摘要:輕集料是多孔材料，其孔隙易成為氯離子滲透通道，因而良好的水泥石—集料界面結構是保證高強輕集料混凝土（HSLC）具有高抗Cl－滲透能力的關鍵。本文采用ASTMC1202－97方法測試了低吸水率高強頁巖陶粒配制的高強輕集料混凝土（HSLC）28d和60d齡期6h電通量，并用SEM掃描電鏡對HSLC水泥石－集料界面過渡區形貌進行了研究分析。試驗結果表明：對采用低吸水率高強陶粒配制的HSLC而言，陶粒預濕處理僅對其早期抗氯離子滲透能力有一定程度不利影響，而對其長期抗氯離子滲透性能無明顯作用，預濕處理輕集料混凝土后期抗氯離子滲透能力與未預濕輕集料混凝土基本相當。
關鍵詞:HSLC 氯離子滲透 預濕程度 低吸水率 界面過渡區
0引言
大量鋼筋混凝土和預應力鋼筋混凝土構筑物由于鋼筋銹蝕而導致破壞的現象已屢見不鮮，不僅帶來巨大損失，也嚴重影響混凝土建筑物的正常使用。氯離子是造成混凝土中鋼筋銹蝕的主要原因之一，氯離子的存在會破壞混凝土中鋼筋的鈍化膜，加速鋼筋銹進程，降低結構使用壽命[1][2]。因此，抗氯離子滲透性能是影響混凝土結構耐久性的重要因素之一。
高強輕集料混凝土（HSLC）具有輕質、高強、保溫隔熱等一系列優良性能，已在橋梁、石油平臺、高層建筑等方面得到廣泛應用[3][4]。但輕集料（陶粒）屬多孔材料，自身結構疏松多孔，且多為連通孔。采用高吸水率陶粒（1h吸水率大于5%）配制的中低強度輕集料混凝土，預濕處理在改善混凝土拌合物工作性的同時對其強度和耐久性有明顯不利影響。對采用低吸水率頁巖陶粒配制的高強輕集料混凝土來說，預濕處理對其抗氯離子滲透性能的影響如何則報道較少。本文主要研究了預濕處理對高強輕集料混凝土抗氯離子滲透性的影響以及水泥石—陶粒界面過渡區的結構組成情況。
1試驗原材料
水泥：重慶拉法基水泥廠生產的42.5R級普通硅酸鹽水泥（P.O42.5R），化學成分見表1。
粗集料：湖北宜昌寶珠產碎石型高強頁巖陶粒，其性能見表2。
細集料：混合砂，其中特細砂為重慶渠河砂，細度模數為1.1；機制砂為重慶歌樂山石灰石機制砂，細度模數為3.7，特細砂:機制砂＝5:5（質量比）。
泵送劑：北京高碑店產萘系RH-8高效減水劑，推薦摻量1%，減水率為20%。
2試驗方案及結果分析
2.1試驗配合比
本試驗中高強輕集料混凝土設計強度等級為LC40和LC50，其凈水灰比分別為0.35和0.33，體積砂率分別為40％和42％，試驗配合比見表3。陶粒預濕處理采用自來水直接浸泡，預濕時間分別為0h、0.5h、1h和24h，其對應含水率分別為0％、3％、4％和4.5％，達到規定預濕時間后，將陶粒撈出置于竹篩上靜置2分鐘，然后進行混凝土拌制。各組混凝土初始坍落度控制在200±20mm，混凝土拌合物性能和28d強度見表3。
表3 混凝土配合比
2.2試驗方法
抗氯離子滲透試驗按ASTMC 1202-97試驗方法[5]進行。首先制作150×150×150mm的混凝土試件，標準養護到規定測試齡期后鉆芯Φ100mm×50mm的圓柱體芯樣，然后按照ASTMC 1202-97試驗方法測試混凝土試件6h總電通量，并對其抗氯離子滲透能力進行評價，評價標準見表4。
水泥石－集料界面過渡區采用SEM掃描電鏡觀測分析。選用與氯離子滲透試驗同配合比混凝土制作100×100×100mm試件，成型一天后脫模，置于標準養護室內養護至規定齡期，測定試件強度，然后隨機抽取粒度約1cm3的混凝土碎塊，置于無水乙醇中48h以中止水泥水化，在60℃下干燥至恒重，取出試樣，置于真空下鍍膜，用電鏡觀測試樣。
表4 混凝土導電量及其分類
2.3試驗結果及分析
2.3.1預濕程度對HSLC氯離子滲透性的影響
