憎水剂与超细粉煤灰对海工混凝土抗侵蚀性能的影响研究.docx

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1、引言我国沿海地区地下水中富含氯盐、硫酸盐等化学成分，由于混凝土是一种多孔材料，有害离子很容易通过海水侵入混凝土，引起钢筋腐蚀，从而降低钢筋混凝土结构的承载力。因此海工混凝土服役期间需要具备较高的抗海水侵蚀能力，如抗氯离子侵蚀、抗硫酸盐腐蚀等。为了提高混凝土结构抗侵蚀能力，研究者们提出了很多方法来提高混凝土密实度，如掺入粉媒灰等矿物掺合料、内掺疏水剂、外涂树脂防护层等。粉煤灰作为掺合料加入混凝土后对于减少混凝土拌合物的需水量和提高混凝土耐久性有积极作用。然而，由于粉煤灰的活性较低,发生火山灰反应速率不高，提高粉煤灰的反应活性成为了提高其利用率的关键问题。研究表明，粉煤灰的火山灰性通常与小于IOH

2、n1的颗粒含量成正比R,因此有学者提出通过磨细粉煤灰来提高反应活性“知。范梦甜区研究表明，掺入超细粉煤灰可降低硬化浆体的孔隙率和中值孔径；曹润倬通过扫描电镜发现超细粉煤灰可使超高性能混凝土微观结构更加致密,总之，超细粉煤灰可以降低混凝土孔隙率，改善其抗渗性。此外，由于外涂防护剂在海水环境中容易出现老化、剥落问题，研究学者将憎水剂作为外加剂拌合到混凝土中，发现硬化后通过对混凝土毛细孔的憎水改性可以实现降低水分传输和离子侵蚀的效果3目前虽然己有利用超细粉煤灰、憎水剂来改善混凝土性能的相关研究成果，但是缺乏超细粉煤灰和憎水剂耦合作用对混凝土抗侵蚀性能的影响研究，且没有对抗侵蚀性能的影响规律进行系统总

3、结。因此，本文从配置不同掺量超细粉煤灰及憎水剂的混凝土出发，测试其流动性、抗压强度、抗侵蚀性能（抗氯离子渗透性能和吸水率），并分析其影响因素、影响机理，从而为后续相关研究与工程的应用提供数据参考。1试验部分1.1原材料水泥：P-o42.5水泥；粉煤灰：经过机械粉磨处理后的超细粉煤灰，其密度2.26gcm3,表观密度819kg;砂：细度模数2.8；石：粒径520mm的石灰岩碎石及碎卵石，级配合格，其中碎石压碎指标为7.6%8.0机外加剂：憎水剂和减水剂，憎水剂主要成分为硅烷，有效成分含量47%,减水剂为液体聚殁酸高效减水剂，有效成分含量为44.1%。水泥、粉煤灰的主要化学成分见表1。表1水泥及粉

4、煤灰的主要化学成分%原材料SiO,AIQbCaOFe2OsTiO2SO3MgOK2ONa2O水泥20.584.9763.571.59-2.002.29-0.53粉煤灰44.8229.265.203.631.411.500.661.040.211.2海工混凝土配合比混凝土配合比参照JGJ55-2011普通混凝土配合比设计规程进行设计，其中水灰比033,砂率0.39。在保证胶凝材料总量不变的情况下，考虑超细粉燥灰取代水泥质量百分比分别为0%、10%、20%、30%。为进一步研究憎水剂对海工混凝土性能影响,选取粉煤灰取代率为20%的试验组,憎水剂掺入占胶凝材料质量百分比为0.5%,1.0%.1.5%

5、。同时每组掺入一定量的聚峻酸减水剂来调节流动性。混凝土配合比见表2。表2海工混凝土配合比编号水泥超细粉煤灰砂石水憎水剂减水剂OPC485069010721600.07.3SFA104374969010721600.07.3SFA203889769010721600.07.3SFA3034014669010721600.07.3HA0.53889769010721602.47.3HA1.03889769010721604.97.3HA1.53889769010721607.37.3注：OPC为纯水泥组；SFA10.SFA20,SFA30分别代表粉煤灰取代率为10%、20%.30%;HAo.5、H

