01引言

在可持續(xù)發(fā)展已深入人心的今天，利用粉煤灰、礦粉等工業(yè)廢渣發(fā)展輔助性膠凝材料產(chǎn)業(yè)受到越來越多人的關(guān)注。隨著混凝土技術(shù)的進(jìn)步，混凝土制備的可變因素越來越多，以粉煤灰、礦粉為代表的輔助性膠凝材料作為制備混凝土的基本材料組分，更增加了混凝土耐久性影響因素的復(fù)雜性。盡管影響因素很多，但歸根結(jié)底，都與水或者其他有害液體或氣體向其內(nèi)部傳輸?shù)碾y易程度有關(guān)，通常認(rèn)為混凝土碳化性能、滲透性能及抗凍性能是評(píng)價(jià)其耐久性的重要指標(biāo)，因此系統(tǒng)研究混凝土的碳化性能、滲透性能及抗凍性能滲透性對(duì)提高混凝土的耐久性具有重要意義。本文通過測(cè)試不同膠凝材料體系混凝土的碳化深度、滲透深度、相對(duì)動(dòng)彈性模量和質(zhì)量損失率，研究了純水泥、單摻粉煤灰、單摻礦渣以及復(fù)摻粉煤灰和礦渣四種膠凝材料體系的混凝土的碳化性能、滲透性能和抗凍性能。

02原材料、配合比和試驗(yàn)方法

2.1 原材料

水泥采用金寧羊42.5水泥，其標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量25.2%；粉煤灰采用南京電熱廠Ⅰ級(jí)粉煤灰，需水比91.0%，比表面積320m2/kg；礦粉采用江南粉磨公司生產(chǎn)S95級(jí)礦渣微粉，流動(dòng)度比為111%，比表面積430m2/kg。原材料化學(xué)組成(本文中的含量、組成、摻量等均為質(zhì)量分?jǐn)?shù))見表1。粗集料為江蘇句容產(chǎn)5～20mm連續(xù)級(jí)配的玄武巖碎石，細(xì)集料為細(xì)度模數(shù)為2.60的河砂，減水劑為江蘇蘇博特新材料股份有限公司生產(chǎn)的聚羧酸系高效減水劑PCA。

2.2 配合比及新拌性能

為了研究不同膠凝材料體系對(duì)高性能混凝土耐久性能的影響，試驗(yàn)給出了4組配合比：①不摻礦物摻合料的基準(zhǔn)混凝土配合比；②摻30%粉煤灰的混凝土配合比；③摻45%礦粉的混凝土配合比；④復(fù)摻15%粉煤灰和45%礦粉的混凝土配合比。具體配合比如表2所示。

2.3 試驗(yàn)方法

參照GB/T50082-2009《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》中碳化試驗(yàn)的規(guī)定進(jìn)行不同膠凝材料體系混凝土的碳化試驗(yàn)，采用100mm×l00mm×400mm試模成型100mm×l00mm×400mm的棱柱體標(biāo)準(zhǔn)試件，養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期，在60℃溫度烘箱內(nèi)烘干后取出，放入碳化箱內(nèi)碳化至規(guī)定齡期取出，在壓力機(jī)上垂直于碳化面劈裂，每次約70mm左右。用石蠟將破壞后試塊的切斷面密封好，然后放入碳化箱至下一個(gè)齡期。隨即在試塊的斷面處噴上濃度為1%的酒精酚酞溶液。30秒鐘后，按照預(yù)估的測(cè)量點(diǎn)測(cè)出各點(diǎn)的碳化深度，將所測(cè)碳化深度數(shù)值取平均值，即為該齡期的碳化深度。

參照GB/T50082-2009《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》中抗水滲透試驗(yàn)的規(guī)定進(jìn)行不同膠凝材料體系混凝土的抗?jié)B性試驗(yàn)，試件規(guī)格為上口直徑175mm，下口直徑185mm，高150mm的截頭圓錐體，6個(gè)試件為一組。試驗(yàn)時(shí)水壓從0.1MPa開始，使水壓在24h內(nèi)恒定控制在（1.2±0.05）MPa，然后降壓，從試模中取出試件。在試件兩端面直徑處，按平行方向各放一根Ф6mm鋼墊條，用壓力機(jī)將試件劈開。將劈開面的底邊十等分，在各等分點(diǎn)處量出滲水高度。以各等分點(diǎn)滲水高度的平均值作為該試件的滲水高度，以相同滲水壓力下不同試件的平均滲水高度值來評(píng)價(jià)不同膠凝材料體系混凝土的相對(duì)抗?jié)B性能。

