新型混凝土表面防护材料的研究_马保国

DOI:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2017.07.001
New Type Surface Protection Materials for Concrete
MA Baoguo1 ， QI Huahui1 ， MEI Junpeng1 ， LI Hainan2 ， LIU Xiaohai1 ， JIANG Wenbin1
Mortar mix proportion
2． 3
测 试 2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准 》 实验按照 GB / T 50082中的《快速氯离子迁移系 ， D ＲCM 由式 （ 1 ） 计算， 数法》 测试覆有防护层混凝土的氯离子扩散系数 ， 并依据 ＲCM 法评价混凝土渗透性参
表 1 水泥、 粉煤灰和硅灰的化学组成 Chemical composition of cement， fly ash and silica fume
水泥 / wt% 21． 99 5． 92 3． 26 58． 64 1． 98 0． 74 0． 27 0． 4 2． 6 3． 5 硅灰 / wt% 96． 6 0． 41 0． 49 0． 23 0 0． 70 0． 26 0 0 0． 7 粉煤灰 / wt% 52． 51 30． 78 3． 42 4． 35 0． 54 1． 01 0． 38 1． 65 1． 79 2． 47
第 36 卷 第 7 期 2017 年 7 月
硅
酸
盐
通
报
BULLETIN OF THE CHINESE CEＲAMIC SOCIETY
Vol． 36 No． 7 July， 2017
新型混凝土表面防护材料的研究
1 1 1 2 1 1 马保国 ， 戚华辉 ， 梅军鹏 ， 李海南 ， 刘晓海 ， 姜文斌
1
引
言
氯离子的侵蚀破坏是使海工混凝土结构遭受破坏的一个主要方式 。 氯离子侵蚀使混凝土的耐久性不
05 ） 基金项目：“十三五” 国家重点研发计划 （ 2016YFC0701003）， 教授． 主要从事硅酸盐建筑材料研究． 男， 博士， 作者简介： 马保国（ 1957通讯作者： 戚华辉， 硕士．
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Abstract： In the experiment，nanoSiO2 ，silica fume and fly ash were respectively used as mineral additive to modify cementbased materials，forming a protective layer on the surface of concrete． To explore the improvement mechanism of these additives，the chloride diffusion coefficient was determined by rule ＲCM and through SEM，XＲD and DSC ，the composition of modified cementbased materials ＇ hydration products was studied，as well as its micro structure． The result suggestes that the mortar protective layer on the surface of concrete enhanced its ability to resist chloride ion erosion by 56． 75% ， and with the addition of fly ash，silica fume and nanoSiO2 ，their improvement effects are more obvious， meanwhile，their improvement ability is increased in turn． Fly ash increases cement stone＇s compactness with its micro aggregate effect and filling effect，while nanoSiO2 and silica fume facilitate cement ＇s hydration and generate second hydration ， thus enhance its resistance to chloride ion erosion． The research finding shows that using ceramic mineral admixture for modification to form a protective layer can significantly enhance concrete＇s resistance to chloride ion erosion ，laying the foundation of further study about the exterior protective system of ceramic coagulation body． Key words： chloride ion erosion； mortar protective layer； nanoSiO2 ； silica fume； fly ash
图1 Fig． 1
粉煤灰 SEM 照片 SEM image of fly ash Fig． 2
图2
粉煤灰与水泥粒度分布图
Particle size distribution diagram of fly ash and cement
Tab． 1
组分 SiO2 Al2 O3 Fe2 O3 CaO MgO K2 O Na2 O TiO2 SO3 LOI
第7 期ຫໍສະໝຸດ Baidu