6、AI.0、HA15分别代表憎水剂掺为0.5%、1.0%、1.5%o1.3试验方法工作性能：按照GB/T50080-2016普通混凝土拌合物性能试验方法标准测试混凝土坍落度、扩展度及倒筒时间。抗压强度：依据GB/T50081-2019混凝土力学性能试验方法标准，按照表2配合比拌合混凝土后，浇筑到尺寸IoOmmXIOOmmX1OOnmI的立方体试模中，并在成型表面覆盖塑料膜密封养护，Id后拆模，标养到规定龄期进行力学性能测试。抗氯离子渗透性能：按照GB/T50082-2009普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准测试通过混凝土试件的电通量来衡量混凝土抗氯离子渗透能力。吸水率:参考ASTMCI58

7、513进行测试，成型后的混凝土试块标养28d后，切割为IOOmmX1OommX50mm试件，真空条件下保水24h后放于（505）C烘箱中烘干2周，取出后立即用树脂涂抹试件侧面，以确保混凝土毛细吸水过程为一维。树脂干燥后,试件上表面用橡胶薄膜覆盖；预处理完成，将混凝土试件放于水槽底部支撑试件的玻璃棒上，并在水槽注入去离子水，直到液面高出试件底部（21）mm。在吸收时间为7、17、24、36、42、60、85、104、120、134、147、294、415、510、587、657、720、778、831s时，称量试件质量。试件累计吸水量的计算见式（1）。i=匹Ap式中，i为混凝土单位面积累积吸水量

8、，mm3mm2;mt为用寸刻对应试件累计吸水质量，g;A为该试件与液体的接触面积，mm?;夕为去离子水的密度，gmm30根据研究表明，公式（1）可简化为式（2）oi=Syt（2）式中，S为吸水速率系数，mm3（mm2s5）;/为试件毛细吸收时间,2、结果与分析2.1 海工混凝土新拌流动性能及3为混凝土掺入不同质量分数超细粉煤灰、憎水剂后浆体流动性的测试结果。由表3可知，OPC.SFA10、SFA20、SFA30组拌合物的流动性逐渐变大，倒筒时间逐渐缩短，主要的原因在于粉煤灰本身的颗粒特性，相较于其他辅助胶凝材料，粉煤灰为球形颗粒，这对于减少混凝土拌合物的需水量和提高混凝土工作性有着积极作用；随

9、着超细粉煤灰掺量的增加，会增大水泥颗粒与球形粉煤灰接触概率，从而改善浆体流动性。在粉煤灰取代率20%不变的情况下,加入憎水剂后可以看出,HAO.5、HA10、HA15试验组在一定程度提高了拌合物的坍落度、扩展度，但其改善效果不如粉燥灰显著。表3粉煤灰及憎水剂对海工混凝土流动性的影响编号坍落度mm扩展度mm倒筒时间/SOPC18239732SFA1019747524SFA2020453418SFA3022461114HA0.520854617HA1.021255717HA1.5210561162.2 海工混凝土力学性能图1为超细粉煤灰取代不同质量分数水泥后对混凝土抗压强度的影响。由图1可知，由于

10、粉煤灰的活性不如硅酸盐水泥，随着粉煤灰掺量的增加，同龄期混凝土强度逐渐下降。OPC组的7d、28d、56d强度分别为53.7MPa71.7MPa、83.4MPa；SFA30组的7d、28d、56d强度分别为39.7MPa、61.4MPa.74.9MPa,下降率分别为26.1乐14.4%、10.2%；随着龄期的增加，粉燥灰掺量对强度的不利影响逐渐缩小。OPC组的728d、2856d强度增长率分别为33.5%、16.3%,而SFA30组的728d、2856d强度增长率分别为54.7%、22.0%,说明粉煤灰对混凝土强度效应随龄期的延长而提高，这主要是由于水泥中C3S.CzS在水化析出Ca(OH)2