參照GB/T50082-2009《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》中抗凍性能試驗(yàn)中快凍法的規(guī)定進(jìn)行抗凍性試驗(yàn)，采用100mm×l00mm×400mm試模成型100mm×l00mm×400mm的棱柱體標(biāo)準(zhǔn)試件，24h脫模后在標(biāo)養(yǎng)室標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)24d后取出，將試件放入(20±2)℃水中飽水浸泡4d，然后再將浸泡后的混凝土試件放入混凝土自動(dòng)凍融循環(huán)機(jī)中進(jìn)行凍融試驗(yàn)，每隔25次凍融循環(huán)次數(shù)時(shí)將混凝土試件從凍融循環(huán)機(jī)內(nèi)取出，用動(dòng)彈儀測(cè)量動(dòng)彈模量或橫向基頻，并檢查其外部損傷及重量損失。

03試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 混凝土抗碳化性能

不同膠凝材料體系（純水泥體系、單摻粉煤灰體系、單摻礦渣體系、雙摻粉煤灰和礦渣體系）混凝土的碳化深度隨碳化齡期變化規(guī)律如圖1所示。由圖可知，單摻粉煤灰、單摻礦渣、雙摻粉煤灰和礦渣體系混凝土28d碳化深度比純水泥體系混凝土分別增加了6.0mm、3.0mm、9.1mm。由此可以看出，礦物摻合料的摻入明顯降低了混凝土的抗碳化性能。這主要因?yàn)椋河绊懰嗷牧峡固蓟阅艿牧硪粋€(gè)重要指標(biāo)是漿體的堿度。一方面，礦物摻合料的摻入降低了混凝土中水泥用量，降低了因水泥水化產(chǎn)生的CH含量。另一方面，礦物摻合料的火山灰效應(yīng)消耗一部分CH，從而使得混凝土內(nèi)部CH含量的進(jìn)一步降低，從而消弱了混凝土的抗碳化性能。

3.2 混凝土抗?jié)B透性能

不同膠凝材料體系（純水泥體系、單摻粉煤灰體系、單摻礦渣體系、雙摻粉煤灰和礦渣體系）混凝土標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)7d、28d、56d和90d后在一定滲水壓力下的抗水滲透性能如圖2所示。由圖中數(shù)據(jù)可知，不同膠凝材料體系的混凝土標(biāo)養(yǎng)7d后的滲透深度，從小到大依次是：純水泥體系＜單摻礦渣體系＜單摻粉煤灰體系＜雙摻粉煤灰和礦渣體系；標(biāo)養(yǎng)28d后不同體系混凝土的滲透滲透從小到大依次是：?jiǎn)螕椒勖夯殷w系＜單摻礦渣體系＜純水泥體系＜雙摻粉煤灰和礦渣體系；標(biāo)養(yǎng)56d時(shí)，單摻粉煤灰體系和單摻礦渣體系的混凝土滲透深度明顯小于純水泥體系混凝土相應(yīng)值，雙摻粉煤灰和礦渣體系的混凝土滲透深度與純水泥體系混凝土滲透深度相當(dāng)；標(biāo)養(yǎng)90d時(shí)，摻輔助性膠凝材料體系的混凝土滲透深度均明顯小于純水泥體系混凝土相應(yīng)值。這主要是因?yàn)?，粉煤灰、礦渣等輔助性膠凝材料的摻入降低了實(shí)際的水泥用量，使得早期生成的膠凝物質(zhì)減少，導(dǎo)致其早期抗?jié)B性能相對(duì)較弱，隨著養(yǎng)護(hù)齡期的延長(zhǎng)，粉煤灰、礦渣等輔助性膠凝材料發(fā)生持續(xù)的火山灰反應(yīng)，優(yōu)化了混凝土內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)，減少大孔數(shù)量和連通孔的數(shù)量，從而減少了一定壓力條件下自由水在混凝土內(nèi)部的傳輸通道，提高了混凝土抗水滲透性能。可見，粉煤灰、礦渣等輔助性膠凝材料的摻入降低了混凝土的早期抗水滲透性能，提高了混凝土的后期抗水滲透性能。在加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)的條件下，通過優(yōu)化膠凝材料體系組成可制備得到更高抗水滲透性能的混凝土。