試驗結果表明，預濕處理對HSLC電通量有一定影響。由表3強度結果可知，隨著預濕程度增加，HSLC抗壓強度有所下降，但降低幅度不大。由圖1、圖2可以看出，陶粒經預濕處理后，兩系列高強輕集料混凝土28d的6h總導電量和氯離子擴散系數均高于未預濕處理的基準混凝土。在LC40系列中，預濕1h的L3混凝土電通量最大，28d達2986C；LC50系列中，預濕0.5h的L6混凝土電通量最高，為2812C。隨著齡期的增長，陶粒預濕處理對HSLC電通量的影響程度明顯降低。由圖1可看到，各組混凝土60d齡期電通量基本成一水平直線，說明預濕處理與否對HSLC后期電通量基本無影響；在圖2中，除L6外，L7、L8混凝土60d齡期電通量都與基準L5相接近。
圖1 預濕程度對LC40抗Cl－滲透性能的影響 圖2 預濕程度對LC50抗Cl－滲透性能的影響
試驗結果表明，對于采用低吸水率高強頁巖陶粒配制的HSLC而言，預濕處理僅對混凝土早期抗氯離子滲透能力有一定程度不利影響，隨齡期增加，該不利影響程度逐漸降低，預濕處理輕集料混凝土后期抗氯離子滲透能力與未預濕輕集料混凝土基本相當。因而筆者認為，在高強輕集料混凝土的實際應用中，若采用輕集料為低吸水率高強陶粒，則可忽略預濕處理可能對混凝土抗氯離子滲透性能造成不利影響這一問題。
2.3.2 SEM分析
試驗選取表3中L5和L8配合比混凝土，借助SEM掃描電鏡技術觀察了不同預濕程度高強輕集料混凝土的水泥石－輕集料界面區形貌，從微觀角度分析了預濕處理對高強輕集料混凝土抗氯離子滲透性的影響。
對比圖3和圖4可以看出，在早期（28d），輕集料經預濕處理的L8試樣界面區水泥石結構較為疏松，致密程度比基準混凝土L5低；而在60d齡期時，L8陶粒界面水泥石的密實度及其與陶粒的結合狀況都與L5的相當，無明顯差別。分析其原因筆者認為是因為輕集料經24h飽水預濕后，在混凝土拌合物中的吸水能力不但大為減弱，并且極有可能出現陶粒在預濕階段儲蓄的水在成型早期返出的可能，因而導致陶粒界面水泥石局部水灰比高于采用干燥陶粒配制的混凝土，造成其水泥石密實度降低。隨著水化的進行，水泥石內部形成大量微細孔隙，內部相對濕度降低，陶粒將逐漸釋放出吸收的水以供水泥繼續水化，由于預濕處理陶粒L8所儲存的水較L5多（陶粒在水中的吸水能力顯著高于其在混凝土拌合物中的吸水能力），其返水能力也更強，使陶粒界面處的水泥水化更加充分，彌補了因早期局部水灰比偏高導致的界面區水泥石密實度較低的缺陷。在宏觀上則表現為預濕處理對HSLC抗氯離子滲透性能的影響：經不同程度預濕結構輕集料混凝土早期抗氯離子滲透能力較未預濕陶粒混凝土低，而后期則與未預濕陶粒混凝土相近或更高。
2.4預濕程度影響HSLC抗氯離子滲透性能機理分析
陶粒在混凝土中的“微泵效應”主要由“自真空”、“自密實”和“自潤濕”、“自養護”兩部分作用組成[6]。經預濕處理后的陶粒與未預濕處理陶粒比較，其在新拌混凝土中的吸水能力將不斷降低，即“自真空”作用不斷減弱。同時，經飽水預濕的陶粒在混凝土拌合物中極有可能出現不但不吸水反而釋放出部分自由水的現象，因而使得沿陶粒表面向水泥漿體延伸的一定范圍內的水灰比分布趨勢與采用干燥陶粒時的分布情況相反，即在飽水陶粒表層一定范圍內，由陶粒表面處水泥漿水灰比最大，越向水泥石方向延伸而逐漸減小，這與普通混凝土粗集料界面處水泥漿的水灰比分布趨勢相同。因此，經預濕處理后，混凝土中界面過渡區的水灰比高于采用未經預濕處理陶粒的情況，其密實度大大降低，毛細孔等缺陷增多，為氯離子進入混凝土內部提供了滲透通道，且由于水化產物Ca(OH)2在界面過渡區的定向排列的增加，使得水泥石對氯離子滲透的物理阻滯作用也有所減弱。結果表現為圖1和圖2所示28d齡期電通量隨預濕時間增加而增大。
