礦物摻合料對(duì)堿礦渣混凝土氯離子滲透性的影響
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摘 要：氯離子滲透是造成混凝土中鋼筋銹蝕的主要原因之一。本文采用ASTM C1202 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的快速氯離子滲透試驗(yàn)方法，研究了粉煤灰和硅灰等量取代礦渣對(duì)堿礦渣混凝土氯離子滲透性能的影響。研究表明，在其它條件相同時(shí)，堿礦渣混凝土氯離子滲透性隨粉煤灰摻量增加而提高，隨硅灰摻量增加而降低。從控制堿礦渣混凝土氯離子滲透性的角度，粉煤灰替代礦渣量宜控制在50%以?xún)?nèi)。
關(guān)鍵詞：堿礦渣混凝土 氯離子 滲透性 電量 1 引言 氯離子滲透是造成混凝土中鋼筋銹蝕的主要原因之一，因?yàn)楫?dāng)鋼筋周?chē)幕炷烈合嘀新入x子濃度達(dá)到一定濃度時(shí)，鋼筋表面鈍化膜開(kāi)始破壞，此時(shí)只要鋼筋遇到空氣和水，便會(huì)開(kāi)始銹蝕。1989年出版的歐洲混凝土委員會(huì)耐久混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)指南確定了影響混凝土耐久性的因素與相互關(guān)系，氯離子對(duì)鋼筋的銹蝕是影響鋼筋混凝土耐久性的主要因素,占混凝土耐久性破壞的33%[1]。因此，控制氯離子滲透擴(kuò)散性是保證鋼筋混凝土耐久性的重要方面。 堿礦渣混凝土作為一種節(jié)能、利廢、環(huán)保型建筑材料，具有優(yōu)良的物理力學(xué)性能和耐久性。目前，有關(guān)該混凝土氯離子滲透性的研究較少，開(kāi)展相關(guān)研究對(duì)促進(jìn)堿礦渣混凝土在鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土工程中應(yīng)用具有重要意義。本文采用ASTM C1202 規(guī)定的試驗(yàn)方法，研究了硅灰和粉煤灰等量取代礦渣對(duì)堿礦渣混凝土氯離子滲透性能的影響。 2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 2.1 試驗(yàn)原材料 (1)礦渣：重慶鋼鐵集團(tuán)水淬高爐礦渣，粉磨至勃氏比表面積為413 m2/kg，密度為2.90 g/cm3，堿性系數(shù)Mo＝1.114，活性系數(shù)Ma＝0.304?；瘜W(xué)成分見(jiàn)表1。 (2)粉煤灰：重慶珞璜電廠(chǎng)生產(chǎn)的Ⅱ級(jí)灰，勃氏比表面積為280m2/kg，密度為2.48 g/cm3?；瘜W(xué)成分見(jiàn)表1。 (3)硅灰：貴州鐵合金廠(chǎng)生產(chǎn)的硅灰，勃氏比表面積20000 m2/kg?；瘜W(xué)成分見(jiàn)表1。 表1 礦渣、粉煤灰、硅灰的化學(xué)成分/%
(4) 堿組分：采用重慶北碚東風(fēng)化工廠(chǎng)生產(chǎn)的水玻璃作為堿組分。其性能指標(biāo)見(jiàn)表2。 表2 水玻璃主要性能指標(biāo)
 (5)集料：粗集料為5-25mm 石灰石碎石；細(xì)集料為簡(jiǎn)陽(yáng)中砂，細(xì)度模數(shù)2.9。 2.2 試驗(yàn)方法 抗壓強(qiáng)度測(cè)試按《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法》(GB/T50081-2002)規(guī)定進(jìn)行。強(qiáng)度試件尺寸為100mm×100mm×100mm。 氯離子滲透性測(cè)試按ASTM C1202 規(guī)定的試驗(yàn)方法：成型150mm×150mm×150mm 的立方體試件，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)至試驗(yàn)齡期后，鉆芯取樣制成￠100mm×50mm 圓柱體試件，放入真空干燥器中，保證試件兩端表面暴露，進(jìn)行抽真空飽水浸泡18±2h。然后將真空飽水的試件側(cè)面密封并置于兩個(gè)電解池之間，一端浸入0.3mol/L 的NaOH 溶液（正極），另一端浸入3%的NaCl 溶液（負(fù)極），在60V 的恒定電壓下，測(cè)試6h 通過(guò)混凝土試件的電量[2]。 2.3 評(píng)判標(biāo)準(zhǔn) ASTM C1202 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗(yàn)方能直觀(guān)地反映混凝土中氯離子滲透性，其評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)是在6h 內(nèi)測(cè)定通過(guò)混凝土試件的總電量庫(kù)侖數(shù)，由電量庫(kù)侖數(shù)大小判斷混凝土的氯離子滲透性[3]。