礦物摻合料對(duì)混凝土鋼筋保護(hù)性能的影響

1、2012年第8期8月混凝土與水泥制品CHINAC0NCRETECEMENTPRODUC2012No8August礦物摻合料對(duì)混凝土鋼筋保護(hù)性能的影響高祥彪(1江蘇省建筑工程質(zhì)量檢測(cè)中心有限公司，南京210028；2東南大學(xué)材料學(xué)院，南京211189)摘要：研究了礦物摻合料對(duì)混凝土鋼筋保護(hù)性能的影響。結(jié)果顯示，單摻礦粉、粉煤灰與礦粉復(fù)摻均能改善混凝土的鋼筋保護(hù)性能。粉煤灰和礦粉復(fù)摻時(shí)，改善混凝土鋼筋保護(hù)性能效果最為顯著，復(fù)摻總量為20％時(shí)

2、，比基準(zhǔn)混凝土鋼筋銹蝕率減少了2437％。通過(guò)對(duì)各配合比混凝土試樣進(jìn)行壓汞試驗(yàn)和Sirion場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡實(shí)驗(yàn)觀察混凝土表面形貌特征發(fā)現(xiàn)，粉煤灰與礦粉復(fù)摻使膠凝材料水化完全，混凝土表面較為致密，從而大大提高了混凝土對(duì)鋼筋的保護(hù)性能。關(guān)鍵宇：混凝土；礦粉；復(fù)摻；鋼筋銹蝕；壓汞；掃描電鏡Abstract：Theinfluenceofmineraladmixturesonthepropertyofconcreteprotectingsteel

3、baragainstcorrosionisstudiedTheresultsshowthattheslagpowderandcombinedmixtureofflyashandslagpowdercanimprovethepropertyofconcreteprotectingsteelbaragainstcorrosionTheeffectisparticularlysignificantwhenthedosageratioofcom

4、binedmixtureofflyashandslagpowderis20％，andtheconcretereinforcementcorrosionratedecreasesby2437％comparedwiththeonenotmixedadmixturesThroughthemercurytestandsirionfieldemissionscanningelectronmicroscopyexperimentstoobserve

5、themicrostructureoftheconcrete，itisfoundthatthehydrationofcementitiousmaterialsismorecom—pletemixedwithflyashandslagpowder，concretesurfaceisdensertheporeratioissignificantlyreduced，whichgreatlyimprovethepropertyofconcret

6、eprotectingsteelbaragainstcorrosionKeywords：Concrete；Slagpowder；Combinedmixture；Steelbarcorosion；Mercury；Scanningelectronmicroscopy(SEM)中囪分類號(hào)：TU528041文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：10004637(2012)08—01040前言混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂，會(huì)直接影響混凝土的耐久性。從20

7、世紀(jì)60年代開(kāi)始，混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性問(wèn)題已成為國(guó)際學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)或國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議討論的重要課題之一。1987年，Et本土木工程協(xié)會(huì)混凝土結(jié)構(gòu)委員會(huì)提出了一個(gè)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的實(shí)用設(shè)計(jì)方法_1】。1989年，歐洲混凝土結(jié)構(gòu)委員會(huì)發(fā)表了“耐久性混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)指南”腳。1992年歐洲混凝土委員會(huì)頒布了耐久性混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)指南(DurableConcreteStructuresDesignGuide)?；炷翆?duì)鋼筋的保護(hù)性能越來(lái)越被人們重視。1研究現(xiàn)狀

8、隨著環(huán)保意識(shí)與質(zhì)量意識(shí)的提高，礦物摻合料在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中得到了廣泛應(yīng)用。礦物摻合料對(duì)混凝土碳化性能的影響有三種觀點(diǎn)：第一種觀點(diǎn)是，礦物摻合料對(duì)混凝土碳化性能影響很??；第二種觀點(diǎn)是，由于礦物摻合料細(xì)化混凝土孑L結(jié)構(gòu)，基金項(xiàng)目：鐵道部科技計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目(滬杭客運(yùn)專線特大橋主梁混凝土收縮徐變控制與耐久性提升技術(shù)研究，2010g0o4h)。形成致密C—S—H凝膠，會(huì)降低混凝土中二氧化碳的擴(kuò)散過(guò)程；第三種觀點(diǎn)是，由于礦物摻合料的火山灰反應(yīng)消耗了混

9、凝土中的Ca(0H)z，使得CO更容易擴(kuò)散，因此，礦物摻合料加速了混凝土的碳化。本文針對(duì)滬杭高鐵特大橋工程施工中的混凝土用原材料展開(kāi)了試驗(yàn)研究，2試驗(yàn)原材料與試驗(yàn)方案21試驗(yàn)原材料211膠凝材料水泥：采用華新PI525級(jí)水泥，具體性能指標(biāo)見(jiàn)表1。粉煤灰：采用I級(jí)灰，具體性能指標(biāo)見(jiàn)表2。礦粉：采用$95級(jí)粒化高爐礦渣超細(xì)粉，具體性能指標(biāo)見(jiàn)表3。212其它試驗(yàn)材料細(xì)骨料采用河砂，細(xì)度模數(shù)250，屬Ⅱ區(qū)中砂，表觀密度264g／era，堆積密度

