粉煤灰掺量对蒸养混凝土抗渗性的影响

摘要：本文采用快速氯离子渗透试验方法对蒸养粉煤灰混凝土的抗渗性进行了一系列的试验研究。研究了粉煤灰掺量对蒸养混凝土28天及180天抗氯离子渗透性能的影响。试验结果表明：粉煤灰等量取代部分水泥，可以有效解决蒸养混凝土抗氯离子侵蚀能力不够的问题。

关键词：粉煤灰 蒸养混凝土 抗渗性

1 前言

　　在混凝土的各种破坏方式中，通常包含有水的因素，混凝土对于水的渗透常常决定其破坏速率。因此，混凝土的抗渗性被认为是评价混凝土耐久性的重要指标。

　　蒸养混凝土预制构件生产实践表明，普通混凝土经蒸养后，抗渗性将有所下降；蒸养过程温度变化越剧烈（预养、升温期短，热养温度越高），其对混凝土抗渗性的影响也将越严重^[1,2]。众所周知，混凝土中的硬化水泥浆体孔隙率越高，粗大孔隙体积越大，以及连通孔隙量越多，混凝土的抗渗性必然降低。在升温期，混凝土虽已凝结硬化但尚不具有足够的结构强度，混凝土内的空气和水将发生热胀作用并伴随气水转移作用，将增加混凝土中的孔隙量，并引发内部微裂缝；在降温期又由于混凝土内水分蒸发散失，使得表层因急剧干燥收缩和温差收缩而产生裂缝。蒸养后普通混凝土一般都会出现后期强度降低、渗透性增大、孔隙结构变粗。当蒸养温度过高则会影响钙钒石在早期的生成，后期钙钒石的生成将导致结构的破坏^[3，4]，蒸养对掺加活性混合材的水泥有时会表现出良好的蒸养适应性，蒸养不仅促进了早期强度的发展，而且也提高了后期强度。

　　据已有的研究成果，对于标养、自然养护的普通混凝土掺入适量的优质粉煤灰，混凝土的抗渗性将提高，但是对于蒸养粉煤灰混凝土的抗渗性的研究甚少。在蒸养环境中，养护温度的提高有利于粉煤灰的水化，能更好地发挥其活性效应，有效减少了体系中氢氧化钙的含量，改善混凝土的过渡区相，提高混凝土密实度，细化孔隙，因此也将提高蒸养粉煤灰混凝土的抗渗性。本文采用快速氯离子渗透试验方法对蒸养粉煤灰混凝土的抗渗性进行了一系列的试验研究。

2 试验研究

2.1 蒸养混凝土长期抗氯离子渗透性试验

　　采用浙江宁波海螺牌P.O.42.5级水泥，其强度指标见表2；粉煤灰为浙江宁波北仑港电厂生产的I级粉煤灰，其物理性质见表3；湖南长沙市郊产5～25mm石灰石碎石，压碎指标为7.8%；湖南湘江河砂，中砂，细度模数为2.7，II区级配合格；高效减水剂采用上海花王化学有限公司生产的迈地100萘系高效减水剂。

　　混凝土由强制式搅拌机拌合，搅拌时间为2分钟，试件进行振动成型密实。一部分试件采用标准养护，一部分试件采用蒸汽养护。蒸养试件采用的养护制度为：常温下静停2小时，升温2小时，恒温8小时，降温1小时，恒温温度为60±5℃。蒸汽养护完毕后立即脱模，测试其脱模强度，其余蒸养试件均放到标准养护室内养护至试验龄期，采用快速氯离子渗透试验方法进行试验。

　　氯离子渗透试验方法（Rapid Chloride Permeability Test），又称直流电量法，利用外加电场作用替代化学推动力加快氯离子在混凝土中的迁移过程，该方法最早由Whiting提出，后被AASHTO T277^[5]及ASTM C1202^[6]吸收为规范，是目前世界上最流行的混凝土渗透性评价方法，越来越多的研究者将其作为一种常规测试手段^[7]。该方法量测在60伏直流电压下通电6h通过混凝土试件的库仑电量，用以评价混凝土的渗透性。

　　快速氯离子渗透试验法的优点有：试验周期很短（6h），因此能较快的获得对混凝土渗透性的评价；以6h库仑电量作为评价指标，测试及分析过程简单，有利于工程应用推广；实验结果重复性较好，与混凝土试件长期浸泡试验结果有一定的相关性。

　　利用上述方法得到的混凝土试块6h库仑电量根据表1可以评价混凝土抗氯离子渗透性能。试验研究了粉煤灰掺量对混凝土28天及180天抗氯离子渗透性能的影响。混凝土的配合比见表4，试验结果见表5和图1。

