粉煤灰結合混凝土中氯離子機理的研究

摘要：通過試驗的方法對FA結合Cl-的機理進行的研究。試驗結果說明：粉煤灰作為摻合料等量取代部分水泥，能夠增強對氯離子的化學結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)生化學反應水化鋁酸鹽相及其衍生物，并通過改善混凝土孔結構與孔隙率來提高物理吸附能力，另外未水的粉煤灰顆粒由于其自身的特點，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間。

關鍵詞：機理；結合；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構破壞最重要的原因之一，這往往決定了混凝土結構的使用壽命，是混凝土結構耐久性的重要問題。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-的化學結合；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合的Cl-基本上不會對鋼筋構成危害，只有殘留在混凝土孔隙液中的游離Cl-才會對鋼筋造成破壞。因此,混凝土對Cl-的結合能力顯得尤其重要。目前雖然有關混凝土組分材料對Cl-結合能力的研究論文較多，但就礦物功能材料本身對Cl-的結合能力機理方面的研究很少，故本文對此進行了專門研究。本文在參考了大量資料的情況下，對粉煤灰摻入混凝土后對Cl-結合的機理進行了研究。

1試驗設計

1.1原材料

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

試驗用原材料化學組成見表1

1.2試驗方法

由于對混凝土中Cl-的結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，所以進行FA對混凝土中Cl-結合性能機理研究時采用砂漿進行。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管中密封然后進行標準養(yǎng)護，以保持水灰比恒定，到28d齡期后取出砂漿磨細。用1.25mm和0.315mm的篩子收集粒徑在1.25mm－0.315mm之間的顆粒，先測出不同粉煤灰摻量的水泥砂漿的水化程度,然后進行氯離子外滲法的試驗。具體試驗步驟及化學結合與物理吸附的計算方法詳見文獻。水化程度，由試驗測得，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，水灰比可認為恒定，根據(jù)水灰比就可以計算出單位水泥的耗水量，假定單位水泥需水量為0.25。

2試驗結果及分析

粉煤灰摻量對結合Cl-性能如圖1所示。由圖1可知，與不摻FA的基準試件相比較，粉煤灰在20%～60%范圍內時，砂漿對Cl-總結合量、化學結合量以及物理吸附量逐漸增加，這因為粉煤灰主要成分是活性Al2O3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-反應生成Friede鹽，這樣增強了砂漿對Cl-化學結合能力。但是當FA摻量為20%、30%時，由于FA對Cl-的物理吸附能力低于基準試件導致FA對Cl-總的結合量少于基準試件，這種結果可能是由于粉煤灰摻量在20%～30%時，粉煤灰摻入對Cl-固化的正面效應未能超過由于粉煤灰的摻入引起的28d時膠凝材料水化程度降低造成的單位質量C-S-H凝膠較少所造成的負面效應所引起的。

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