海工高性能混凝土抗氯離子滲透性能研究

注：粉煤灰為內(nèi)摻，硅粉、礦渣的摻量均為水泥與粉煤灰重量之和的百分?jǐn)?shù)。

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　　原材料因素改變導(dǎo)致砂漿性能變化并不明顯 。

　　摻合料復(fù)摻抗氯離子滲透性能比單摻外加劑組高4~7倍，證明礦物摻合料是使混凝土具有優(yōu)良抗氯離子滲透性能的主要因素。

不同外加劑品種對(duì)高性能砂漿性能的影響

注：電導(dǎo)值越大，氯離子滲透速度越快，混凝土抵抗氯離子滲透性能越差。

　　綜合考慮減水、增強(qiáng)、抗氯離子滲透能力等因素后采用外加劑N-32進(jìn)行后續(xù)混凝土試驗(yàn) 。

不同粉煤灰摻量對(duì)高性能砂漿性能的影響

不同硅粉摻量對(duì)高性能砂漿性能的影響

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不同礦渣摻量對(duì)高性能砂漿性能的影響

　　粉煤灰摻量從10%~15%，砂漿電導(dǎo)變化不大，強(qiáng)度隨摻量的增加而增加；隨著硅粉摻量的增加，砂漿電導(dǎo)明顯減小，強(qiáng)度逐漸增加；磨細(xì)礦渣的摻量從3.5%增加到11.5%，砂漿電導(dǎo)變化不大，強(qiáng)度相近。

　　綜合考慮各變量因素對(duì)砂漿的強(qiáng)度及電導(dǎo)性能的影響及相關(guān)規(guī)范對(duì)水灰比的要求后，最終選擇粉煤灰摻量15%，硅粉摻量8.5%~10%，磨細(xì)礦渣摻量5%，外加劑N-32并以水灰比0.45為基準(zhǔn)混凝土，進(jìn)行海工高性能混凝土的性能試驗(yàn)。

海工高性能混凝土的物理力學(xué)性能

　　混凝土試驗(yàn)用原材料

　　水泥：中國水泥廠生產(chǎn)的石城牌42.5普通硅酸鹽水泥；
　　硅粉：湖北丹江口硅粉，活性二氧化硅含量為92.8%；
　　粉煤灰：南京熱電廠Ⅰ級(jí)灰；
　　磨細(xì)礦渣：武鋼產(chǎn)，細(xì)度為8000cm2/g；
　　砂：河砂，表觀密度2630kg/ m3，細(xì)度模數(shù)2.33；
　　石：碎石，表觀密度2810kg/ m3，二級(jí)配，Dmax=40mm，5~20mm占40%，20~40mm占60%。

混凝土拌和物性能

　　海工高性能混凝土的泌水率為0，含氣量為3.15～3.35%，初凝時(shí)間延緩1小時(shí)44分～1小時(shí)52分，終凝時(shí)間延緩1小時(shí)42分～2小時(shí)22分。

摻硅粉、粉煤灰、礦渣海工高性能混凝土的物理力學(xué)性能

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　　特點(diǎn)：配制的摻硅粉、粉煤灰、礦渣混凝土具有早強(qiáng)、高強(qiáng)特性。與水灰比0.45的普通對(duì)比混凝土相比，混凝土抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、抗壓彈模、軸心抗壓強(qiáng)度、抗沖磨強(qiáng)度都有大幅度提高。

抗氯離子滲透性能

　　檢測(cè)混凝土抗氯離子滲透性能的常用方法有快速法和慢速法兩種 。

　　快速法是通過對(duì)混凝土試件外加電場(chǎng)并比較在電場(chǎng)作用下氯離子透過混凝土試件的難易程度來判定混凝土的抗氯離子滲透性能，如ASTM C1202-97和《水運(yùn)工程混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（JT270-98）7.9條。

　　慢速法（鹽水浸泡法）是將混凝土試件長(zhǎng)期浸泡在NaCl溶液中，定期測(cè)量試件不同深度的氯離子含量并由此計(jì)算混凝土的氯離子擴(kuò)散系數(shù)。以該系數(shù)的大小來判別混凝土的抗氯離子滲透性能