3.3 混凝土抗凍性能

圖3和圖4分別給出不同膠凝材料體系的混凝土在凍融循環(huán)過程中的相對(duì)動(dòng)彈性模量和質(zhì)量損失變化情況。由圖3中不同凍融循環(huán)次數(shù)下的混凝土動(dòng)彈性模量變化規(guī)律可以看出，摻入45%礦渣混凝土的抗凍性最好，凍融循環(huán)425次后，其相對(duì)動(dòng)彈性模量仍然在90%

以上。單摻粉煤灰和復(fù)摻體系混凝土的抗凍融次數(shù)也達(dá)到350次，均高于純水泥體系的300次凍融次數(shù)，因此，在適當(dāng)延長(zhǎng)養(yǎng)護(hù)齡期時(shí)，可使大摻量礦物摻合料膠凝材料體系的混凝土達(dá)到高抗凍性。由圖4中不同凍融循環(huán)次數(shù)下的混凝土質(zhì)量損失變化規(guī)律可以看出，純水泥體系以及摻礦物摻合料體系混凝土的質(zhì)量損失變化規(guī)律基本一致，100次凍融循環(huán)之前混凝土重量是略微減小的，但到100次以后，混凝土在破壞前重量是有所增大的，造成這種現(xiàn)象的原因是由于在凍融循環(huán)過程中，混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的損傷，產(chǎn)生大量的微裂紋，裂紋的產(chǎn)生使得環(huán)境中的水分子通過裂縫進(jìn)入到混凝土內(nèi)部，在內(nèi)部預(yù)留了大量的自由水，引起了重量的增大，而且這部分自由水的存在，在凍融循環(huán)交替作用下，以及水與冰之間相互轉(zhuǎn)變時(shí)的體積變化，進(jìn)一步加劇了混凝土的劣化。另外，對(duì)比分析不同膠凝材料體系的混凝土抗凍性能和含氣量關(guān)系發(fā)現(xiàn)，由表2中混凝土新拌性能知純水泥、單摻粉煤灰、單摻礦渣以及復(fù)摻粉煤灰和礦渣體系混凝土的含氣量分別為5.6%、4.0%、5.4%和3.8%，已有的研究表明混凝土的抗凍性主要受混凝土的含氣量的影響，且抗凍性能隨含氣量的提高而增大，但本試驗(yàn)中不同膠凝材料體系的混凝土在養(yǎng)護(hù)到90d齡期時(shí)，混凝土的抗凍性受含氣量影響較小，而受膠凝材料體系的影響更大。可見，在混凝土含氣量一定的情況下，通過優(yōu)化膠凝材料體系組成可制備得到更高抗凍性的混凝土。

04結(jié)論

⑴與純水泥體系的混凝土相比，單摻粉煤灰體系、單摻礦渣體系、雙摻粉煤灰和礦渣體系的混凝土抗碳化性能有一定程度的降低。⑵與純水泥體系的混凝土相比，單摻粉煤灰體系、單摻礦渣體系、雙摻粉煤灰和礦渣體系的混凝土早期抗水滲透性能有一定程度的降低，后期抗水滲透性能有明顯的提高。⑶養(yǎng)護(hù)90d后抗凍性試驗(yàn)結(jié)果表明，摻粉煤灰體系、單摻礦渣體系、雙摻粉煤灰和礦渣體系的混凝土抗凍性能均優(yōu)于純水泥體系混凝土的抗凍性能。⑷在充分養(yǎng)護(hù)的情況下，優(yōu)化膠凝材料體系的組成可制備出比純水泥體系具有更高抗水滲透性和抗凍性能的高質(zhì)量混凝土。

來源：《廣東建材》，作者：汪彬、孟振亞、張守治