10、1530k~m，空隙率420％，含泥量060％；粗骨料采用5~25mm石灰石碎石，壓碎指標(biāo)為986％，堆積密度1478kg／m；外加劑采用聚羧酸高效減水劑，減水率252％，固含量一1一學(xué)兔兔www.xuetutu.com高祥彪礦物摻合料對(duì)混凝土鋼筋保護(hù)性能的影響準(zhǔn)組，F(xiàn)1、F2、F3分別為粉煤灰摻量為10％、20％、30％；SL1、SL2、SL3分別為礦粉摻量為10％、20％、30％；FC1、FC2、FC3分別為粉煤灰和礦粉復(fù)摻總量為1

11、0％、20％、30％。堡褂基擦器F0F1F2F3SL1SL2SL3FC1FC2FC3組別圖2礦物摻合料對(duì)混凝土鋼筋銹蝕的影響由圖2可知，單摻粉煤灰使混凝土對(duì)鋼筋的保護(hù)性下降，鋼筋銹蝕率增加，并且隨著粉煤灰摻量的增加，鋼筋銹蝕率逐漸增大。粉煤灰摻量為30％時(shí)，混凝土鋼筋銹蝕率比基準(zhǔn)混凝土增加了863％。分析原因：由于粉煤灰的摻入會(huì)降低混凝土的強(qiáng)度值，在一定程度上降低了混凝土的致密性，從而使混凝土內(nèi)部堿性環(huán)境更加容易破壞，造成了內(nèi)部鋼筋銹蝕

12、的加??；另一方面，有研究[1o11表明，粉煤灰的摻人使水泥石堿度降低，混凝土內(nèi)部pH值下降，并且隨著粉煤灰摻量的增加，混凝土內(nèi)部的pH值更趨降低，這樣鋼筋混凝土內(nèi)部的堿性環(huán)境相對(duì)較弱，對(duì)鋼筋的保護(hù)性相對(duì)減弱，從而造成了鋼筋銹蝕的加劇。由圖中F0、SL1、SL2、SL3的數(shù)據(jù)對(duì)比可知，礦粉的摻入增大了混凝土對(duì)鋼筋的保護(hù)性能，降低了鋼筋銹蝕情況。其中礦渣摻量為20％的SL2組鋼筋銹蝕率最低，比基準(zhǔn)混凝土鋼筋銹蝕率降低了1315％。有研究刁發(fā)

13、現(xiàn)，微粒礦粉摻人混凝土中，改善了混凝土的致密性，有效阻礙了有害介質(zhì)的侵入，可減緩鋼筋的銹蝕。本研究前期力學(xué)性能試驗(yàn)研究同樣證實(shí)了這一觀點(diǎn)，礦粉的摻人增大了混凝土的早期強(qiáng)度值，使得混凝土致密性增加，抗銹蝕能力增強(qiáng)。由圖中F0、FC1、FC2、FC3的對(duì)比數(shù)據(jù)可知，粉煤灰與礦粉的復(fù)摻效果明顯好于礦物摻合料單摻，并且在復(fù)摻總量為2O％時(shí)，混凝土對(duì)鋼筋的保護(hù)性最好，其鋼筋銹蝕率比基準(zhǔn)混凝土降低了2437％。由此可知，粉煤灰和礦粉復(fù)摻可以有效提高

14、混凝土的鋼筋保護(hù)性。4微觀性能分析為了深入探究礦物摻合料種類以及摻量的不同對(duì)混凝土鋼筋保護(hù)性能影響的內(nèi)在機(jī)理，本研究對(duì)不同配比的28d齡期試樣進(jìn)行了壓汞試驗(yàn)和Sirion場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡試驗(yàn)，觀察混凝土表面結(jié)構(gòu)特征。取具有代表性的F0、F2、SL2和FC2試樣進(jìn)行分析。圖3為不同摻合料混凝土28d累計(jì)孔隙率分布。由圖3壓汞試驗(yàn)結(jié)果可知，粉煤灰與礦粉復(fù)摻，能明顯降低混凝土28d的孑L隙率，其累計(jì)孔隙率最??；單摻礦粉同樣可以有效降低混凝土的孔

15、隙率，使混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為致密；單摻粉煤灰，由于膠凝材料水化不完全，造成混凝土內(nèi)部孔隙增多，累計(jì)孑L隙率變大。0O8007006005褂毯0040030O20O100010l0O1【JOUlOUUUl0OOOO孔徑／nm圖3不同摻合料混凝土28d累計(jì)孔隙率分布圖4～圖7為各組混凝土的表面形貌特征。通過(guò)對(duì)各組混凝土外貌特征的觀察分析可知，礦粉的活性組分不斷與水泥水化生成的Ca(OH)z反應(yīng)，隨著Ca(OH)：的不斷消耗，膠凝材料的水化進(jìn)行

16、得也越快。在觀察28d齡期試樣時(shí)可以發(fā)現(xiàn)已經(jīng)生成了大量的C—S—H凝膠，使得混凝土結(jié)構(gòu)致密，從而改善了混凝土的鋼筋保護(hù)性能。粉煤灰與礦粉復(fù)摻，由于微集料效應(yīng)、填充效應(yīng)，使得混凝土表面比較密實(shí)，水化比較完全，生成的水化產(chǎn)物較為致密。無(wú)論是局部大面積還是小空隙中，都布滿了大量的C—S—H凝膠結(jié)構(gòu)。這種類型的凝膠體相互分又搭接形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，并填充于硬化體表面、孔坑、縫隙中，使混合膠凝體系密度增加，保證混合膠凝材料具有一定的強(qiáng)度。這也就造成