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(guó)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(guò)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(guò)混凝土試件的難易程度來(lái)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(lái)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(guò)混凝土試件向正極方向移動(dòng)。測(cè)量流過(guò)混凝土試件的電荷量或電導(dǎo)，能反映出透過(guò)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(shù)脂封閉，僅留一側(cè)面用作外界氯離子滲透面。環(huán)氧樹(shù)脂固化后，試件先浸自來(lái)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(lái)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(kāi)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。