11、后，粉煤灰在碱性环境中其Si-0、A1-O键与极性较强的OH、Ca”以及石膏发生反应，生成C-S-H、C-A-S-H及AFt等，从而产生强度。分析原因，超细粉煤灰的比表面积更大，反应活性高，生成的水化产物结晶度往往更好，且未水化的球形颗粒较好地填充了混凝土中原始孔隙，从而提高抗压强度。904030OPCSFA10SFA20SFA30编号图1超细粉煤灰对混凝土抗压强度的影响图2为在SFA20基础上，不同掺量憎水剂对混凝土力学性能的影响。由图2可知，憎水剂的掺入，对混凝土强度影响较小。憎水剂掺量为0.5%时，其7d、28d、56d强度下降率分别为1.9%、0.5%、1.3%,掺量为1.5%时，各龄

12、期强度下降率有所提高，但依旧保持在10%以内。混凝土的强度发展与水泥的水化进程密切相关，研究表明，憎水剂对水泥早期水化具有明显的抑制作用，且随着掺量的提高，抑制水化作用增强，因此，为保证混凝土的抗压强度，憎水剂的掺量应在合理范围之内。BcIiA1、超翦Ii!后90807060504030SFA20HA0.5HA1.0HA1.5编号图2憎水剂对混凝土抗压强度的影响2.3 混凝土抗侵蚀性能研究2.3.1抗氯离子渗透能力混凝土抗氯离子侵蚀主要受孔隙率、孔径分布等因素的影响。图3为掺入超细粉煤灰对混凝土抗氯离子渗透能力的影响。由图3可知，相比于OPC(纯水泥组)，SFA10、SFA20、SFA30组的

13、28d电通量降低率分别为12.1%、17.1%、29.7%,90d电通量降低率分别为6.6%、11.6%、15.5%。这主要是由于超细粉燥灰在混凝土浆体中的作用，一是超细粉煤灰在前期主要依靠本身的填充效应，提高结构密实性,特别是堵塞了浆体中毛细孔的通道；二是随着反应时间的不断进行，粉煤灰与水泥水化产物如Ca(OH)2发生火山灰反应，可以降低结构的孔隙率，减少硬化混凝土有害孔的比例。分析图3数据可知，混凝土28d电通量下降率大于其90d电通量的下降率，由于粉煤灰火山灰性往往在28d后发挥作用，因此可以判断，超细粉煤灰混凝土孔隙的填充效应对混凝土抗氯离子渗透能力的提升大于其火山灰活性。600800

14、OPCSFA10SFA20SFA30编号000000420图3超细粉煤灰对混凝土抗氯离子渗透能力的影响图4为憎水剂对混凝土抗氯离子渗透能力的影响。由图4可知，随着憎水剂掺量的提高，混凝土电通量值持续增大。当憎水剂掺量为10%、15%时，其90d电通量甚至超过OPC对照组。由此可以说明，憎水剂的加入，降低了混凝土抗渗性能。这主要是由于憎水剂的加入对水泥水化有明显的抑制作用，憎水剂通过附着、包裹在水泥颗粒表面，阻止水泥颗粒界面处水分的传输交换，进而降低水化产物生成速率及成核沉积。OooOoo420800600OPCSFA20HA0.5HA1.0HA1.5编号图4憎水剂对混凝土抗氯离子渗透能力的影响

15、2.3.2吸水率大量的研究表明，混凝土表面的毛细孔吸水主要表现为2个阶段特征，即连通孔的快速吸水期和非连通毛细孔穿透水化产物凝胶的缓慢吸水期，本试验也验证了该结论。图5为超细粉煤灰与憎水剂对混凝土吸水量的影响。对比图5中的OPC、SFA10、SFA20、SFA30可知，超细粉煤灰的加入，显著降低了混凝土试件的吸水量，不论是快速吸水期还是缓慢吸水期,其吸水量均小于OPC对照组。当泡水时间为831s时,SFA30组总吸水量降低约50.1%,这主要归结于超细粉煤灰填充效应及火山灰反应产物填充内部孔隙，改善水泥石孔结构，使得试件总的孔隙率降低，大孔减少，孔径得到进一步细化，分布更为合理。1.00.80.60.40.20.00200400600800时间/Se）$图5超细粉煤灰