礦物摻合料對水泥砂漿氯離子透過性能的影響
發布時間：2010-01-14 共1頁
摘要:通過氯離子加速滲透試驗裝置，研究了粉煤灰、磨細礦渣和硅灰對水泥砂漿氯離子透過性能的影響。氯離子透過水泥砂漿試件后，其在陽極溶液中的濃度隨時間的延長而增加。結果表明：養護28d時，粉煤灰水泥砂漿的氯離子透過性能隨粉煤灰摻量的增加而增加，且均高于基準水泥砂漿的氯離子透過性能；礦渣摻量不超過30%時，礦渣摻量越水泥砂漿的氯離子透過性能越低，礦渣摻量為40%時，水泥砂漿的氯離子透過性能高于基準水泥砂漿的氯離子透過性能；摻入硅灰可明顯降低水泥砂漿的氯離子透過性能。
關鍵詞:水泥砂漿；氯離子；礦物摻合料；透過性能
0 引言
混凝土澆注后，由于各組分比重的差別，粗骨料產生沉降現象，往往會在混凝土表面、混凝土與模板之間形成一個水泥砂漿薄層。外界有害介質穿過該水泥砂漿薄層后才能到達混凝土內部，因此，水泥砂漿薄層的滲透性直接影響混凝土的滲透性。然而，目前有關混凝土氯離子滲透性的研究中，混凝土試件通常是取芯或成型圓柱體，然后取中間一定厚度的混凝土試件進行試驗研究[1-3]，這樣一來，混凝土表面的水泥砂漿層就被忽略了，因而本文主要研究了水泥砂漿的氯離子透過性能，在此主要考慮礦物摻合料的影響。
1 原材料及試驗方案
1.1原材料
水泥為哈爾濱水泥廠生產的P·O 42.5硅酸鹽水泥；粉煤灰為哈爾濱三電廠Ⅰ級粉煤灰，比表面積分別為655m2/kg；礦渣為鞍山鋼鐵廠生產的高爐礦渣，其比表面積分別為501m2/kg，硅灰為挪威埃肯公司生產的中密質硅灰，比表面積為1.5×104 m2/kg，水泥與摻合料的化學成分見表1。粗集料選用連續級配輝綠巖碎石，粒徑5~20mm；細集料采用細度模數為2.82松花江江砂；水為哈爾濱市飲用水。減水劑為萘系減水劑，控制其摻量保證混凝土的坍落度在180±20 mm。
1.2水泥砂漿的配比及制備
為了獲得混凝土中的砂漿，將新拌的混凝土置于振動臺上2.5mm方孔篩內，方孔篩下鋪墊清潔的塑料薄膜，開啟振動臺，獲得足量的砂漿后，注入直徑100mm、高3mm的試模(見圖1)，并在跳桌上振動25下，刮平后再振動25下，然后置于溫度為20±2℃，相對濕度于80%的養護室中的水平位置。成型24h后脫模，將試件置于水中養護28d。真空飽水3h，試件側面用環氧樹脂密封，成型面和底面為試驗面。
混凝土的水膠比為0.35，每立方米配料中各組分的用量為：水157.5 kg，砂737 kg，碎石1105.5kg，膠凝材料總量為450 kg。粉煤灰與磨細礦渣等量取代水泥分別為10%、20 %、30 %和40%；硅灰等量取代水泥分別為5%和10%。混凝土中礦物摻合料的用量見表2。
1.3水泥砂漿的氯離子透過試驗
氯離子透過水泥砂漿的試驗采用自主研發的多通道變電壓氯離子滲透裝置進行，試驗裝置見圖2。陰極室為0.3mol/L的NaOH和0.5mol/L的NaCl混合溶液；陽極室為用蒸餾水配制的0.3mol/L的NaOH溶液，直流電壓為12V。試驗過程中保持陰極室NaCl溶液濃度和兩端NaOH溶液濃度的恒定，采用高精度PClS-10型氯度計定期測量陽極室溶液中氯離子的濃度。
2 試驗結果及分析
2.1粉煤灰對氯離子透過水泥石性能的影響；基準水泥砂漿72h時陽極溶液中氯離子濃度為0.0247 mol/L，粉煤灰等量取代水泥10%、20%、30%和40%時，72h時陽極溶液中氯離子濃度分別為0.0251mol/L、0.027mol/L、0.0303mol/L和0.038mol/L。由此可知，相同時間內，隨著粉煤灰摻量的增加，水泥砂漿的氯離子性能增加，并且均于基準水泥砂漿的氯離子透過性能。這與水泥中摻加粉煤灰后的水化速率和水化程度有關。
