摘要 研究了不同種類礦物摻合料對混凝土抗氯離子滲透性的影響，試驗結果顯示單摻礦渣能降低氯離子擴散系數，摻量為40％時最佳；單摻粉煤灰可改善混凝土抗氯離子滲透能力，且當摻量為30％時氯離子滲透系數最小；單摻燒頁巖提高氯離子滲透系數。從機理上分析，礦渣和粉煤灰改善了混凝土中的薄弱界面，細化孔結構，生成更多的水化產物，提高了混凝土抗氯離子滲透能力。燒頁巖因為結構疏松，吸水較多，混凝土結構內部產生大量孔隙，降低了抗氯離子滲透能力
關鍵詞 礦物摻合料 混凝土 氯離子滲透
中圖分類號：TU528
0 引言
現代建筑中鋼筋混凝土占了混凝土總量的很大比例，而鋼筋混凝土中鋼筋銹蝕帶來的問題十分嚴重，是混凝土結構破壞的主要原因之一。鋼筋混凝土中的鋼筋能夠不被破壞的前提是表面有一層完整的鈍化膜，如果這層鈍化膜遭到了破壞，外界環境中的一些離子就很容易引起混凝土內部鋼筋的銹蝕，從而導致鋼筋體積膨脹，破壞鋼筋與混凝土結合的界面，使鋼筋與混凝土發生剝離，進而導致混凝土破壞的現象。而氯離子可以通過破壞鋼筋的鈍化膜方式使鋼筋產生銹蝕，因此抗氯離子滲透性是反映混凝土抵抗鋼筋銹蝕能力的一個重要參數[1][2]。
近年來很多工程使用的混凝土在施工過程中都會摻加礦物摻合料[3]，試驗證明適量摻加礦物摻合料可以降低混凝土結構的孔隙率，提高結構的致密性，從而有效的降低氯離子的滲透性，提高混凝土的使用壽命[4][5]。目前對于多種礦物摻合料摻加后對混凝土氯離子滲透性的影響已經有了研究，但是因為各地的材料有所差別，所以結論不盡相同。本文主要研究了單摻磨細粉煤灰、礦渣和燒頁巖對高阿利特水泥配制的混凝土Cl-滲透擴散性影響，并分析探討了其機理。
1 原料與試驗方案 1.1 原材料
熟料采用陜西秀山水泥有限公司生產的熟料，其中C3S含量為70.8％，fCaO含量為1.2％，28d抗壓強度為59.7Mpa。摻合料采用磨細礦渣，粉煤灰，和在800℃下煅燒燒30min的燒頁巖，比表面積分別為465m2/kg，450m2/kg，和440m2/kg。粗集料采用5-16mm的石灰石碎石，表觀密度為2700kg/m3。細集料為河砂，細度模數為2.8，表觀密度為2690 kg/m3。
1.2 試驗方法
試驗采用相同的水膠比0.57，用水量為226 kg/m3，膠凝材料配比見表1。骨料品種及用量均不變，其中砂用量為634 kg/m3，石子用量為1194kg/m3。
按照配比稱取適量膠凝材料，石子，砂，和水，用強制攪拌機將原料攪勻，取適量進行混凝土塌落度的測定，另依據ASTM C1202法將混凝土攪拌物裝入直徑為100mm高為50mm的模具，濕布覆蓋于20℃±5℃條件下養護24h后脫模。置于20℃±3℃氫氧化鈣飽和溶液中養護至28d。將試塊從溶液中取出，濕布擦去表面浮水碎屑，裝入塑料試驗夾具中，用704膠將邊緣密封，以防溶液滲漏。正負極端槽內分別注入0.3mol/L的NaOH溶液和3％的NaCl溶液，過2min后，測量試件的電導，進而換算出試件的相對氯離子滲透系數，公式如下。
式中：D－相對氯離子擴散系數，m2/s
G20－試件20℃時的電導值，S。
2 試驗結果與討論
2.1 塌落度
各組試樣測得的塌落度值和相對氯離子滲透系數值見表2。
從表中數據可見，混凝土拌和物的塌落度隨礦渣摻量的增加變化不大，只在摻量在20－40％時稍微有所下降，但幅度很小，說明礦渣對混凝土工作性能影響不大；這是因為礦渣結構比較致密的，不易吸水，不會導致需水量的大量增加,所以塌落度下降不大。而摻加粉煤灰后，混凝土拌和物的塌落度均比未摻加時有所增加，當摻加10％粉煤灰塌落度提高最多，之后隨粉煤灰摻量的增加塌落度有所下降，摻加40％時塌落度最低，達到65mm，但仍然比未摻加時要高；這是因為粉煤灰多為玻璃體，吸水少，且形狀多為球形顆粒，在混凝土拌和物流動過程中起到滾珠的作用，具有一定減水作用，所以在摻加粉煤灰后，在其他條件不變的情況下，混凝土流動性增加，塌落度會有所提高。摻加10％的燒頁巖使塌落度降到45mm，摻量達到20％后塌落度繼續降低，為30mm，說明燒頁巖的摻加會增加混凝土拌和物的拌和用水量；這是因為頁巖經過800℃煅燒以后，部分礦物分解，結構變得疏松，會吸收較大量的拌和用水，導致塌落度下降。