盡管預濕處理會降低陶粒的“自真空”、“自密實”作用效果，但對其在混凝土后期的“自養護”作用影響卻不大，因為“自養護”作用是陶粒內所含自由水，在水泥水化后期重新釋放出來，供界面過渡區水泥石繼續水化，從而提高混凝土后期的密實度。預濕處理讓陶粒預先貯備水源，在水泥水化后期再緩慢釋放出來，其相對弱于干燥陶粒混凝土的界面結構可能更有利于自由水的返出，為水泥石繼續水化提供更多的水，從而彌補其早期水泥石結構疏松的缺點，使得后期混凝土抗氯離子滲透性能與采用干燥陶粒的混凝土基本相近。
3結論
綜合上述試驗研究得到以下結論：
（1）對于采用低吸水率高強頁巖陶粒配制的HSLC而言，預濕處理僅對混凝土早期抗氯離子滲透能力有一定程度不利影響；隨齡期增加，該不利影響程度逐漸降低，預濕處理輕集料混凝土后期抗氯離子滲透能力與未預濕輕集料混凝土基本相當。
（2）SEM分析表明，輕集料經預濕處理的HSLC早期（28d）界面區水泥石結構較為疏松，致密程度比未預濕基準HSLC低；而后期（60d）其陶粒界面水泥石的密實度及其與陶粒的結合狀況都與基準HSLC相當，無明顯差別。
參考文獻
1 王媛俐．重點工程混凝土耐久性的研究與工程應用[M]．北京：中國建材工業出版社，2000：337-369
2 蔣林華.混凝土抗氯離子滲透擴散性研究[J].中國腐蝕與防護學報，2002，22（6）：343-348
3 丁建彤，郭玉順，木村熏．結構輕骨料混凝土的現狀與發展趨勢[J]．混凝土，No.9.2000：23-26
4 Kok Seng Chia，Min-Hong Zhang. Water permeability and chloride penetrability of high-strength lightweight aggregate concrete [J] . Cement and Concrete Research,32(2002):639-645
5 ASTMC 1202-97，Standard Test Method for Electrical Indication of Concrete’s Ability to Resist Chloride Ion Penetration [S]
6 龔洛書，柳春圃．輕集料混凝土――混凝土現代技術叢書[M]．北京：中國鐵道出版社．1996
關鍵詞:HSLC 氯離子滲透 預濕程度 低吸水率 界面過渡區
0引言
大量鋼筋混凝土和預應力鋼筋混凝土構筑物由于鋼筋銹蝕而導致破壞的現象已屢見不鮮，不僅帶來巨大損失，也嚴重影響混凝土建筑物的正常使用。氯離子是造成混凝土中鋼筋銹蝕的主要原因之一，氯離子的存在會破壞混凝土中鋼筋的鈍化膜，加速鋼筋銹進程，降低結構使用壽命[1][2]。因此，抗氯離子滲透性能是影響混凝土結構耐久性的重要因素之一。
高強輕集料混凝土（HSLC）具有輕質、高強、保溫隔熱等一系列優良性能，已在橋梁、石油平臺、高層建筑等方面得到廣泛應用[3][4]。但輕集料（陶粒）屬多孔材料，自身結構疏松多孔，且多為連通孔。采用高吸水率陶粒（1h吸水率大于5%）配制的中低強度輕集料混凝土，預濕處理在改善混凝土拌合物工作性的同時對其強度和耐久性有明顯不利影響。對采用低吸水率頁巖陶粒配制的高強輕集料混凝土來說，預濕處理對其抗氯離子滲透性能的影響如何則報道較少。本文主要研究了預濕處理對高強輕集料混凝土抗氯離子滲透性的影響以及水泥石—陶粒界面過渡區的結構組成情況。
1試驗原材料
水泥：重慶拉法基水泥廠生產的42.5R級普通硅酸鹽水泥（P.O42.5R），化學成分見表1。
粗集料：湖北宜昌寶珠產碎石型高強頁巖陶粒，其性能見表2。
細集料：混合砂，其中特細砂為重慶渠河砂，細度模數為1.1；機制砂為重慶歌樂山石灰石機制砂，細度模數為3.7，特細砂:機制砂＝5:5（質量比）。
泵送劑：北京高碑店產萘系RH-8高效減水劑，推薦摻量1%，減水率為20%。
