海工高性能混凝土抗氯离子渗透性能研究

注：粉煤灰为内掺，硅粉、矿渣的掺量均为水泥与粉煤灰重量之和的百分数。

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　　原材料因素改变导致砂浆性能变化并不明显 。

　　掺合料复掺抗氯离子渗透性能比单掺外加剂组高4~7倍，证明矿物掺合料是使混凝土具有优良抗氯离子渗透性能的主要因素。

不同外加剂品种对高性能砂浆性能的影响

注：电导值越大，氯离子渗透速度越快，混凝土抵抗氯离子渗透性能越差。

　　综合考虑减水、增强、抗氯离子渗透能力等因素后采用外加剂N-32进行后续混凝土试验 。

不同粉煤灰掺量对高性能砂浆性能的影响

不同硅粉掺量对高性能砂浆性能的影响

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不同矿渣掺量对高性能砂浆性能的影响

　　粉煤灰掺量从10%~15%，砂浆电导变化不大，强度随掺量的增加而增加；随着硅粉掺量的增加，砂浆电导明显减小，强度逐渐增加；磨细矿渣的掺量从3.5%增加到11.5%，砂浆电导变化不大，强度相近。

　　综合考虑各变量因素对砂浆的强度及电导性能的影响及相关规范对水灰比的要求后，最终选择粉煤灰掺量15%，硅粉掺量8.5%~10%，磨细矿渣掺量5%，外加剂N-32并以水灰比0.45为基准混凝土，进行海工高性能混凝土的性能试验。

海工高性能混凝土的物理力学性能

　　混凝土试验用原材料

　　水泥：中国水泥厂生产的石城牌42.5普通硅酸盐水泥；
　　硅粉：湖北丹江口硅粉，活性二氧化硅含量为92.8%；
　　粉煤灰：南京热电厂Ⅰ级灰；
　　磨细矿渣：武钢产，细度为8000cm2/g；
　　砂：河砂，表观密度2630kg/ m3，细度模数2.33；
　　石：碎石，表观密度2810kg/ m3，二级配，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为0，含气量为3.15～3.35%，初凝时间延缓1小时44分～1小时52分，终凝时间延缓1小时42分～2小时22分。

掺硅粉、粉煤灰、矿渣海工高性能混凝土的物理力学性能

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　　特点：配制的掺硅粉、粉煤灰、矿渣混凝土具有早强、高强特性。与水灰比0.45的普通对比混凝土相比，混凝土抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度、抗压弹模、轴心抗压强度、抗冲磨强度都有大幅度提高。

抗氯离子渗透性能

　　检测混凝土抗氯离子渗透性能的常用方法有快速法和慢速法两种 。

　　快速法是通过对混凝土试件外加电场并比较在电场作用下氯离子透过混凝土试件的难易程度来判定混凝土的抗氯离子渗透性能，如ASTM C1202-97和《水运工程混凝土试验规程》（JT270-98）7.9条。

　　慢速法（盐水浸泡法）是将混凝土试件长期浸泡在NaCl溶液中，定期测量试件不同深度的氯离子含量并由此计算混凝土的氯离子扩散系数。以该系数的大小来判别混凝土的抗氯离子渗透性能

　　电导法

　　基本原理 ：氯离子在直流电压作用下，能透过混凝土试件向正极方向移动。测量流过混凝土试件的电荷量或电导，能反映出透过混凝土的氯离子总量。

海工高性能混凝土的抗氯离子渗透性能

　　盐水浸泡法

　　试验方法：在20±3 ℃水中养护28天。试件在空气中晾干，将五个表面用环氧树脂封闭，仅留一侧面用作外界氯离子渗透面。环氧树脂固化后，试件先浸自来水饱水，后浸泡于3.5%NaCl溶液。浸泡一定龄期后，取出试件用自来水冲去表面盐水，钻取不同深度混凝土的粉末样，测定其水溶性和酸溶性氯离子含量。

共掺海工高性能混凝土的氯离子渗透试验结果

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　　掺硅粉、粉煤灰、磨细矿渣海工高性能混凝土不同深度的氯离子含量均低于普通混凝土，且减少的幅度随深度递增。以水溶性氯离子含量为例，表层0~10mm处，共掺混凝土为普通混凝土的41%~56%，第二层降至18%~27%，从第三层开始，共掺混凝土的氯离子含量基本上恒定在一微量值。

　　共掺混凝土氯离子结合量均大于普通混凝土，胶凝材料能够结合更多的氯离子，混凝土孔隙中对钢筋起锈蚀作用的游离氯离子量相应减少，因而具有更高的抗氯离子渗透性。 

混凝土耐久性年限推算

掺硅粉、粉煤灰、磨细矿渣海工高性能混凝土钢筋锈蚀启动年限

注：设混凝土保护层厚度为6.5cm

　　共掺混凝土中氯离子有效扩散系数仅为普通混凝土的26%~28%，其中的钢筋锈蚀启动年限为38.3年~41.2年，为普通
混凝土的3.5~3.8倍。

结    论

　　砂浆试验表明，原材料因素改变导致性能变化并不明显，即非主要因素；但是否掺矿物掺合料非常重要，共掺组抗氯离子渗透性能比单掺外加剂组高4~7倍，证明矿物掺合料是使混凝土具有优良抗氯离子渗透性能的主要因素。

　　砂浆试验显示：粉煤灰掺量从10%~15%，砂浆电导变化不大，强度随掺量的增加而增加；随着硅粉掺量的增加，砂浆电导明显减小，强度逐渐增加；磨细矿渣的掺量从3.5%增加到11.5%，砂浆电导变化不大，强度相近。

　　设计的掺硅粉、粉煤灰、磨细矿渣海工高性能混凝土与普通混凝土相比，新鲜混凝土具有不泌水、缓凝的特点；硬化混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度、抗压弹模、轴心抗压强度、抗冲磨强度都有大幅度提高。

　　电导法测得的掺硅粉、粉煤灰、磨细矿渣海工高性能混凝土的相对氯离子渗透系数仅为普通混凝土的8%~9%。

　　盐水浸泡法测得的掺硅粉、粉煤灰、磨细矿渣海工高性能混凝土的氯离子渗透系数为普通混凝土的26%~28%。 

　　根据费克定律的计算结果，当混凝土保护层厚度为6.5cm时，掺硅粉、粉煤灰、磨细矿渣海工高性能混凝土中钢筋锈蚀启动年限为38.3~41.2年，约为普通混凝土的4倍。

　　掺硅粉、粉煤灰、磨细矿渣海工高性能混凝土的抗氯离子渗透性能远优于普通混凝土，在海洋环境下必然具有更优异的耐久性。