摘要：本文采用快速氯離子滲透試驗方法對蒸養粉煤灰混凝土的抗滲性進行了一系列的試驗研究。研究了粉煤灰摻量對蒸養混凝土28天及180天抗氯離子滲透性能的影響。試驗結果表明：粉煤灰等量取代部分水泥，可以有效解決蒸養混凝土抗氯離子侵蝕能力不夠的問題。
關鍵詞：粉煤灰 蒸養混凝土 抗滲性
1 前言
在混凝土的各種破壞方式中，通常包含有水的因素，混凝土對于水的滲透常常決定其破壞速率。因此，混凝土的抗滲性被認為是評價混凝土耐久性的重要指標。
蒸養混凝土預制構件生產實踐表明，普通混凝土經蒸養后，抗滲性將有所下降；蒸養過程溫度變化越劇烈（預養、升溫期短，熱養溫度越高），其對混凝土抗滲性的影響也將越嚴重[1,2]。眾所周知，混凝土中的硬化水泥漿體孔隙率越高，粗大孔隙體積越大，以及連通孔隙量越多，混凝土的抗滲性必然降低。在升溫期，混凝土雖已凝結硬化但尚不具有足夠的結構強度，混凝土內的空氣和水將發生熱脹作用并伴隨氣水轉移作用，將增加混凝土中的孔隙量，并引發內部微裂縫；在降溫期又由于混凝土內水分蒸發散失，使得表層因急劇干燥收縮和溫差收縮而產生裂縫。蒸養后普通混凝土一般都會出現后期強度降低、滲透性增大、孔隙結構變粗。當蒸養溫度過高則會影響鈣釩石在早期的生成，后期鈣釩石的生成將導致結構的破壞[3，4]，蒸養對摻加活性混合材的水泥有時會表現出良好的蒸養適應性，蒸養不僅促進了早期強度的發展，而且也提高了后期強度。
據已有的研究成果，對于標養、自然養護的普通混凝土摻入適量的優質粉煤灰，混凝土的抗滲性將提高，但是對于蒸養粉煤灰混凝土的抗滲性的研究甚少。在蒸養環境中，養護溫度的提高有利于粉煤灰的水化，能更好地發揮其活性效應，有效減少了體系中氫氧化鈣的含量，改善混凝土的過渡區相，提高混凝土密實度，細化孔隙，因此也將提高蒸養粉煤灰混凝土的抗滲性。本文采用快速氯離子滲透試驗方法對蒸養粉煤灰混凝土的抗滲性進行了一系列的試驗研究。
2 試驗研究
2.1 蒸養混凝土長期抗氯離子滲透性試驗
采用浙江寧波海螺牌P.O.42.5級水泥，其強度指標見表2；粉煤灰為浙江寧波北侖港電廠生產的I級粉煤灰，其物理性質見表3；湖南長沙市郊產5～25mm石灰石碎石，壓碎指標為7.8%；湖南湘江河砂，中砂，細度模數為2.7，II區級配合格；高效減水劑采用上海花王化學有限公司生產的邁地100萘系高效減水劑。
混凝土由強制式攪拌機拌合，攪拌時間為2分鐘，試件進行振動成型密實。一部分試件采用標準養護，一部分試件采用蒸汽養護。蒸養試件采用的養護制度為：常溫下靜停2小時，升溫2小時，恒溫8小時，降溫1小時，恒溫溫度為60±5℃。蒸汽養護完畢后立即脫模，測試其脫模強度，其余蒸養試件均放到標準養護室內養護至試驗齡期，采用快速氯離子滲透試驗方法進行試驗。
氯離子滲透試驗方法（Rapid Chloride Permeability Test），又稱直流電量法，利用外加電場作用替代化學推動力加快氯離子在混凝土中的遷移過程，該方法最早由Whiting提出，后被AASHTO T277[5]及ASTM C1202[6]吸收為規范，是目前世界上最流行的混凝土滲透性評價方法，越來越多的研究者將其作為一種常規測試手段[7]。該方法量測在60伏直流電壓下通電6h通過混凝土試件的庫侖電量，用以評價混凝土的滲透性。
快速氯離子滲透試驗法的優點有：試驗周期很短（6h），因此能較快的獲得對混凝土滲透性的評價；以6h庫侖電量作為評價指標，測試及分析過程簡單，有利于工程應用推廣；實驗結果重復性較好，與混凝土試件長期浸泡試驗結果有一定的相關性。
利用上述方法得到的混凝土試塊6h庫侖電量根據表1可以評價混凝土抗氯離子滲透性能。試驗研究了粉煤灰摻量對混凝土28天及180天抗氯離子滲透性能的影響。混凝土的配合比見表4，試驗結果見表5和圖1。
