525Ｐ·Ⅱ ,其熟料化學(xué)成分、礦物組成和水泥的物理力學(xué)性能分別列于表1～3中。
　　砂子 :中砂 ,ＭＸ 為2.6,表觀密度2.63ｇ／ｃｍ3 ,含泥量0.4%。
　　石子 :玄武巖碎石 ,5～25ｍｍ ;連續(xù)級配 ,表觀密度2.75ｇ／ｃｍ3,堆積密度
1450ｋｇ／ｃｍ3,空隙率47 % ,壓碎值80% ,含泥量0.1 %。
　　粉煤灰 :南京熱電廠產(chǎn) ,Ⅰ級 ,細(xì)度5.2%（４５μｍ篩篩余） ,燒失量38% ,需水量比94 % ,其化學(xué)成分見表１。
　　外加劑 :ＮＡ -Ｆ２（Ｂ）、ＪＭ -Ⅷ、ＪＣ -２Ｂ型高效緩凝減水劑。
　　水 :自來水。
１.２高性能砼配合比

　　采用不同粉煤灰摻量和不同品種高效減水劑的Ｃ50高性能泵送砼 ,其配合比列于表４中。

１.３試驗(yàn)方法

　?、倏沽蛩猁}腐蝕試驗(yàn)參照ＧＢ749 -65方法進(jìn)行 ,試件尺寸為100ｍｍ×100ｍｍ×100ｍｍ ,成型及標(biāo)養(yǎng)28ｄ后 ,一組浸沒在３%硫酸鈉溶液中（ｐＨ值保持在7左右） ,每兩個(gè)月?lián)Q一次溶液 ,浸泡150ｄ。另一組試件放于水中養(yǎng)護(hù)。
　　
　　②堿骨料反應(yīng)按ＣＥＣＳ48 :93方法進(jìn)行。

　?、厶蓟囼?yàn)按ＧＢＪ82 -85方法進(jìn)行。試樣成型后標(biāo)養(yǎng)28ｄ ,烘干 ,放于溫度為20±5℃ ,濕度70±5 % ,ＣＯ2 濃度為20±3 %的標(biāo)準(zhǔn)碳化試驗(yàn)箱內(nèi) ,測定7ｄ、14ｄ和28ｄ的碳化深度。
④鋼筋銹蝕試驗(yàn)按ＧＢＪ82 -85方法進(jìn)行。將埋有鋼筋的試件按標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)碳化28ｄ后 ,取出放于混凝土標(biāo)養(yǎng)室中存放56ｄ,取出破型 ,檢查鋼銹蝕情況。

２試驗(yàn)結(jié)果與討論

２.１抗硫酸鹽侵蝕性能

　　固體鹽并不侵蝕砼 ,但是鹽溶液卻能與硬化水泥漿發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。硫酸鹽與Ｃａ（ＯＨ）２ 及水化鋁酸鈣發(fā)生反應(yīng) ,就會對水泥產(chǎn)生侵蝕。反應(yīng)生成的產(chǎn)物二水石膏和水化硫鋁酸鈣 ,其體積均較原化合物體積大很多 ,因而會引起砼的膨脹與破裂。受硫酸鹽侵蝕的砼表面呈稍白的特征色 ,損壞通常先從棱角開始 ,隨后進(jìn)一步開裂與剝落 ,致使砼變脆而成松散狀態(tài)。工程實(shí)踐表明 ,采用Ｃ3Ａ含量低的水泥可減輕硫酸鹽對砼的侵蝕。

　　為了改善砼抗硫酸鹽侵蝕的性能 ,也可在水泥中摻入火山灰［１］部分地取代水泥 ,火山灰可減少砼中的游離Ｃａ（ＯＨ）2且給予鋁相以不活潑性。但是在砼暴露于硫酸鹽介質(zhì)之前 ,一定要有足夠時(shí)間使火山灰活性發(fā)揮。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)許多種火山灰配制的砼對抗硫酸鹽侵蝕非常有效。但對于粉煤灰的作用效果還存在不同的看法 ,這可能與粉煤灰的質(zhì)量和化學(xué)成分等有關(guān)。

　　本試驗(yàn)采用Ｃ3Ａ為512 %的525#Ｐ·Ⅱ水泥 ,砼配合比見表４ ,經(jīng)３%硫酸鈉溶液浸泡１５０ｄ及放于同齡期水中的對比試件的試驗(yàn)結(jié)果列于表５中。試驗(yàn)結(jié)果表明 :

　?。ǎ保饺胍欢糠勖夯遥?2 %～36%）的高性能砼在水中養(yǎng)護(hù)時(shí) ,其后期強(qiáng)度的增加幅度較大 ,且高于不摻粉煤灰的砼。如摻36 %Ⅰ級粉煤灰和ＪＭ -Ⅷ高效減水劑的高性能砼 ,
180ｄ抗壓強(qiáng)度達(dá)93ＭＰａ,比28ｄ增加36.7% ,比不摻粉煤灰的增加6.7 %。