2.2 氯離子滲透性能
氯離子滲透性測試結果見表3。
從表3數據可以看出，Cl-滲透性等級隨礦渣摻量的增加逐漸下降，隨粉煤灰摻量的增加也逐漸下降，但是燒頁巖提高的Cl-滲透性等級。
摻加礦渣和粉煤灰后均可以降低氯離子擴散系數。摻加礦渣以后氯離子擴散系數一直下降，且摻加40％礦渣后氯離子擴散系數最低。摻加粉煤灰后氯離子擴散系數隨摻量增加先是持續下降，當摻加30％粉煤灰時最小，然后升高；說明當粉煤灰摻量小于30％時，粉煤灰摻量增加有利于提高混凝土抗氯離子滲透性能的影響，而當摻量達到40％時，混凝土氯離子擴散系數有所提高。隨摻加燒頁巖量的增加，氯離子擴散系數也逐漸升高。
影響氯離子擴散系數的基本因素主要有：（1）混凝土對氯離子物理或化學的結合能力，（2）混凝土對氯離子滲透的阻礙能力。礦渣的加入改善了混凝土內部的微結構，首先是填充了部分空隙，有效的降低了混凝土中大孔的含量，其會與水泥水化產生的氫氧化鈣發生二次水化反應，減少了穩定性較差的氫氧化鈣的粗大晶粒，削弱了其在界面上的富集現象，優化了界面結構，生成更多的穩定性較好的水化產物，水化結構更加致密，有助于阻擋氯離子的滲透。。同時，氫氧化鈣的溶解會導致混凝土結構的疏松，是引起混凝土破壞的原因之一，二次水化反應消耗了一部分氫氧化鈣，減少了其含量，從而提高了混凝土抗氯離子滲透性能。另一方面，礦渣中較大量無定形的Al2O3能吸收氯離子，生成單氯水化鋁酸鈣（C3A﹒CaCl2﹒H2O）,這部分氯離子被固化到晶格當中，通常不會對鋼筋夠成危害，從而進一步減少了混凝土孔溶液中的有害氯離子的數量。隨摻量的增加，其有益的效果愈加明顯，說明礦渣摻量小于40％時，摻加量越多越有利于抵抗氯離子的滲透。
氯離子滲透系數隨粉煤灰摻量的增加呈現先減小后增加的趨勢。粉煤灰具有填充效應和火山灰效應，但同時粉煤灰具有活性較低的缺點，當摻量較少的時候（﹤30％），這填充效應和火山灰效應的有益效果掩蓋了其活性不足的一面，所以隨摻量的增加氯離子滲透系數有所下降，但當摻量較高時（﹥30％），粉煤灰活性不足導致二次水化不完全，短齡期混凝土結構比較疏松，造成氯離子滲透系數增加。
燒頁巖的摻加增大了氯離子滲透系數，這是因為燒頁巖結構比較疏松，內部存在很多孔隙，這些空隙在混凝土拌合初期會吸收大量水分，這也是導致混凝土拌合物塌落度較小的原因，另一方面，這些早期被吸收進混凝土內部的水分隨水化的進行會被反應掉，或者通過泌水通道流失，在這個過程中會留下一定的孔隙，從而導致混凝土結構比較疏松，內部結構中大孔較多，從而使氯離子滲透系數提高。
3 結論
通過以上試驗，得出如下結論：
（1） 本試驗范圍內，礦渣的摻加對混凝土塌落度影響不大，粉煤灰提高混凝土拌合物的流動性，燒頁巖降低其流動性。
（2） 礦渣的摻加可以提高抗氯離子滲透性，摻量40％最好；粉煤灰的摻加也可提高抗氯離子滲透性，且摻量30％最好；燒頁巖的摻加會降低抗氯離子滲透性能。
參考文獻
1 葉建雄, 李曉箏, 廖佳慶，等. 礦物摻合料對混凝土氯離子滲透擴散性研究, 重慶建筑大學學報, 2005, 27(3):89
2 陳劍雄, 石寧, 張旭. 高摻量復合礦物摻合料自密實混凝土耐久性研究, 混凝土, 2005, (1):24
3 謝友均, 馬昆林, 劉運華. 蒸養超細粉煤灰高性能混凝土性能試驗研究, 深圳大學學報 理工版, 2007, 24(3):234
4 謝友均, 劉寶舉, 劉偉. 改善水泥漿體結合氯離子性能的試驗研究, 鐵道科學與工程學報, 2004, 1(2):46
5 胡紅梅, 馬保國. 礦物功能材料對混凝土氯離子滲透性的影響, 武漢理工大學學報, 2004, 26(3):19