由于部分水泥用量被粉煤灰所取代，早期的水泥砂漿中水化產物數量減少，其強度的發展必然減慢。即使齡期長達半年，活性效應也可能仍未達到充分反應的程度。早期混凝土試件斷面上粉煤灰微珠顆粒周圍形成的水膜層間隙，尚未明顯被水化產物所填充，較孔隙和敞開的毛細孔較多，結構密實性差。這勢必導致水泥砂漿或水泥混凝土早期的抗滲透性變差。然而在硬化后期，隨著水泥水化程度的提高以及粉煤灰二次水化反應的進行，水泥石中的孔隙體積和較粗的孔隙減少，水泥石的顯微結構更加致密，將對混凝土的后期強度和耐久性能有利。
2.2磨細礦渣對水泥砂漿氯離子透過性能的影響
陽極溶液中氯離子濃度與滲透時間呈線性關系，氯離子濃度隨滲透時間的延長而增；磨細礦渣等量取代水泥10%、20%和30%時，72h時陽極溶液中氯離子濃度分別為0.0178mol/L、0.0145mol/L和0.0084mol/L；磨細礦渣等量取代水泥40%時，72h時陽極溶液中氯離子濃度為0.0339mol/L。由此可知，磨細礦渣摻量不超過30%時，相同時間內，隨著礦渣摻量的增加，水泥砂漿的氯離子透過性能降低；而磨細礦渣摻量為40%時，水泥砂漿的氯離子透過性能增，并且于基準水泥砂漿的氯離子透過性能。 磨細礦渣的活性效應對水泥石可起到增密、作用；微集料效應可改善水泥石的孔結構，增水泥石的密實度。但是，磨細礦渣的各種效應與磨細礦渣摻量之間的變化關系各不相同，當磨細礦渣摻量小于臨界值時，各項效應對混凝土密實度與強度都為正效應，在這一范圍內，隨著磨細礦渣摻量增，磨細礦渣的總效應系數將因各項正效應的疊加而迅速增，即水泥石微觀孔結構的改善程度、孔隙率的降低幅度不斷提高，因此水泥砂漿的氯離子透過性能明顯降低。當磨細礦渣摻量于該臨界值時，不但礦渣的潛在活性不能得到充分發揮，而且由于過量礦渣的摻入相對減少了參與水化的水泥量，從而使水化產物更少，導致早期水泥砂漿或混凝土總孔隙率的增，從而增水泥砂漿或混凝土的氯離子透過性能。
2.3硅灰對氯離子透過水泥石性能的影響
摻加硅灰后，氯離子滲透首先出現了一段非線性段，滲透時間超過20h后，陽極溶液中氯離子濃度與滲透時間呈線性關系。硅灰分別等量取代水泥5%和10%時，72h陽極溶液中氯離子濃度分別為0.00846mol/L和0.00687mol/L，均明顯低于相同條件下的基準水泥砂漿。因此，硅灰等量取代水泥5%和10%后，水泥砂漿的氯離子透過性能顯著降低。
硅灰具有極強的火山灰性能，當它摻入水泥漿和水接觸后，部分小顆粒迅速溶解，溶液中富SiO2貧Ca的凝膠在硅粉顆粒表面形成附著層。一定時間后，富SiO2貧Ca的凝膠附著層開始溶解并與水泥水化產生的Ca(OH)2反應生成C-S-H凝膠，從而改變了漿體的孔結構，使孔(于0.1μm)減少，小孔(小于0.05μm)增加，使孔徑變細，還使漿體中Ca(OH)2減少，結晶細化，并使其定向程度變弱。
不同礦物細摻料在水泥砂漿或混凝土中的作用有其各自的特點，有的是優點，有的是缺點。例如，摻粉煤灰的混凝土自干燥收縮和干燥收縮都小，而且需水量小，但抗碳化性能較差；硅灰在混凝土中有增強的作用，但自干燥收縮，而且因需水量而允許摻量有限，對混凝土溫升無降低的作用；磨細礦渣的需水量不，對混凝土的強度有利，但自干燥收縮較等。因此，采用礦物摻合料取代水泥時，應綜合考慮礦物摻合料的形態效應、活性效應、微集料效應以及最佳摻量，使礦物摻合料的各項優質性能得到充分發揮。
3 結論
(1)粉煤灰水泥砂漿的氯離子透過性能隨粉煤灰摻量的增加而增加，且均高于基準水泥砂漿的氯離子透過性能；
(2)礦渣摻量不超過30%時，礦渣摻量越水泥砂漿的氯離子透過透過性能越低，礦渣摻量為40%時，水泥砂漿的氯離子透過性能高于基準水泥砂漿的氯離子透過性能；
(3)摻入硅灰可明顯降低水泥砂漿的氯離子透過性能。