　?。ǎ玻┊?dāng)高性能砼中粉煤灰摻量在０～36 %范圍內(nèi) ,其抗硫酸鹽侵蝕程度不盡相同。具體表現(xiàn)為 ,摻粉煤灰砼的抗硫酸鹽性能比不摻者好 ,其抗壓強(qiáng)度的損失率減少 ;摻２４%粉煤灰的高性能砼抗硫酸鹽侵蝕性最好 ,在硫酸鹽溶液中侵蝕150ｄ ,其抗壓強(qiáng)度無損失 ,且略高于對比試件。

　　（３）采用相同粉煤灰摻量的兩種高效減水劑的平行試驗(yàn)結(jié)果其規(guī)律基本一致。

　?。ǎ矗┍疚呐渲频膿椒勖夯腋咝阅茼?,具有良好的抗硫酸鹽侵蝕性能 ,主要在于 :①選用了Ｃ３Ａ含量低的水泥 ,使砼中水化鋁酸鈣含量減少 ;②在砼中摻入了Ⅰ級粉煤灰 ,使砼中游離Ｃａ（ＯＨ）２ 含量明顯減少 ;③采用高效減水劑和優(yōu)質(zhì)粉煤灰的雙摻技術(shù) ,使砼的水灰比降低 ,結(jié)構(gòu)致密 ,強(qiáng)度和抗?jié)B性均提高。

２.２抑制堿骨料反應(yīng)

　　砼堿骨料反應(yīng)是其耐久性的又一項(xiàng)重要指標(biāo) ,當(dāng)水泥中的堿（Ｎａ2O和Ｋ2Ｏ）與活性集料發(fā)生反應(yīng)時(shí) ,將在砼內(nèi)部產(chǎn)生膨脹而導(dǎo)致開裂 ,使砼失去整體性 ,其危害十分嚴(yán)重 ,被稱為砼的“癌癥”。堿骨料反應(yīng)有三種類型 ,最主要的是堿 -硅酸反應(yīng) ,其次是堿 -碳酸鹽反應(yīng) ,再次是堿 -硅酸鹽反應(yīng)。

　　有關(guān)研究表明［２ ,３］,摻入一定量活性摻合料如磨細(xì)礦渣、粉煤灰、硅灰可以較好地抑制堿硅酸反應(yīng) ,對堿 -碳酸反應(yīng)也具有一定的抑制作用。摻40 %以上的磨細(xì)礦渣、30%以上的粉煤灰就能有效地抑制堿 -硅酸反應(yīng) ,而抑制堿 -碳酸鹽反應(yīng)的最低摻量 :磨細(xì)礦渣為≥50% ,粉煤灰為≥40 %。

　　本文對高性能砼中粉煤灰抑制堿骨料反應(yīng)的作用進(jìn)行了初步的試驗(yàn)研究。試驗(yàn)中 ,水泥采用三峽大壩用中熱水泥 ,堿含量（按Ｎａ2Ｏ +0.658Ｋ2Ｏ計(jì)）為1.07% ,集料采用南京某地的石灰?guī)r碎石 ,摻合料為Ⅰ級粉煤灰（ＦＡ） ,礦渣微粉（ＳＬ） ,試驗(yàn)結(jié)果列于表６中。試驗(yàn)結(jié)果表明 :

　?、侔矗茫牛茫?8:93標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行堿骨料反應(yīng)試驗(yàn) ,隨著灰集比減小 ,其蒸養(yǎng)和壓蒸膨脹值均增加 ,本試驗(yàn)對不同灰集比的重復(fù)試驗(yàn)表明 ,其壓蒸膨脹值均大于0.1% ,說明該石子屬活性集料。

　　②本文的試驗(yàn)結(jié)果表明 ,粉煤灰對堿 -骨料反應(yīng)的抑制能力 ,大于相同摻量的磨細(xì)礦渣 ,摻２５%的Ⅰ級粉煤灰已具有較好的抑制堿骨料反應(yīng)的能力。

２.３抗碳化性能

　　空氣中的ＣＯ2 氣滲透到水泥砼內(nèi) ,與其堿性物質(zhì)起化學(xué)反應(yīng)生成碳酸鹽和水 ,使水泥砼堿度降低。水泥砼中的碳化反應(yīng)不限于Ｃａ（ＯＨ）2,在各種水化物或未水化物中 ,也會發(fā)生其他類型的碳化反應(yīng) ,但就碳化而言 ,Ｃａ（ＯＨ）2 的影響最大。砼的碳化作用使防止鋼筋銹蝕的堿性狀態(tài)中性化 ,使砼中的ｐＨ值由12～13降至８左右 ,如果鋼筋的砼保護(hù)層完全碳化 ,那么在水分與氧氣能滲入的條件下 ,鋼筋就會發(fā)生銹蝕而導(dǎo)致砼的開裂甚至破壞。