2試驗方案及結果分析
2.1試驗配合比
本試驗中高強輕集料混凝土設計強度等級為LC40和LC50，其凈水灰比分別為0.35和0.33，體積砂率分別為40％和42％，試驗配合比見表3。陶粒預濕處理采用自來水直接浸泡，預濕時間分別為0h、0.5h、1h和24h，其對應含水率分別為0％、3％、4％和4.5％，達到規定預濕時間后，將陶粒撈出置于竹篩上靜置2分鐘，然后進行混凝土拌制。各組混凝土初始坍落度控制在200±20mm，混凝土拌合物性能和28d強度見表3。
表3 混凝土配合比
2.2試驗方法
抗氯離子滲透試驗按ASTMC 1202-97試驗方法[5]進行。首先制作150×150×150mm的混凝土試件，標準養護到規定測試齡期后鉆芯Φ100mm×50mm的圓柱體芯樣，然后按照ASTMC 1202-97試驗方法測試混凝土試件6h總電通量，并對其抗氯離子滲透能力進行評價，評價標準見表4。
水泥石－集料界面過渡區采用SEM掃描電鏡觀測分析。選用與氯離子滲透試驗同配合比混凝土制作100×100×100mm試件，成型一天后脫模，置于標準養護室內養護至規定齡期，測定試件強度，然后隨機抽取粒度約1cm3的混凝土碎塊，置于無水乙醇中48h以中止水泥水化，在60℃下干燥至恒重，取出試樣，置于真空下鍍膜，用電鏡觀測試樣。
表4 混凝土導電量及其分類
2.3試驗結果及分析
2.3.1預濕程度對HSLC氯離子滲透性的影響
試驗結果表明，預濕處理對HSLC電通量有一定影響。由表3強度結果可知，隨著預濕程度增加，HSLC抗壓強度有所下降，但降低幅度不大。由圖1、圖2可以看出，陶粒經預濕處理后，兩系列高強輕集料混凝土28d的6h總導電量和氯離子擴散系數均高于未預濕處理的基準混凝土。在LC40系列中，預濕1h的L3混凝土電通量最大，28d達2986C；LC50系列中，預濕0.5h的L6混凝土電通量最高，為2812C。隨著齡期的增長，陶粒預濕處理對HSLC電通量的影響程度明顯降低。由圖1可看到，各組混凝土60d齡期電通量基本成一水平直線，說明預濕處理與否對HSLC后期電通量基本無影響；在圖2中，除L6外，L7、L8混凝土60d齡期電通量都與基準L5相接近。
圖1 預濕程度對LC40抗Cl－滲透性能的影響 圖2 預濕程度對LC50抗Cl－滲透性能的影響
試驗結果表明，對于采用低吸水率高強頁巖陶粒配制的HSLC而言，預濕處理僅對混凝土早期抗氯離子滲透能力有一定程度不利影響，隨齡期增加，該不利影響程度逐漸降低，預濕處理輕集料混凝土后期抗氯離子滲透能力與未預濕輕集料混凝土基本相當。因而筆者認為，在高強輕集料混凝土的實際應用中，若采用輕集料為低吸水率高強陶粒，則可忽略預濕處理可能對混凝土抗氯離子滲透性能造成不利影響這一問題。
2.3.2 SEM分析
試驗選取表3中L5和L8配合比混凝土，借助SEM掃描電鏡技術觀察了不同預濕程度高強輕集料混凝土的水泥石－輕集料界面區形貌，從微觀角度分析了預濕處理對高強輕集料混凝土抗氯離子滲透性的影響。
對比圖3和圖4可以看出，在早期（28d），輕集料經預濕處理的L8試樣界面區水泥石結構較為疏松，致密程度比基準混凝土L5低；而在60d齡期時，L8陶粒界面水泥石的密實度及其與陶粒的結合狀況都與L5的相當，無明顯差別。分析其原因筆者認為是因為輕集料經24h飽水預濕后，在混凝土拌合物中的吸水能力不但大為減弱，并且極有可能出現陶粒在預濕階段儲蓄的水在成型早期返出的可能，因而導致陶粒界面水泥石局部水灰比高于采用干燥陶粒配制的混凝土，造成其水泥石密實度降低。隨著水化的進行，水泥石內部形成大量微細孔隙，內部相對濕度降低，陶粒將逐漸釋放出吸收的水以供水泥繼續水化，由于預濕處理陶粒L8所儲存的水較L5多（陶粒在水中的吸水能力顯著高于其在混凝土拌合物中的吸水能力），其返水能力也更強，使陶粒界面處的水泥水化更加充分，彌補了因早期局部水灰比偏高導致的界面區水泥石密實度較低的缺陷。在宏觀上則表現為預濕處理對HSLC抗氯離子滲透性能的影響：經不同程度預濕結構輕集料混凝土早期抗氯離子滲透能力較未預濕陶粒混凝土低，而后期則與未預濕陶粒混凝土相近或更高。
