馮昭君 李春麗 付 琴(四川文理學(xué)院)

1 引言

改革開放以來，我國大興土木，建筑業(yè)得到了大規(guī)模地發(fā)展，在建筑建設(shè)中應(yīng)用最多、最廣泛的建筑材料是混凝土，所以混凝土的質(zhì)量和性能對建筑的安全至關(guān)重要。隨著建筑技術(shù)的不斷發(fā)展，建筑行業(yè)不僅對混凝土的力學(xué)性能提出的要求越來越高，而且對混凝土耐久性越來越重視。目前，我國混凝土工程在其使用期間出現(xiàn)了不同程度的破壞，究其原因，不再單純地因為力學(xué)性能不足致其破壞，大多數(shù)情況下還因日益惡化的環(huán)境因素及自然因素作用導(dǎo)致耐久性下降遭到破壞。混凝土耐久性是指在使用過程中能長久保持它原有性質(zhì)的能力，是對材料綜合性質(zhì)的一種評述，它包括抗氯離子滲透性能、抗凍性、抗?jié)B性、水化熱等內(nèi)容。如何改善混凝土耐久性，可在其內(nèi)部摻入粉煤灰、磨細礦渣粉等工業(yè)廢料[1]利用其活性效應(yīng)、形態(tài)效應(yīng)及微集料效應(yīng)不僅可節(jié)省水泥，還可改善混凝土孔結(jié)構(gòu)提高混凝土的質(zhì)量。本文主要研究在混凝土中摻入粉煤灰、礦渣粉后對其水化熱、抗氯離子滲透性的影響。

2 試驗原材料及配合比

2.1 原材料

本試驗采用達州市某水泥廠生產(chǎn)的型號為P·O42.5的硅酸鹽水泥，標準稠度用水量為26.1%，初凝時間為110min，終凝時間為365min，體積安定性合格，3d 抗壓強度為27.4M P a，28d 抗壓強度為42.7M P a；采用粒徑為5 ～31.5mm 連續(xù)顆粒級配的碎石，其表觀密度為2650k g/m3，壓碎指標為11.5%。采用II 區(qū)級配的河砂，細度模數(shù)為2.61，表觀密度為2.61g/cm3；采用達州市某火電廠生產(chǎn)的II 級粉煤灰，密度為2.43g/cm3，28d其活性指數(shù)可達89%，80μm 篩余為3.5%，需水量比為99%；高爐礦渣粉，密度為2.82g/cm3，比表面積為402m2/k g，28d 活性指數(shù)達89%；采用某公司生產(chǎn)的聚羧酸減水劑，

2.2 配合比

本試驗普通混凝土強度等級采用C40，流動性控制在190～220mm范圍內(nèi)；摻摻合料混凝土的配合比是在普通混凝土配合比的基礎(chǔ)上，采用超量取代法摻入50%粉煤灰，高爐礦渣粉的摻量為1/3 粉煤灰，其配合比具體如表1。

表1 混凝土配合比 （單位：k g/m3）

3 試驗方法

本試驗采用以上配合比進行水化熱和抗氯離子滲透性研究。對于水化熱通過絕熱溫升試驗測定；對于抗氯離子滲透性主要通過測定混凝土中C l-擴散系數(shù)來反映，對于氯離子擴散系數(shù)試驗方法有自然擴散法、加速擴散法、經(jīng)驗公式法3 種[2]，本試驗采用自然擴散法。

3.1 絕熱溫升試驗設(shè)計

制作如圖1 所示保溫箱，本保溫箱采用木模板作為支護系統(tǒng)，其內(nèi)部采用厚度為100mm 的泡沫苯板進行密封，并在該保溫箱的豎向軸線上預(yù)埋5 個熱電偶作為溫度控制點，每個控制點的間距為10cm，從上到下編號依次為①、②、③、④、⑤，用如圖2 所示的數(shù)顯溫度計測定混凝土內(nèi)部溫度隨時間的變化。

