摘 要: 為提高混凝土耐海水腐蝕的性能,采用氯離子滲透、硫酸鹽腐蝕、腐蝕干濕循環(huán)等試驗(yàn)方法來(lái)研究耐腐蝕外加劑的性能,并且對(duì)混凝土耐腐蝕外加劑的機(jī)理進(jìn)行分析。試驗(yàn)結(jié)果表明:混凝土耐腐蝕外加劑在試驗(yàn)測(cè)試中表現(xiàn)出優(yōu)良的綜合性能。
關(guān)鍵詞: 海工混凝土;外加劑;氯離子滲透;硫酸鹽腐蝕;干濕循環(huán);試驗(yàn)
中圖分類號(hào): TU528. 042 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A
1 前 言
混凝土中使用外加劑被公認(rèn)為是改善混凝土性能方面有效的措施[ 1 ,2 ] 。我國(guó)混凝土外加劑的研究、生產(chǎn)和發(fā)展很快,品種不斷增加,應(yīng)用日益廣泛[3 ] 。外加劑的摻量也不僅限于水泥重量的5 % ,如混凝土膨脹劑摻量10 %～12 % ,混凝土氣密劑摻量8 %～12 %。甚至提出混凝土高性能化的摻合料[4 ] ,摻量達(dá)到30 %?；炷聊透g外加劑是一種新型的外加劑,國(guó)內(nèi)有部分產(chǎn)品,使用時(shí)必需和其他混凝土的摻合料共同使用,給施工帶來(lái)諸多不便,而且效果有待進(jìn)一步提高,專用于海水等腐蝕的混凝土外加劑未見(jiàn)報(bào)道。本文中混凝土耐腐蝕劑是針對(duì)橋梁受海水腐蝕的混凝土而專門研制的,摻量為水泥質(zhì)量的10 %～12 %。
現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和試驗(yàn)資料表明:海工混凝土失效最嚴(yán)重的部位發(fā)生在浪濺區(qū),失效是由于氯離子引起的鋼筋銹蝕、海水中的不斷變化的干濕循環(huán)、鹽類結(jié)晶腐蝕以及海水的沖刷、氣蝕等綜合因素造成的[5 ,6 ] 。由于海水的沖刷和氣蝕不但與組成混凝土的材料性能有關(guān),還與混凝土的強(qiáng)度等級(jí)有關(guān),而且不易在室內(nèi)模擬試驗(yàn),因此本耐腐蝕混凝土外加劑試驗(yàn)內(nèi)容主要為抗氯離子滲透性試驗(yàn)、腐蝕干濕循環(huán)試驗(yàn)、硫酸鹽腐蝕試驗(yàn)等項(xiàng)目,其中腐蝕干濕循環(huán)試驗(yàn)循環(huán)次數(shù)達(dá)到110 次(110 d 的循環(huán)) ,且與摻混合材料(硅灰和粉煤灰合摻) 的混凝土進(jìn)行了比較。
2 混凝土的原材料
(1) 水泥。江油水泥廠生產(chǎn)普通硅酸鹽水泥,3d 抗壓強(qiáng)度25. 4 MPa ,抗折強(qiáng)度4. 7 MPa ,28 d 抗壓強(qiáng)度47. 6 MPa ,抗折強(qiáng)度8. 1 MPa 。
(2) 骨料。砂:廣漢河砂,細(xì)度模數(shù)2. 60 ,滿足Ⅱ區(qū)級(jí)配; 石子: 5 ～ 20 mm 粒級(jí), 級(jí)配為5 ～ 10mm45 % ,10～20 mm55 %。
(3) 外加劑。自行研制的FL - V 型混凝土耐腐蝕外加劑,主要成分為:高活性SiO2 ,有機(jī)活性激發(fā)劑,有機(jī)表面活性劑及高效減水劑和少量的納米材料等。摻量10 %～12 % ,等量取代水泥。本試驗(yàn)摻量為10 %。
3 試驗(yàn)方法
3. 1 配合比設(shè)計(jì)及物理力學(xué)性能試驗(yàn)
本試驗(yàn)按照《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》(J GJ 55 - 2000) 《, 普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》( GB/ T 50080 - 2002) 進(jìn)行。
3. 2 硫酸鹽腐蝕試驗(yàn)
硫酸鹽腐蝕試驗(yàn)按照文獻(xiàn)[ 7 ]方法進(jìn)行,基準(zhǔn)配合比采用其推薦的配合比,耐腐蝕試件采用內(nèi)摻10 %耐腐蝕外加劑(取代同質(zhì)量的水泥) 的配比配制。