具體分類(lèi)見(jiàn)表3。 混凝土氯離子滲透性也可用氯離子擴(kuò)散系數(shù)Deff 來(lái)評(píng)價(jià)。本文采用馮乃謙教授提出的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算擴(kuò)散系數(shù)：Deff=2.57765+0.00492Q（×10-9 cm2/s）,該公式定量反映了通過(guò)試件的總電量與氯離子擴(kuò)散系數(shù)之間的關(guān)系[4]。 表3 ASTM C1202 對(duì)混凝土氯離子滲透性的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)
2.4 試驗(yàn)配合比 試驗(yàn)混凝土配合比見(jiàn)表4。水玻璃模數(shù)1.5、堿含量(以Na2O 當(dāng)量計(jì))4%、溶膠比0.48、砂率36%、膠凝材料和集料的單方用量分別為450kg 和1800kg；煤灰摻量分別為30%、50%、70%；硅灰摻量分別為5%、10%、15%。 表4 堿礦渣混凝土配合比及試驗(yàn)結(jié)果
3 試驗(yàn)結(jié)果及分析 3.1 粉煤灰對(duì)堿礦渣混凝土氯離子滲透性的影響 粉煤灰摻量對(duì)6h 通過(guò)堿礦渣混凝土電量的影響結(jié)果如圖1 所示，強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。由表4可知，粉煤灰的摻入對(duì)堿礦渣混凝土28 天抗壓強(qiáng)度有明顯的影響，隨著摻量（30%～70%）的增加強(qiáng)度逐漸降低。這是因?yàn)榉勖夯一钚暂^低，等量取代礦渣后，體系一定齡期內(nèi)膠凝材料的水化程度降低。由圖1 可知，粉煤灰取代礦渣后6h 通過(guò)堿礦渣混凝土的電量大幅度上升，并且隨著摻量增加電量逐漸增多。當(dāng)粉煤灰摻量為30%時(shí)，28 天6h 通過(guò)混凝土的電量較基準(zhǔn)混凝土增加達(dá)44%；當(dāng)摻量為50%時(shí)，6h 通過(guò)混凝土的電量增加達(dá)70%；當(dāng)摻量為70%時(shí)，6h 通過(guò)混凝土的電量增加到1.8倍，從表4 可以看出，此時(shí)摻入粉煤灰的堿礦渣混凝土氯離子滲透性由基準(zhǔn)混凝土的“中等”變成“高”。由圖1 還可以看出，當(dāng)摻量為30%時(shí)，90 天6h 通過(guò)混凝土的電量?jī)H增加了23%，隨摻量增加，摻粉煤灰的堿礦渣混凝土氯離子滲透性發(fā)生顯著變化；摻量為50%時(shí)，電量增加1 倍多，氯離子滲透性由“低”變?yōu)椤爸械取?；摻量?0%時(shí)，電量增加近3 倍，氯離子滲透性由“低”變?yōu)椤案摺薄?/DIV>
由圖1 還可以看出，同一粉煤灰摻量60 天和90 天齡期電量接近，而28 天和60 天、90 天齡期電量相差較大，說(shuō)明粉煤灰對(duì)堿礦渣混凝土混凝土氯離子滲透性早期影響大于后期影響。 本次試驗(yàn)所用粉煤灰屬低鈣灰，盡管它與礦渣同屬于CaO-SiO2-Al2O3 系統(tǒng)，但CaO 含量遠(yuǎn)低于礦渣，其活性激發(fā)比礦渣困難得多[5]。在堿性條件下，粉煤灰玻璃體發(fā)生結(jié)構(gòu)解體，形成[SiO4]4-、[AlO4]2-陰離子，這個(gè)過(guò)程進(jìn)行得十分緩慢，致使?jié){體早期強(qiáng)度很低[6]。因此，粉煤灰摻入堿礦渣混凝土后不但降低混凝土強(qiáng)度，同時(shí)也削弱混凝土抗氯離子滲透性。為了獲得較好性能的堿礦渣混凝土，在考慮綜合利用粉煤灰和礦渣的同時(shí)，粉煤灰摻量宜控制在50%以?xún)?nèi)。 3.2 硅灰對(duì)堿礦渣混凝土氯離子滲透性的影響 硅灰摻量對(duì)6h 通過(guò)堿礦渣混凝土電量的影響結(jié)果如圖2 所示，強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。由表4 可知，硅灰的摻入對(duì)堿礦渣混凝土28 天抗壓強(qiáng)度有明顯影響，隨著摻量（5%～15%）的增加強(qiáng)度逐漸提高。由圖2 可知，硅灰等量取代礦渣后6h 通過(guò)堿礦渣混凝土的電量下降，并且隨著摻量增加電量逐漸降低。