礦物摻合料對混凝土鋼筋保護性能的影響

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

2、，比基準混凝土鋼筋銹蝕率減少了2437％。通過對各配合比混凝土試樣進行壓汞試驗和Sirion場發(fā)射掃描電鏡實驗觀察混凝土表面形貌特征發(fā)現，粉煤灰與礦粉復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鋼筋的保護性能。關鍵宇：混凝土；礦粉；復摻；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：TU528041文獻標識碼：A文章編號：10004637(2012)08—01040前言混凝土結構中鋼筋銹蝕導致混凝土開裂，會直接影響混凝土的耐久性。從20

7、世紀60年代開始，混凝土結構的耐久性問題已成為國際學術機構或國際學術會議討論的重要課題之一。1987年，Et本土木工程協會混凝土結構委員會提出了一個混凝土結構耐久性的實用設計方法_1】。1989年，歐洲混凝土結構委員會發(fā)表了“耐久性混凝土結構設計指南”腳。1992年歐洲混凝土委員會頒布了耐久性混凝土結構設計指南(DurableConcreteStructuresDesignGuide)?；炷翆︿摻畹谋Ｗo性能越來越被人們重視。1研究現狀

8、隨著環(huán)保意識與質量意識的提高，礦物摻合料在鋼筋混凝土結構中得到了廣泛應用。礦物摻合料對混凝土碳化性能的影響有三種觀點：第一種觀點是，礦物摻合料對混凝土碳化性能影響很??；第二種觀點是，由于礦物摻合料細化混凝土孑L結構，基金項目：鐵道部科技計劃重點項目(滬杭客運專線特大橋主梁混凝土收縮徐變控制與耐久性提升技術研究，2010g0o4h)。形成致密C—S—H凝膠，會降低混凝土中二氧化碳的擴散過程；第三種觀點是，由于礦物摻合料的火山灰反應消耗了混

9、凝土中的Ca(0H)z，使得CO更容易擴散，因此，礦物摻合料加速了混凝土的碳化。本文針對滬杭高鐵特大橋工程施工中的混凝土用原材料展開了試驗研究，2試驗原材料與試驗方案21試驗原材料211膠凝材料水泥：采用華新PI525級水泥，具體性能指標見表1。粉煤灰：采用I級灰，具體性能指標見表2。礦粉：采用$95級粒化高爐礦渣超細粉，具體性能指標見表3。212其它試驗材料細骨料采用河砂，細度模數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％，固含量一1一學兔兔www.xuetutu.com高祥彪礦物摻合料對混凝土鋼筋保護性能的影響準組，F1、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鋼筋的保護性下降，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，混凝土鋼筋銹蝕率比基準混凝土增加了863％。分析原因：由于粉煤灰的摻入會降低混凝土的強度值，在一定程度上降低了混凝土的致密性，從而使混凝土內部堿性環(huán)境更加容易破壞，造成了內部鋼筋銹蝕

12、的加劇；另一方面，有研究[1o11表明，粉煤灰的摻人使水泥石堿度降低，混凝土內部pH值下降，并且隨著粉煤灰摻量的增加，混凝土內部的pH值更趨降低，這樣鋼筋混凝土內部的堿性環(huán)境相對較弱，對鋼筋的保護性相對減弱，從而造成了鋼筋銹蝕的加劇。由圖中F0、SL1、SL2、SL3的數據對比可知，礦粉的摻入增大了混凝土對鋼筋的保護性能，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，比基準混凝土鋼筋銹蝕率降低了1315％。有研究刁發(fā)

13、現，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的侵入，可減緩鋼筋的銹蝕。本研究前期力學性能試驗研究同樣證實了這一觀點，礦粉的摻人增大了混凝土的早期強度值，使得混凝土致密性增加，抗銹蝕能力增強。由圖中F0、FC1、FC2、FC3的對比數據可知，粉煤灰與礦粉的復摻效果明顯好于礦物摻合料單摻，并且在復摻總量為2O％時，混凝土對鋼筋的保護性最好，其鋼筋銹蝕率比基準混凝土降低了2437％。由此可知，粉煤灰和礦粉復摻可以有效提高

14、混凝土的鋼筋保護性。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混凝土鋼筋保護性能影響的內在機理，本研究對不同配比的28d齡期試樣進行了壓汞試驗和Sirion場發(fā)射掃描電鏡試驗，觀察混凝土表面結構特征。取具有代表性的F0、F2、SL2和FC2試樣進行分析。圖3為不同摻合料混凝土28d累計孔隙率分布。由圖3壓汞試驗結果可知，粉煤灰與礦粉復摻，能明顯降低混凝土28d的孑L隙率，其累計孔隙率最小；單摻礦粉同樣可以有效降低混凝土的孔

15、隙率，使混凝土內部結構較為致密；單摻粉煤灰，由于膠凝材料水化不完全，造成混凝土內部孔隙增多，累計孑L隙率變大。0O8007006005褂毯0040030O20O100010l0O1【JOUlOUUUl0OOOO孔徑／nm圖3不同摻合料混凝土28d累計孔隙率分布圖4～圖7為各組混凝土的表面形貌特征。通過對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，隨著Ca(OH)：的不斷消耗，膠凝材料的水化進行

16、得也越快。在觀察28d齡期試樣時可以發(fā)現已經生成了大量的C—S—H凝膠，使得混凝土結構致密，從而改善了混凝土的鋼筋保護性能。粉煤灰與礦粉復摻，由于微集料效應、填充效應，使得混凝土表面比較密實，水化比較完全，生成的水化產物較為致密。無論是局部大面積還是小空隙中，都布滿了大量的C—S—H凝膠結構。這種類型的凝膠體相互分又搭接形成空間網狀結構，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度。這也就造成