　　電導(dǎo)法

　　基本原理 ：氯離子在直流電壓作用下，能透過混凝土試件向正極方向移動(dòng)。測(cè)量流過混凝土試件的電荷量或電導(dǎo)，能反映出透過混凝土的氯離子總量。

海工高性能混凝土的抗氯離子滲透性能

　　鹽水浸泡法

　　試驗(yàn)方法：在20±3 ℃水中養(yǎng)護(hù)28天。試件在空氣中晾干，將五個(gè)表面用環(huán)氧樹脂封閉，僅留一側(cè)面用作外界氯離子滲透面。環(huán)氧樹脂固化后，試件先浸自來水飽水，后浸泡于3.5%NaCl溶液。浸泡一定齡期后，取出試件用自來水沖去表面鹽水，鉆取不同深度混凝土的粉末樣，測(cè)定其水溶性和酸溶性氯離子含量。

共摻海工高性能混凝土的氯離子滲透試驗(yàn)結(jié)果

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　　摻硅粉、粉煤灰、磨細(xì)礦渣海工高性能混凝土不同深度的氯離子含量均低于普通混凝土，且減少的幅度隨深度遞增。以水溶性氯離子含量為例，表層0~10mm處，共摻混凝土為普通混凝土的41%~56%，第二層降至18%~27%，從第三層開始，共摻混凝土的氯離子含量基本上恒定在一微量值。

　　共摻混凝土氯離子結(jié)合量均大于普通混凝土，膠凝材料能夠結(jié)合更多的氯離子，混凝土孔隙中對(duì)鋼筋起銹蝕作用的游離氯離子量相應(yīng)減少，因而具有更高的抗氯離子滲透性。 

混凝土耐久性年限推算

摻硅粉、粉煤灰、磨細(xì)礦渣海工高性能混凝土鋼筋銹蝕啟動(dòng)年限

注：設(shè)混凝土保護(hù)層厚度為6.5cm

　　共摻混凝土中氯離子有效擴(kuò)散系數(shù)僅為普通混凝土的26%~28%，其中的鋼筋銹蝕啟動(dòng)年限為38.3年~41.2年，為普通
混凝土的3.5~3.8倍。

結(jié)    論

　　砂漿試驗(yàn)表明，原材料因素改變導(dǎo)致性能變化并不明顯，即非主要因素；但是否摻礦物摻合料非常重要，共摻組抗氯離子滲透性能比單摻外加劑組高4~7倍，證明礦物摻合料是使混凝土具有優(yōu)良抗氯離子滲透性能的主要因素。

　　砂漿試驗(yàn)顯示：粉煤灰摻量從10%~15%，砂漿電導(dǎo)變化不大，強(qiáng)度隨摻量的增加而增加；隨著硅粉摻量的增加，砂漿電導(dǎo)明顯減小，強(qiáng)度逐漸增加；磨細(xì)礦渣的摻量從3.5%增加到11.5%，砂漿電導(dǎo)變化不大，強(qiáng)度相近。

　　設(shè)計(jì)的摻硅粉、粉煤灰、磨細(xì)礦渣海工高性能混凝土與普通混凝土相比，新鮮混凝土具有不泌水、緩凝的特點(diǎn)；硬化混凝土的抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、抗壓彈模、軸心抗壓強(qiáng)度、抗沖磨強(qiáng)度都有大幅度提高。

　　電導(dǎo)法測(cè)得的摻硅粉、粉煤灰、磨細(xì)礦渣海工高性能混凝土的相對(duì)氯離子滲透系數(shù)僅為普通混凝土的8%~9%。

　　鹽水浸泡法測(cè)得的摻硅粉、粉煤灰、磨細(xì)礦渣海工高性能混凝土的氯離子滲透系數(shù)為普通混凝土的26%~28%。 

　　根據(jù)費(fèi)克定律的計(jì)算結(jié)果，當(dāng)混凝土保護(hù)層厚度為6.5cm時(shí)，摻硅粉、粉煤灰、磨細(xì)礦渣海工高性能混凝土中鋼筋銹蝕啟動(dòng)年限為38.3~41.2年，約為普通混凝土的4倍。

　　摻硅粉、粉煤灰、磨細(xì)礦渣海工高性能混凝土的抗氯離子滲透性能遠(yuǎn)優(yōu)于普通混凝土，在海洋環(huán)境下必然具有更優(yōu)異的耐久性。