马保国等： 新型混凝土表面防护材料的研究
2169
2． 2
试样制备
实验测试所用混凝土本体保持不变 ， 配合比如表 2 所示。保护层砂浆配合比如表 3 所示。 24 h 脱模后置于标准养护室进行养护。 养护 28 d 后在混凝 混凝土采用 100 mm ˑ 200 mm 试模成型， 24 h 脱模后置于标准养护室的水池中养护 。 土表面浇筑改性砂浆， 形成防护涂层， ＲCM 测试所采用的标准试件尺寸直径为 （ 100 ʃ 1 ） mm， 高度 h = （ 50 ʃ 2 ） mm。在实验测试的前 7 d， 用切割机对试样进行加工， 切割出厚度为 50 mm 的标准试样， 然后继续浸没于水中养护至龄期。 测试所用 的标准试件由 45 mm 厚的混凝土本体加上 5 mm 厚的砂浆层组成。 取 28 d 的砂浆试样， 劈裂并选取样品中间部分， 挑选表面状况良好的块状试样用于 SEM 测试。DSC 及 XＲD 分析采用净浆试样， 净浆试样除不含砂子外， 配合比与砂浆试样一致， 实验前需将净浆试样用乙醇溶液终 止水化， 并在玛瑙研钵中粉磨， 取通过 200 目过滤筛的粉末样品， 然后置于 60 ħ 的真空干燥箱中干燥 24 h。
（ 1． 武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室 ， 武汉 430070 ； 2． 武汉纺织大学， 武汉 430200 ）
摘要： 以纳米 SiO2 、 硅灰、 粉煤灰作为矿物掺和料对水泥基材料进行改性 ， 形成混凝土表面防护层 。 利用 ＲCM 法测 XＲD、 DSC 等手段研究改性水泥基材料的水化产物组成及微观结构 ， 定氯离子扩散系数， 并通过 SEM、 分析改善机 。 ： 56． 75% ， 理 结果表明 混凝土表面砂浆防护层能将混凝土抗氯离子侵蚀能力提升 并且这种提升效果随着粉煤 灰、 硅灰、 纳米 SiO2 的掺入更加明显， 且其提升能力依次增加 ； 粉煤灰依靠其微集料效应及填充效应 ， 增强了水泥石 的密实程度； 纳米 SiO2 、 硅灰依靠其火山灰活性促进水泥的水化并产生二次水化 ， 进而提升抗氯离子侵蚀能力 。 研 究结果说明了利用无机矿物掺合料对水泥基材料进行改性形成防护层可明显提升混凝土的抗氯离子侵蚀能力 ， 为 进一步研究无机混凝土表面防护体系提供了研究基础 。 关键词： 氯离子侵蚀； 砂浆保护层； 纳米 SiO2 ； 硅灰； 粉煤灰 中图分类号： TU528． 044 文献标识码： A 1625 （ 2017 ） 07216706 文章编号： 1001-
表3 Tab． 3
组别 1 2 3 4 5 6 水泥 / （ kg / m3 ） 900 720 855 891 873 855 砂 / （ kg / m3 ） 1350 1350 1350 1350 1350 1350 粉煤灰 / （ kg / m3 ） 0 180 0 0 0 0
砂浆层配比
硅灰 / （ kg / m3 ） 0 0 45 0 0 0 纳米 SiO2 / （ kg / m3 ） 0 0 0 9 27 45 水 / （ kg / m3 ） 315 315 315 315 315 315 减水剂 /% 0 0 0 2． 55 6． 3 10
［34 ］ 。目前关于混凝土防护涂层的研究多 离子向混凝土内部的渗入， 使混凝土获得较高的抗氯离子侵蚀能力 ［5 ］ 数集中于有机防护涂层或利用有机材料改性而形成防护层 。例如： Swamy 等 研究了丙烯酸酯涂层对混凝 ［6 ］ 土中氯化物渗透及碳化所起的作用； Azim 等 对新型丙烯酸环氧改性涂层进行了相关的实验， 并对其防 － Cl 渗透性、 防水性进行了研究。 而采用无机矿物改性水泥基材料作为混凝土表面的防护层， 目前研究较
表2 Tab． 2
水泥 / （ kg / m3 ） 280 水 / （ kg / m3 ） 170
混凝土配合比
砂 / （ kg / m3 ） 820 石 / （ kg / m3 ） 1040 外加剂 / % 1． 25
Concrete mix proportion
粉煤灰 / （ kg / m3 ） 80
少。 本实验采用纳米 SiO2 、 硅灰、 粉煤灰作为矿物掺合料对水泥基材料进行改性 ， 将其涂覆于混凝土表面， XＲD、 DSC 等测试手段分析其影响机 形成防护层， 研究其对混凝土抗氯离子侵蚀能力的影响 。并通过 SEM、 理。为进一步研究无机混凝土表面防护体系提供了一定的研究基础 。
2
2． 1
实
原
验
料
2 实验所用原材料为： 华新水泥有限公司生产的 P·O 42． 5 水泥， 比表面积为 350 m / kg； 贵州省遵义铁合 2 SiO2 含量为 95． 02% ， 金厂提供的硅灰， 此硅灰粒径为 0． 5 1 μm 的占 82． 13% ， 比表面积 20． 93 m / g； 武汉
2005 的Ⅱ级粉煤灰（ FA） ， 阳逻电厂生产的符合 GB 1596粉煤灰与水泥粒度分 粉煤灰 SEM 照片如图 1 所示， 布如图 2 所示； 德固赛公司生产的纳米 SiO2 ， 平均粒径为 20 nm； 水泥、 硅灰、 粉煤灰的主要化学组成如表 1 所示。细度模数为 2． 7 的中粗河砂； 巴斯夫（ 中国） 有限公司生产的 2651F 聚羧酸减水剂。
专题论文
硅 酸 盐 通 报
第 36 卷
足， 无法达到所预计的服役年限， 每年均会给世界各国造成大量的经济损失 ， 并且会产生大量的建筑垃圾， 破 ［12 ］ 。如何解决好混凝土的耐久性问题， 坏社会经济与自然的协调发展 采取一定的防护措施提高海工混凝土 的抗氯离子侵蚀能力， 目前已经成为相关领域的研究热点之一 。 大量的研究表明： 在混凝土表面喷涂防护材料能够在混凝土的表层上形成一层障碍 ， 从而有效的阻碍氯
（ 1． State Key Laboratory of Silicate Materials for Architectures， Wuhan University of Technology， Wuhan 430070 ， China； 2． Wuhan Textile University， Wuhan 430200 ， China）