　　由试验结果可以看出，粉煤灰等量替代部分水泥可以提高蒸养混凝土的抗氯离子渗透性能，且随粉煤灰掺量的增加，蒸养与标养混凝土6h库仑电量均减小。在28天时，当粉煤灰掺量为10％时，蒸养与标养混凝土抗氯离子渗透等级已经接近或达到“较低”等级。粉煤灰蒸养混凝土的6h库仑电量为1009库仑，粉煤灰标养混凝土的6h库仑电量低于1000库仑。当粉煤灰掺量为30％时，蒸养与标养混凝土6h库仑电量分别比对应的空白混凝土降低了69％和58％。在180天时，空白标养混凝土6h库仑电量比28天时低，空白蒸养混凝土6h库仑电量比28天时高27库仑，而对于粉煤灰掺量为10％、20％、30％的蒸养或标养混凝土，6h库仑电量一直在降低，且降幅较大。试验结果说明，粉煤灰等量取代部分水泥，可以有效解决蒸养混凝土抗氯离子侵蚀能力不够的问题。

　　无论是28天或180天，与标准养护混凝土相比，蒸养空白混凝土和蒸养粉煤灰混凝土的6h库仑电量均高于对应的标准养护混凝土，但随粉煤灰掺量增加，蒸养混凝土的6h库仑电量逐渐与标养混凝土接近。在28天时，不掺粉煤灰的蒸养混凝土的6h库仑电量比标养混凝土高40％，当粉煤灰掺量为30％时，蒸养混凝土的6h库仑电量比标养混凝土仅高2％。在180天时，蒸养和标养粉煤灰混凝土抗氯离子渗透性的6h库仑电量接近，这说明随龄期增长，粉煤灰等量替代部分水泥，有利于减小提高养护温度对混凝土抗氯离子渗透性能的影响，且随粉煤灰掺量增加，其影响进一步减弱。

2.2 蒸养混凝土28天抗氯离子渗透性试验

　　采用潞州42.5级早强型普通水泥，其强度指标见表6；粉煤灰为河南姚孟电厂出产，粉煤灰物理性质见表7；湖南长沙市郊产5～25mm石灰石碎石，压碎指标为8.2%；湖南湘江河砂，中砂，细度模数为2.63，II区级配合格；高效减水剂采用NF－2型萘系高效减水剂，平顶山神翔化工厂生产。试件制作、养护制度及试验方法同2.1节。

　　试验研究了粉煤灰掺量对混凝土28天抗氯离子渗透性能的影响。混凝土的配合比见表8，试验结果分别见表9和图2。

　　按表1评价混凝土抗氯离子渗透性能，可认为系列1和系列2的空白混凝土的抗氯离子渗透性能中等。掺10％粉煤灰取代水泥后，6h库仑电量下降约50％，随粉煤灰掺量增加，6h库仑电量呈明显下降趋势，但降幅逐渐变小。粉煤灰掺量为20％时，两个系列的蒸养粉煤灰混凝土的氯离子渗透性能都已达到极低水平。试验结果表明胶凝材料的增加有利于提高混凝土抗氯离子渗透性能，同时验证了粉煤灰能显著提高混凝土抗氯离子渗透性能。

3 结论

　　掺入粉煤灰大大改善了混凝土的抗氯离子渗透性能，这可能要归因于粉煤灰在混凝土中的各种作用效应。由于粉煤灰的颗粒比水泥微细，掺入后能够填充到水泥凝胶的孔隙中，在微观层次上改善了混凝土的密实性，减少了较大孔隙的数量。其次，粉煤灰掺入使混凝土的有效水灰比提高，有利于水泥水化时水化产物的扩散。另外，在蒸养条件下，较高的养护温度加速了粉煤灰的火山灰效应，二次水化反应产生的低钙硅比凝胶体有利于细化孔结构，降低孔隙率，并且会吸附一部分氯化物于其中。同时，粉煤灰的二次水化消耗了一定量的Ca(OH)₂,有利于改善过渡区。

参考文献

　　[1] 铁道部丰台桥梁厂,铁道部科学研究院铁道建筑研究所. 混凝土的蒸汽养护 . 中国建筑工业出版社，1978. 108～109

　　[2] 洪瑚. 论重载、强化、系列、配套地发展我国预应力混凝土轨枕. 铁道标准设计， 1994，（1）： 25～30

　　[3] Detwiler Rachel J，Kjellsen Knut O，and Gjorv Odde，resistance to chloride intrusion of concrete crued at different temperatures，ACI Materisls Journal，1991，88(1):19～24

　　[4] S．Chatterji，Discussion of the paper“ Delayed ettringite formatio：The effect of temperature and basicity on the interaction of sulphate and C－S－H phase” by L.Devit and R Randriambolona，Cement and Concrete Research，1998，28（12）：1837～1838

　　[5] Standard Test Method for Rapid Determination of the Chloride Permeability of Concrete.AASHTO T 277-83.1983.1129～1234 Washington D.C.

　　[6] Standard Test Method for Electrical Indication of Concrete’s Ability to Resist Chloride Ion Penertration.ASTM C 1202～94

　　[7] 吴中伟,廉慧珍.高性能混凝土.北京:中国铁道出版社,1999.220～226