配合比对海工混凝土耐久性影响的试验研究

配合比对海工混凝土耐久性影响的试验研究

[摘要] 相当数量的海工混凝土结构因为耐久性不足而达不到

预定服役年限，而氯离子是“罪魁祸首”。目前，矿物掺加料对于提高混凝土的抗渗性，尤其是提高抗氯离子扩散性能有着显著效果。文章结合具体实验，研究了矿物掺合料对混凝土强度的影响和氯离子扩散系数随矿物掺合料掺量的变化规律，并探讨矿物掺合料的最优掺量问题，为海工混凝土配合比设计提供了一些建议。

[关键词] 海工混凝土矿物掺合料氯离子扩散系数配合比设计[abstract] a considerable number of marine concrete structures because of insufficient durability and reach the scheduled service time, while the chloride ion is the “culprit”. at present, the mineral admixture materials to improve the impermeability of concrete, in particular, is to improve the resistance to chloride ion diffusion properties have a significant effect. based on specific experiments studied the influence of mineral admixtures on the strength of concrete and chloride ion diffusion coefficient variation with the mineral admixture content, and to explore the optimal dosage of mineral admixtures for marine concrete with than the design of a number of recommendations.

[key words] marine concrete, mineral admixture, the chloride

ion diffusion coefficient, mix design

1 概述

矿物掺合料的应用越来越广泛，被称为混凝土的“第四组分”[1]，而目前的配合比设计也主要集中在矿物掺加料上[2-4]。但是矿物掺合料的掺量是不是存在一个最优掺量，结果不得而知。另外，矿物掺合料对混凝土强度和氯离子扩散系数有怎样的影响，也是要研究的问题。

2 试验

2.1试验原材料

2.1.1 水泥

试验所用的水泥为烟台三菱水泥有限公司生产的42.5r级普通硅酸盐水泥。水泥的具体物理化学性能指标和强度指标分别见表2.1、2.2。

表2.1 水泥的物理化学指标

表2.2 水泥的强度指标

河砂，表观密度为2200 kg/m3。砂的细度模数为3.09，属于中粗砂，砂的颗粒级配符合jgj 53-92的要求。

2.1.3 石子

采用5-20mm的连续级配。堆积密度为1667kg/m3，比重为2.61。

实验前将石子冲洗干净，晾干。

2.1.4 水

采用自来水。

2.1.5 减水剂

yj2-1型早强减水剂，灰色固体粉末状，减水率达12%以上。

2.1.6 矿物掺加料

试验使用的粉煤灰（ⅲ级）为威海热电厂生产；矿渣为s95级，济南钢厂生产。粉煤灰和矿渣的具体性能指标见表2.3和表2.4所示。

表2.3 粉煤灰性能指标（ⅲ级）

表2.4 矿渣性能指标（s95级）

2.2试验配比设计

我国混凝土结构耐久性设计与施工指南中提到，粉煤灰和矿渣对混凝土耐久性能和强度的贡献受水胶比的影响较大，尤其是粉煤灰更为敏感。只有在低水胶比下（小于0.4或0.42），粉煤灰和矿渣的作用才能得以充分发挥而不是相反。

在参阅相关文献[5,6]后，决定拟研究试验的水胶比分别为0.35和0.4，实验中固定砂率38%，凝胶材料用量固定为460kg/m3,粉煤灰掺量分别为25%、30%和35%，矿渣掺量为50%、60%和70%。混凝土中掺用粉煤灰和矿渣都采用等量取代法。具体实验配合比见表

2.5。

表2.5 试验配合比方案

3 配合比对混凝土抗压性能的研究

将试验试件所测的强度与设计强度做比值分析，结果如图3.1和3.2所示。从图中可以看出以下规律：

（1）对于0.35水胶比的试件，在第7天时，除去纯水泥混凝土的强度能达到设计强度的83%，掺加粉煤灰和矿渣的试件强度基本都在70%左右，相差不大；第28天，掺加粉煤灰和矿渣的试件的强度略低于纯水泥的试件，但这种差别相比7天时要小，强度值能达到设计强度的90%左右；到60天时，掺加粉煤灰和矿渣的试件的强度增长幅度明显比纯水泥试件的大，纯水泥的试件增长幅度为12%，而掺加粉煤灰和矿渣的试件的增幅平均值分别为18.3%和21%（相比28天强度）。而且，在第28天和60天，对于掺加粉煤灰和矿渣的试件，强度值随着粉煤灰和矿渣掺量的增加而降低。

（2）对于0.4水胶比的试件，在第7天时，强度关系为：纯水泥混凝土>掺加粉煤灰的混凝土>掺加矿渣的混凝土>复掺粉煤灰和矿渣的混凝土。在第28天时，强度关系为：纯水泥混凝土>掺加矿渣的混凝土>掺加粉煤灰的混凝土。纯水泥混凝土和掺加粉煤灰的混凝土的强度增长幅度明显低于掺加矿渣和复掺粉煤灰和矿渣的混

凝土，并且对于掺加粉煤灰或矿渣的试件，强度依然随着粉煤灰和

矿渣掺量的增加而降低。到第60天时，掺加粉煤灰和矿渣的试件强度增幅明显大于纯水泥混凝土，并且强度值与纯水泥混凝土的基本持平。

图3.10.35水胶比试件强度柱状图

图3.20.4水胶比试件强度柱状图

（3）综合两图不难看出，在第28天时，纯水泥混凝土试件的强度值均能达到设计值的95%左右，后期的增幅不大，基本可以认为28天就能达到其设计强度。而掺加粉煤灰和矿渣的试件，28天的强度值明显低于设计强度，最低的仅达到82%左右，最高的也只有92%。而从28天到60天的时间内，掺加粉煤灰和矿渣的试件的强度增幅很大，在第60天时均能达到设计强度，有的甚至超出设计强度10%。原因是掺加粉煤灰和矿渣的混凝土水化速度较慢，对于早期的混凝土强度贡献不大，而后期随着胶凝材料的不断水化，强度值增长较快。

通过实验结果可以发现，28天混凝土强度的验收期限不足以表征粉煤灰和矿渣对混凝土强度的影响，应延长为60天或更长，这一结果与矿物掺加料在混凝土和砂浆中应用技术规程中的规定一致。

4 配合比对氯离子扩散系数影响的研究

采用nel-vj型混凝土真空饱水饱盐设备对试件进行24小时的饱盐，实验设备如图4.1所示。饱完盐之后用nel-pdr法测其氯离子扩散系数，实验装置示意图如图4.2所示。