當(dāng)硅灰摻量為5%時(shí)，28 天6h 通過(guò)混凝土的電量較基準(zhǔn)混凝土降低達(dá)14%；當(dāng)摻量為10%時(shí)，6h 通過(guò)混凝土的電量降低達(dá)21%，由表4 可以看出，此時(shí)氯離子滲透性由基準(zhǔn)混凝土的“中等”變?yōu)椤暗汀?；?dāng)摻量為15%時(shí)，6h 通過(guò)混凝土的電量降低近30%，此時(shí)氯離子滲透性也由“中等”變?yōu)椤暗汀?。由圖2 還可以看出，隨著齡期的增加，6h 通過(guò)堿礦渣混凝土的電量逐漸降低，混凝土抗氯離子滲透性逐漸提高，當(dāng)硅灰摻量為15%時(shí)，90 天堿礦渣混凝土氯離子滲透性由基準(zhǔn)混凝土的“低”變成“極低”。
氯離子在混凝土中滲透主要是通過(guò)水泥石中的貫通孔、集料中的貫通孔、水泥石和集料界面的貫通孔實(shí)現(xiàn)。硅灰顆粒呈球狀，平均尺寸為0.1μm，比表面積高達(dá)20000 m2/kg，無(wú)定形二氧化硅含量高達(dá)90%以上，具有極大的比表面積和很高的活性[7]，能高度分散于混凝土中，有效填充礦渣顆粒，凝膠產(chǎn)物之間的空隙，使水泥石結(jié)構(gòu)和界面過(guò)渡區(qū)結(jié)構(gòu)更加致密，大大降低混凝土的孔隙率，并使孔徑細(xì)化，使混凝土連通孔隙變得曲折，阻斷可能形成的滲透通道[8]。這是硅灰能有效改善堿礦渣混凝土抗氯離子滲透性的主要原因。 4 結(jié)論 綜合試驗(yàn)結(jié)果及分析，得出下述結(jié)論： （1）在30%～70%摻量范圍內(nèi)，粉煤灰等量取代礦渣后6h 通過(guò)堿礦渣混凝土的電量增加，混凝土抗氯離子滲透性降低。從控制堿礦渣混凝土氯離子滲透性的角度，粉煤灰替代礦渣的量宜控制在50%以?xún)?nèi)。 （2）在5%～15%摻量范圍內(nèi)，硅灰等量取代礦渣后6h 通過(guò)堿礦渣混凝土的電量降低，混凝土抗氯離子滲透性提高。 參考文獻(xiàn) [1] Mehta P K. Durability critical issues for the future[J]. Concrete International , 1997 , (7)：27-33.
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Influence of mineral admixtures on chloride ion permeability of alkali
activated slag cement concrete
CHEN Qiao，CONG Gang，YANG Chang-hui
College of Materials Science and Engineering, Chongqing University, Chongqing 400045,China
Abstract: Chloride ion permeability is one of the most important factors that induce corrosion of reinforced steel in concrete.In this paper , influences of common minerals such as fly ash and silica fume on chloride ion permeability in alkali activatedslag concrete were examined by way of the rapid chloride permeability test(ASTM C1202). Results show that the chlorideion permeability increase with the content of fly ash increase, and decrease with the content of silica fume increase . From thepoint of view of controlling chloride ion permeability in alkali activated slag concrete, the amount of fly ash taking the placeof slag should be lower than 50% .
Key words: alkali activated slag cement concrete, chloride ion, permeability, coulombs |
| 原作者： 陳 喬，叢 鋼，楊長(zhǎng)輝 |
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