　　表４中各砼的碳化結(jié)果見表７和圖１。結(jié)果表明 ,減水劑品種和摻量對碳化影響不明顯 ,而碳化齡期、粉煤灰的摻量和砼強(qiáng)度等級等對砼碳化深度有較大影響。其規(guī)律是 ,砼的碳化深度隨碳化齡期和粉煤灰摻量的增加而增大。在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下碳化28ｄ,相當(dāng)于大氣條件下碳化50年 ,摻24 %的Ⅰ級粉煤灰取代20 %水泥 ,碳化深度小于10ｍｍ ,摻36%的Ⅰ級粉煤灰 ,取代30%的水泥 ,其砼碳化深度小于15ｍｍ。由于該砼采用了粉煤灰和高效減水劑的雙摻技術(shù) ,Ｗ／Ｃ較小 ,砼結(jié)構(gòu)密實(shí) ,抗壓強(qiáng)度較高 ,因而抗碳化性能較好。

２.４抗鋼筋銹蝕性能
 
　　一般情況下 ,水泥砼保護(hù)層堿度較高（ｐＨ≥12.5） ,對鋼筋有足夠的保護(hù)作用 ,但是如果外加劑或摻合料使用不當(dāng) ,砼結(jié)構(gòu)比較疏松或因碳化和某些原因造成混凝土堿度不足（ｐＨ＜11.8）時(shí) ,鋼筋就有產(chǎn)生銹蝕的危險(xiǎn)。

　　本文對采用Ⅰ級粉煤灰和高效減水劑配制的高性能砼 ,采用破型法測定鋼筋的銹蝕情況 ,砼配合比同碳化試件 ,試驗(yàn)結(jié)果列于表８中。試驗(yàn)結(jié)果表明 :

　?、俦疚模保步M砼試件中破型后鋼筋表面基本光亮 ,銹蝕不很明顯 ,鋼筋失重均≤０.６%。最后三組與前面比較略有差異。

　?、谌N萘系高效減水劑因其Ｃｌ-含量差別不太大 ,因而對不同粉煤灰摻量的砼中的鋼筋銹蝕的影響無明顯區(qū)別。

　?、邰窦壏勖夯覔搅?2%的三組Ｃ50砼 ,鋼筋抗銹蝕能力優(yōu)于空白的三組砼 ,鋼筋平均失重率為空白組87%。

　?、堍窦壏勖夯覔搅?4%（取代20 %的水泥）的三組Ｃ50砼 ,鋼筋抗銹蝕能力接近于空白的三組砼 ,鋼筋平均失重率比空白組高7 %。

　?、茛窦壏勖夯覔搅?6%（取代水泥30 %）的三組Ｃ50砼 ,鋼筋抗銹蝕能力比空白組差 ,鋼筋的平均失重率比空白組高33 %。

　　結(jié)合碳化和鋼筋銹蝕試驗(yàn)的結(jié)果可看出 ,在相同條件下 ,砼中鋼筋的銹蝕與很多因素有關(guān) ,其中砼的碳化深度與粉煤灰的摻量對鋼筋銹蝕有一定的影響 ,粉煤灰摻量對碳化深度和鋼筋銹蝕的影響不盡相同 ,由圖２可知 :在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下 ,砼28ｄ的碳化深度與粉煤灰的摻量基本上成正比 ,而粉煤灰摻量對鋼筋失重率影響不太顯著。在一定摻量范圍內(nèi) (ＦＡ≤24% )基本上無影響 ,甚至優(yōu)于空白的砼 ,這與有關(guān)研究［４］一致。但當(dāng)摻量超出一定范圍 ,由于砼的碳化加快和砼內(nèi)部ｐＨ值降低 ,使得鋼筋銹蝕出現(xiàn)增大的趨勢。另一方面 ,摻粉煤灰砼中的鋼筋銹蝕情況 ,同樣與砼的密實(shí)度和強(qiáng)度有一定關(guān)系。

３結(jié)論
　　①采用Ⅰ級粉煤灰和高效減水劑雙摻技術(shù)配制的高性能砼 ,具有較好的物理力學(xué)性能和耐久性。

　?、趽揭欢康蘑窦壏勖夯业母咝阅茼?,其抗硫酸鹽性能較優(yōu) :摻12%粉煤灰的砼與空白砼相近 ,摻24%粉煤灰的效果最好 ,優(yōu)于空白砼 ;摻36%粉煤灰的砼則介于摻12%與24 %之間。

　?、鄯勖夯沂琼艍A骨料反應(yīng)的良好抑制劑 ,摻25%的Ⅰ級粉煤灰 ,可將堿骨料反應(yīng)壓蒸膨脹值降低80%以上。

　?、鼙卷?xiàng)目配制的高性能砼具有較好的抗碳化和抗鋼筋銹蝕性能。砼的碳化速度隨粉煤灰摻量的提高而加快。在本文試驗(yàn)條件下 ,摻24%粉煤灰 ,28ｄ碳化深度小于10ｍｍ?？逛摻钿P蝕性能接近于同強(qiáng)度等級的空白砼。

參考文獻(xiàn)

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