粉煤灰結(jié)合混凝土中氯離子機(jī)理的研究

摘要：通過(guò)試驗(yàn)的方法對(duì)FA結(jié)合Cl-的機(jī)理進(jìn)行的研究。試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明：粉煤灰作為摻合料等量取代部分水泥，能夠增強(qiáng)對(duì)氯離子的化學(xué)結(jié)合能力與物理吸附能力。參加水化的粉煤灰生成了更多可以與Cl-產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)水化鋁酸鹽相及其衍生物，并通過(guò)改善混凝土孔結(jié)構(gòu)與孔隙率來(lái)提高物理吸附能力，另外未水的粉煤灰顆粒由于其自身的特點(diǎn)，也能吸附部分Cl-，從而降低了混凝土中游離Cl-的濃度，延緩了鋼筋被銹蝕的時(shí)間。

關(guān)鍵詞：機(jī)理；結(jié)合；粉煤灰

在海洋環(huán)境、使用除冰鹽的道橋工程及鹽湖和鹽堿地區(qū)域，滲入混凝土中的Cl-是造成混凝土中鋼筋銹蝕的主要原因，而鋼筋腐蝕又是造成鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)破壞最重要的原因之一，這往往決定了混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命，是混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的重要問(wèn)題。滲入混凝土中的Cl-在混凝土中有三種存在形式：一種是與水泥中C3A的水化產(chǎn)物水化鋁酸鹽相及其衍生物反應(yīng)生成低溶性的單氯鋁酸鈣3CaO.Al2O3.CaCl2.10H2O，即所謂Friede鹽[1]，稱為Cl-的化學(xué)結(jié)合；另一種是被吸附到水泥水化產(chǎn)物中或未水化的礦物組分中，稱作Cl-的物理吸附；第三種是Cl-以游離的形式存在于混凝土的孔溶液中，被混凝土組分材料結(jié)合的Cl-基本上不會(huì)對(duì)鋼筋構(gòu)成危害，只有殘留在混凝土孔隙液中的游離Cl-才會(huì)對(duì)鋼筋造成破壞。因此,混凝土對(duì)Cl-的結(jié)合能力顯得尤其重要。目前雖然有關(guān)混凝土組分材料對(duì)Cl-結(jié)合能力的研究論文較多，但就礦物功能材料本身對(duì)Cl-的結(jié)合能力機(jī)理方面的研究很少，故本文對(duì)此進(jìn)行了專門研究。本文在參考了大量資料的情況下，對(duì)粉煤灰摻入混凝土后對(duì)Cl-結(jié)合的機(jī)理進(jìn)行了研究。

1試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1原材料

水泥：湖南湘鄉(xiāng)水泥股份有限公司生產(chǎn)，強(qiáng)度等級(jí)為42.5普通硅酸鹽水泥；粉煤灰：湖南湘潭電廠生產(chǎn)的風(fēng)選I級(jí)粉煤灰，其物理性質(zhì)見表2；硅灰：西北鐵合金廠生產(chǎn)；砂：湖南湘江河砂，中砂，細(xì)度模數(shù)為2.7，II區(qū)級(jí)配合格；外加劑：湘潭市潭建減水劑廠，TJ系列高效減水劑；水：蒸餾水。

試驗(yàn)用原材料化學(xué)組成見表1

1.2試驗(yàn)方法

由于對(duì)混凝土中Cl-的結(jié)合主要是由膠凝材料的水化產(chǎn)物及未水化的活性礦物組分所致，所以進(jìn)行FA對(duì)混凝土中Cl-結(jié)合性能機(jī)理研究時(shí)采用砂漿進(jìn)行。粉煤灰等量取代水泥分別為0%、20%、30%、40%、60%，水膠比0.35，齡期28d，并按GB177－85制成水泥砂漿，將砂漿放入φ5cm×7.5cm的PCV管中密封然后進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，以保持水灰比恒定，到28d齡期后取出砂漿磨細(xì)。用1.25mm和0.315mm的篩子收集粒徑在1.25mm－0.315mm之間的顆粒，先測(cè)出不同粉煤灰摻量的水泥砂漿的水化程度,然后進(jìn)行氯離子外滲法的試驗(yàn)。具體試驗(yàn)步驟及化學(xué)結(jié)合與物理吸附的計(jì)算方法詳見文獻(xiàn)。水化程度，由試驗(yàn)測(cè)得，即將平行試件在°C下烘至恒重，可得到未水化的自由水含量。由于采取密封養(yǎng)護(hù)，水灰比可認(rèn)為恒定，根據(jù)水灰比就可以計(jì)算出單位水泥的耗水量，假定單位水泥需水量為0.25。

2試驗(yàn)結(jié)果及分析

粉煤灰摻量對(duì)結(jié)合Cl-性能如圖1所示。由圖1可知，與不摻FA的基準(zhǔn)試件相比較，粉煤灰在20%～60%范圍內(nèi)時(shí)，砂漿對(duì)Cl-總結(jié)合量、化學(xué)結(jié)合量以及物理吸附量逐漸增加，這因?yàn)榉勖夯抑饕煞质腔钚訟l2O3和SiO2，作為摻合料加入水泥后，水泥熟料水化后生成的Ca(OH)2作為堿性激發(fā)劑激發(fā)粉煤灰水化，生成較多的水化鋁酸鹽相及其衍生物等水化產(chǎn)物并和Cl-反應(yīng)生成Friede鹽，這樣增強(qiáng)了砂漿對(duì)Cl-化學(xué)結(jié)合能力。但是當(dāng)FA摻量為20%、30%時(shí)，由于FA對(duì)Cl-的物理吸附能力低于基準(zhǔn)試件導(dǎo)致FA對(duì)Cl-總的結(jié)合量少于基準(zhǔn)試件，這種結(jié)果可能是由于粉煤灰摻量在20%～30%時(shí)，粉煤灰摻入對(duì)Cl-固化的正面效應(yīng)未能超過(guò)由于粉煤灰的摻入引起的28d時(shí)膠凝材料水化程度降低造成的單位質(zhì)量C-S-H凝膠較少所造成的負(fù)面效應(yīng)所引起的。

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