2.4預濕程度影響HSLC抗氯離子滲透性能機理分析
陶粒在混凝土中的“微泵效應”主要由“自真空”、“自密實”和“自潤濕”、“自養護”兩部分作用組成[6]。經預濕處理后的陶粒與未預濕處理陶粒比較，其在新拌混凝土中的吸水能力將不斷降低，即“自真空”作用不斷減弱。同時，經飽水預濕的陶粒在混凝土拌合物中極有可能出現不但不吸水反而釋放出部分自由水的現象，因而使得沿陶粒表面向水泥漿體延伸的一定范圍內的水灰比分布趨勢與采用干燥陶粒時的分布情況相反，即在飽水陶粒表層一定范圍內，由陶粒表面處水泥漿水灰比最大，越向水泥石方向延伸而逐漸減小，這與普通混凝土粗集料界面處水泥漿的水灰比分布趨勢相同。因此，經預濕處理后，混凝土中界面過渡區的水灰比高于采用未經預濕處理陶粒的情況，其密實度大大降低，毛細孔等缺陷增多，為氯離子進入混凝土內部提供了滲透通道，且由于水化產物Ca(OH)2在界面過渡區的定向排列的增加，使得水泥石對氯離子滲透的物理阻滯作用也有所減弱。結果表現為圖1和圖2所示28d齡期電通量隨預濕時間增加而增大。
盡管預濕處理會降低陶粒的“自真空”、“自密實”作用效果，但對其在混凝土后期的“自養護”作用影響卻不大，因為“自養護”作用是陶粒內所含自由水，在水泥水化后期重新釋放出來，供界面過渡區水泥石繼續水化，從而提高混凝土后期的密實度。預濕處理讓陶粒預先貯備水源，在水泥水化后期再緩慢釋放出來，其相對弱于干燥陶粒混凝土的界面結構可能更有利于自由水的返出，為水泥石繼續水化提供更多的水，從而彌補其早期水泥石結構疏松的缺點，使得后期混凝土抗氯離子滲透性能與采用干燥陶粒的混凝土基本相近。
3結論
綜合上述試驗研究得到以下結論：
（1）對于采用低吸水率高強頁巖陶粒配制的HSLC而言，預濕處理僅對混凝土早期抗氯離子滲透能力有一定程度不利影響；隨齡期增加，該不利影響程度逐漸降低，預濕處理輕集料混凝土后期抗氯離子滲透能力與未預濕輕集料混凝土基本相當。
（2）SEM分析表明，輕集料經預濕處理的HSLC早期（28d）界面區水泥石結構較為疏松，致密程度比未預濕基準HSLC低；而后期（60d）其陶粒界面水泥石的密實度及其與陶粒的結合狀況都與基準HSLC相當，無明顯差別。
參考文獻
1 王媛俐．重點工程混凝土耐久性的研究與工程應用[M]．北京：中國建材工業出版社，2000：337-369
2 蔣林華.混凝土抗氯離子滲透擴散性研究[J].中國腐蝕與防護學報，2002，22（6）：343-348
3 丁建彤，郭玉順，木村熏．結構輕骨料混凝土的現狀與發展趨勢[J]．混凝土，No.9.2000：23-26
4 Kok Seng Chia，Min-Hong Zhang. Water permeability and chloride penetrability of high-strength lightweight aggregate concrete [J] . Cement and Concrete Research,32(2002):639-645
5 ASTMC 1202-97，Standard Test Method for Electrical Indication of Concrete’s Ability to Resist Chloride Ion Penetration [S]
6 龔洛書，柳春圃．輕集料混凝土――混凝土現代技術叢書[M]．北京：中國鐵道出版社．1996