3. 3 混凝土抗氯離子滲透性能試驗(yàn)
抗氯離子滲透性能試驗(yàn)是目前評(píng)定混凝土抗?jié)B性及耐腐蝕性能常用的方法[6 ,8 ] ,氯離子滲透性的試驗(yàn)方法有多種。本試驗(yàn)采用文獻(xiàn)[9 ]中“混凝土抗氯離子快速試驗(yàn)方法”混凝土電導(dǎo)測(cè)試法。試驗(yàn)中,每組試件取3 塊,做混凝土的齡期為28 d、90 d 氯離子滲透試驗(yàn)。氯離子滲透試驗(yàn)采用選用的配合比見(jiàn)表1 。
3. 4 混凝土干濕循環(huán)試驗(yàn)
有關(guān)混凝土腐蝕干濕循環(huán)試驗(yàn)尚無(wú)試驗(yàn)規(guī)程。參照國(guó)內(nèi)外類似試驗(yàn)研究,采用在一定鹽溶液中浸泡與60 ℃干燥的循環(huán)的試驗(yàn)制度。在反復(fù)的循環(huán)過(guò)程中考查試件強(qiáng)度變化。具體方法:
(1) 配制鹽溶液。鹽溶液配比見(jiàn)表2 。此溶液的濃度參照國(guó)內(nèi)外有關(guān)資料配制[10 ] ,鹽的濃度遠(yuǎn)大于海水中鹽的濃度,其中硫酸鹽濃度增加幅度最大。其目的是加速鹽的結(jié)晶應(yīng)力和硫酸鹽腐蝕等對(duì)混凝土的破壞作用。
(2) 成型試件。試件尺寸40 mm ×40 mm ×160mm。粗骨料5～10 mm 粒級(jí),砂為普通砂,采用的配合比見(jiàn)表3 。采用小試件是為了加速干濕循環(huán)對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響。
(3) 循環(huán)制度。成型并標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)14 d 后即進(jìn)行干濕循環(huán)。第15 d 時(shí)取出試件擦干試件表面水分放入烘箱烘干,一般試件放入烘箱后30 min 左右升至60 ℃恒溫16 h ,打開(kāi)烘箱冷卻30 min ,取出試件放入已配制的鹽溶液中,8 h 后取出為1 個(gè)循環(huán),一晝夜恰好1 個(gè)循環(huán)。
(4) 以28 d 時(shí)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)(無(wú)循環(huán)) 試件強(qiáng)度作為基準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比。
(5) 試件強(qiáng)度試驗(yàn)參照《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法》( GB/ T 17671 - 1999) 進(jìn)行。
(6) 為便于比較,混凝土的坍落度均調(diào)整為150～170 mm ,同時(shí)用摻入硅灰和粉煤灰的混凝土作對(duì)比,考察耐腐蝕外加劑的性能。
4 試驗(yàn)結(jié)果及分析
4. 1 硫酸鹽腐蝕試驗(yàn)
從表4 硫酸鹽腐蝕試驗(yàn)的結(jié)果可以看出:基準(zhǔn)配合比試件抗蝕系數(shù)只有0. 80 ,而摻有耐腐蝕外加劑配合比試件在1 個(gè)月、3 個(gè)月抗蝕系數(shù)均大于1. 0 ,分別達(dá)到1. 12 和1. 11 ,抗硫酸鹽腐蝕能力明顯提高。
為更好地說(shuō)明耐腐蝕外加劑的效果,定義各齡期在清水、硫酸鹽溶液中的抗折強(qiáng)度與基準(zhǔn)砂漿清水28 d 抗折強(qiáng)度之比為強(qiáng)度變化系數(shù)Kb ,結(jié)果見(jiàn)表4 。
與基準(zhǔn)試件相比,其強(qiáng)度在清水中1 個(gè)月、3 個(gè)月時(shí)分別為基準(zhǔn)試件的1. 22 倍、1. 26 倍,硫酸鹽環(huán)境中分別為1. 37 倍、1. 40 倍,說(shuō)明后期強(qiáng)度穩(wěn)步增長(zhǎng)。