圖1

圖2

3.2 Cl- 含量測定試驗設(shè)計

首先按照本試驗配合比將混凝土試塊制成邊長為100mm 的立方體試件標養(yǎng)90d，將其中的一個側(cè)面暴露，其余各面進行蠟封，如若涂層發(fā)現(xiàn)有針孔，應(yīng)加以密封。其次將制備好的混凝土試件浸泡在海水中，該海水成分如表2 所示。浸泡時海水應(yīng)高出混凝土試件至少20mm，環(huán)境溫度為21～25℃。海水溶液更換周期為3 周更換1次，浸泡總時間為90d。待混凝土從海水中取出時應(yīng)清理其表面殘渣，為了不影響試驗效果應(yīng)避免用水清洗，最后采用如圖3 所示的混凝土打磨機對混凝土暴露面進行打磨拋光，距離暴露面1cm 范圍內(nèi)按1mm 厚度打磨取粉，1cm 范圍之外按2mm 打磨取粉，打磨至距離暴露面22mm 處，打磨一次即將粉末收集起來，用邊長為0.63mm 的方孔篩進行篩分，篩分之后，將粉末放入溫度在105±5℃的烘干箱中烘干2h，取出待冷卻至室溫后放入已編好號的密封袋中，為后面用A g N O3溶液滴定作準備。稱取混凝土粉末試樣2g（精確至0.01g），重量記為G，放置于編號的三角燒瓶中，并每個燒瓶中加入50ml（記為V3）的蒸餾水，塞緊瓶塞，劇烈震蕩1～2 分鐘，浸泡24 小時。用濾紙將上述的溶液過濾，用移液管吸取濾液20ml（記為V4）置于錐形瓶中，各加入2 滴酚酞，使溶液呈微紅色，再用稀H2S O4溶液中和，至無色，加入K2C r O4指示劑7～10 滴，立即用A g N O3溶液滴至磚紅色[4]，記錄所消耗的硝酸銀毫升量（記為V5）。試驗結(jié)果按式⑴計算：

式⑴中，

P——試件中自由氯離子含量（%），精確至0.001%；

CAgNO3——硝酸銀標準溶液濃度（mol/L）；

G——粉末樣品重（g）；

V4——每份樣品使提取的濾液量（ml）；

V5——每次滴定時消耗的硝酸銀溶液量（ml）。

表2 海水中主要成分及含量[3]

圖3

4 試驗結(jié)果分析

按照上述試驗方法，將測得的兩種混凝土內(nèi)部測點的絕熱溫升值進行對比，如圖4 所示，從對比結(jié)果可知，對于1 號混凝土大概在24h 左右時其內(nèi)部溫度達到最高溫度42℃，最高溫度持續(xù)時間在10h 左右，而2 號混凝土在55h 左右時內(nèi)部溫度達到最高溫度30℃。兩者與出料時溫度的差值相比，1 號混凝土的差值要高于2號混凝土的；另外，1 號混凝土溫度升高的速率較快，2號混凝土溫度隨時間的變化較為平緩。兩者對比表明，在混凝土摻入摻合料后，水化放出的熱量大幅度降低，并且延長了放熱時間。這是因為摻入活性摻合料后取代了一部分的水泥，水泥礦物組成部分因水化反應(yīng)放出的熱量大大降低。對于出現(xiàn)最高溫度時間推后現(xiàn)象的原因是因其本身不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，只有產(chǎn)生水化產(chǎn)物氫氧化鈣等激發(fā)下才會發(fā)揮其活性，相對而言，反應(yīng)速率比較慢，對溫度變化貢獻不大，即推遲了最高溫度出現(xiàn)的時間。

圖4 兩種混凝土絕熱溫升變化曲線對比圖

按照C l-含量測定試驗設(shè)計進行試驗，將測得的兩種混凝土中C l-含量隨深度變化進行對比，如圖5 所示，從對比結(jié)果可知，1 號混凝土和2 號混凝土中C l-含量均隨著深度的加深降低，距離暴露面10mm 范圍內(nèi)C l-含量降低的幅度較大，距離暴露面16mm 處基本穩(wěn)定。出現(xiàn)這種現(xiàn)象是因為在混凝土成型過程中因混凝土的自重及振搗原因使內(nèi)部所含的多余水向混凝土表層聚集，導(dǎo)致表面混凝土的水灰比過大，硬化后結(jié)構(gòu)不密實，使得C l-含量隨深度的加深呈遞下降趨勢。另外，2 號混凝土C l-含量低于1 號混凝土的，即加入摻合料后，C l-含量降低，這是因為2 號混凝土的水膠比低于1 號砼的，又因摻合料的微集料效應(yīng)，兩者綜合作用下使得混凝土結(jié)構(gòu)更加密實，提高了混凝土的抗C l-滲透性。

圖5 兩種混凝土Cl- 含量對比圖

5 總結(jié)

⑴將礦物摻合料摻入混凝土后，因取代了部分水泥及二次水化反應(yīng)，使得混凝土水化放出的熱量降低，放慢了放熱速率，延遲了混凝土出現(xiàn)最高溫度的時間。

⑵礦物摻合料應(yīng)用于混凝土?xí)r，因其活性效應(yīng)、形態(tài)效應(yīng)及微集料效應(yīng)三大效應(yīng)細化了混凝土中孔結(jié)構(gòu)，密實了混凝土，提高了砼的抗C l-滲透性。●