由試驗結果可以看出，粉煤灰等量替代部分水泥可以提高蒸養混凝土的抗氯離子滲透性能，且隨粉煤灰摻量的增加，蒸養與標養混凝土6h庫侖電量均減小。在28天時，當粉煤灰摻量為10％時，蒸養與標養混凝土抗氯離子滲透等級已經接近或達到“較低”等級。粉煤灰蒸養混凝土的6h庫侖電量為1009庫侖，粉煤灰標養混凝土的6h庫侖電量低于1000庫侖。當粉煤灰摻量為30％時，蒸養與標養混凝土6h庫侖電量分別比對應的空白混凝土降低了69％和58％。在180天時，空白標養混凝土6h庫侖電量比28天時低，空白蒸養混凝土6h庫侖電量比28天時高27庫侖，而對于粉煤灰摻量為10％、20％、30％的蒸養或標養混凝土，6h庫侖電量一直在降低，且降幅較大。試驗結果說明，粉煤灰等量取代部分水泥，可以有效解決蒸養混凝土抗氯離子侵蝕能力不夠的問題。
無論是28天或180天，與標準養護混凝土相比，蒸養空白混凝土和蒸養粉煤灰混凝土的6h庫侖電量均高于對應的標準養護混凝土，但隨粉煤灰摻量增加，蒸養混凝土的6h庫侖電量逐漸與標養混凝土接近。在28天時，不摻粉煤灰的蒸養混凝土的6h庫侖電量比標養混凝土高40％，當粉煤灰摻量為30％時，蒸養混凝土的6h庫侖電量比標養混凝土僅高2％。在180天時，蒸養和標養粉煤灰混凝土抗氯離子滲透性的6h庫侖電量接近，這說明隨齡期增長，粉煤灰等量替代部分水泥，有利于減小提高養護溫度對混凝土抗氯離子滲透性能的影響，且隨粉煤灰摻量增加，其影響進一步減弱。
2.2 蒸養混凝土28天抗氯離子滲透性試驗
采用潞州42.5級早強型普通水泥，其強度指標見表6；粉煤灰為河南姚孟電廠出產，粉煤灰物理性質見表7；湖南長沙市郊產5～25mm石灰石碎石，壓碎指標為8.2%；湖南湘江河砂，中砂，細度模數為2.63，II區級配合格；高效減水劑采用NF－2型萘系高效減水劑，平頂山神翔化工廠生產。試件制作、養護制度及試驗方法同2.1節。
試驗研究了粉煤灰摻量對混凝土28天抗氯離子滲透性能的影響。混凝土的配合比見表8，試驗結果分別見表9和圖2。
按表1評價混凝土抗氯離子滲透性能，可認為系列1和系列2的空白混凝土的抗氯離子滲透性能中等。摻10％粉煤灰取代水泥后，6h庫侖電量下降約50％，隨粉煤灰摻量增加，6h庫侖電量呈明顯下降趨勢，但降幅逐漸變小。粉煤灰摻量為20％時，兩個系列的蒸養粉煤灰混凝土的氯離子滲透性能都已達到極低水平。試驗結果表明膠凝材料的增加有利于提高混凝土抗氯離子滲透性能，同時驗證了粉煤灰能顯著提高混凝土抗氯離子滲透性能。
3 結論
摻入粉煤灰大大改善了混凝土的抗氯離子滲透性能，這可能要歸因于粉煤灰在混凝土中的各種作用效應。由于粉煤灰的顆粒比水泥微細，摻入后能夠填充到水泥凝膠的孔隙中，在微觀層次上改善了混凝土的密實性，減少了較大孔隙的數量。其次，粉煤灰摻入使混凝土的有效水灰比提高，有利于水泥水化時水化產物的擴散。另外，在蒸養條件下，較高的養護溫度加速了粉煤灰的火山灰效應，二次水化反應產生的低鈣硅比凝膠體有利于細化孔結構，降低孔隙率，并且會吸附一部分氯化物于其中。同時，粉煤灰的二次水化消耗了一定量的Ca(OH)2,有利于改善過渡區。
參考文獻
[1] 鐵道部豐臺橋梁廠,鐵道部科學研究院鐵道建筑研究所. 混凝土的蒸汽養護 . 中國建筑工業出版社，1978. 108～109
[2] 洪瑚. 論重載、強化、系列、配套地發展我國預應力混凝土軌枕. 鐵道標準設計， 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] 吳中偉,廉慧珍.高性能混凝土.北京:中國鐵道出版社,1999.220～226