4. 2 干濕循環(huán)試驗(yàn)
在試驗(yàn)中由于小的混凝土試件抗折強(qiáng)度波動(dòng)性大,本文采用其抗壓強(qiáng)度(6 塊) 的平均值作為該組的強(qiáng)度值進(jìn)行分析評(píng)定。強(qiáng)度變化結(jié)果見(jiàn)表5 。
為便于分析,提出抗干濕腐蝕循環(huán)系數(shù)Kx 與對(duì)比干濕腐蝕循環(huán)系數(shù)Kr 的概念,其定義分別為:
從110 次干濕循環(huán)后混凝土強(qiáng)度的變化看,基準(zhǔn)混凝土g - 0 干濕腐蝕循環(huán)系數(shù)Kx 只有0. 77 ,摻入30 %粉煤灰和3 %的硅灰的g - 3 混凝土Kx 為1. 09 ,摻耐腐蝕外加劑的混凝土g - 1 、g - 2 效果最為顯著, Kx 在1. 35～1. 38 之間。對(duì)比干濕腐蝕循環(huán)系數(shù)更能說(shuō)明問(wèn)題, 摻合料混凝土g - 3 達(dá)到1. 42 ,耐腐蝕外加劑配置的混凝土達(dá)到1. 75 以上。
說(shuō)明耐腐蝕外加劑能夠極大地提高混凝土耐干濕循環(huán)及鹽的結(jié)晶膨脹(同樣包括硫酸鹽腐蝕) 的性能。
4. 3 混凝土的抗氯離子滲透試驗(yàn)
混凝土的氯離子滲透試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6?？梢钥闯?摻入耐腐蝕外加劑混凝土抗氯離子滲透能力明顯提高。與相同強(qiáng)度等級(jí)的普通混凝土相比,耐腐蝕外加劑配置的混凝土28 d、90 d 滲透系數(shù)分別只有基準(zhǔn)混凝土的51 %及12. 1 %。耐腐蝕外加劑配置的混凝土90 d 與其本身28 d 的抗?jié)B性能相比,氯離子滲透系數(shù)下降75 %,說(shuō)明耐腐蝕外加劑配置的混凝土抗?jié)B性能在后期不但能夠保持而且有較大的提高。
5 機(jī)理分析
耐腐蝕外加劑含有機(jī)活性激發(fā)劑等,能夠加速水泥的水化,同時(shí)有高活性SiO2 等,參與膠凝材料的二次水化反應(yīng)。因此,28 d 的水化產(chǎn)物中C - S -H 凝膠體提高。同時(shí)水化產(chǎn)物中不耐腐蝕的氫氧化鈣含量降低,水泥石強(qiáng)度提高。
混凝土耐腐蝕外加劑是一種復(fù)合型的外加劑,同時(shí)含有有機(jī)表面活性劑及活性激發(fā)劑等在改善混凝土的密實(shí)度的同時(shí),能夠改善水泥與骨料的界面效果。在普通混凝土中,由于混凝土的泌水等使得界面過(guò)渡區(qū)中孔隙較大,同時(shí)也是氫氧化鈣的集聚地。防腐蝕外加劑使得界面過(guò)渡區(qū)厚度減少,過(guò)渡區(qū)內(nèi)的缺陷降低(見(jiàn)圖1) ,所以抗干濕腐蝕循環(huán)等耐久性的能力大幅度提高。
6 結(jié) 論
混凝土耐腐蝕外加劑中含有機(jī)活性激發(fā)劑等,加速水泥的水化,同時(shí)含有高活性SiO2 等,參與膠凝材料的二次水化反應(yīng),改善了混凝土中膠結(jié)材料與骨料的界面結(jié)構(gòu)。
耐腐蝕外加劑能夠有效地提高普通硅酸鹽水泥的耐硫酸鹽腐蝕能力,28 d 及90 d 的抗蝕系數(shù)分別達(dá)到1. 12 和1. 11 ,強(qiáng)度穩(wěn)定增加。耐腐蝕外加劑配置的防腐蝕混凝土在高濃度鹽溶液中經(jīng)過(guò)110 d(次) 干濕循環(huán),腐蝕循環(huán)系數(shù)為1. 35～1. 38 ,比普通混凝土提高75 %以上,具有很高的抗腐蝕干濕循環(huán)能力;在氯離子滲透試驗(yàn)方面,耐腐蝕外加劑混凝土28 d、90 d 滲透系數(shù)分別為普通混凝土28 d 的51. 1 %和12. 8 % ,有效地提高了混凝土的抗?jié)B性,并且后期性能能夠保持并有所提高。
參 考 文 獻(xiàn):
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