关键词:HSLC 氯离子渗透 预湿程度 低吸水率 界面过渡区
0引言
大量钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土构筑物由于钢筋锈蚀而导致破坏的现象已屡见不鲜，不仅带来巨大损失，也严重影响混凝土建筑物的正常使用。氯离子是造成混凝土中钢筋锈蚀的主要原因之一，氯离子的存在会破坏混凝土中钢筋的钝化膜，加速钢筋锈进程，降低结构使用寿命[1][2]。因此，抗氯离子渗透性能是影响混凝土结构耐久性的重要因素之一。
高强轻集料混凝土（HSLC）具有轻质、高强、保温隔热等一系列优良性能，已在桥梁、石油平台、高层建筑等方面得到广泛应用[3][4]。但轻集料（陶粒）属多孔材料，自身结构疏松多孔，且多为连通孔。采用高吸水率陶粒（1h吸水率大于5%）配制的中低强度轻集料混凝土，预湿处理在改善混凝土拌合物工作性的同时对其强度和耐久性有明显不利影响。对采用低吸水率页岩陶粒配制的高强轻集料混凝土来说，预湿处理对其抗氯离子渗透性能的影响如何则报道较少。本文主要研究了预湿处理对高强轻集料混凝土抗氯离子渗透性的影响以及水泥石—陶粒界面过渡区的结构组成情况。
1试验原材料
水泥：重庆拉法基水泥厂生产的42.5R级普通硅酸盐水泥（P.O42.5R），化学成分见表1。
粗集料：湖北宜昌宝珠产碎石型高强页岩陶粒，其性能见表2。
细集料：混合砂，其中特细砂为重庆渠河砂，细度模数为1.1；机制砂为重庆歌乐山石灰石机制砂，细度模数为3.7，特细砂:机制砂＝5:5（质量比）。
泵送剂：北京高碑店产萘系RH-8高效减水剂，推荐掺量1%，减水率为20%。
2试验方案及结果分析
2.1试验配合比
本试验中高强轻集料混凝土设计强度等级为LC40和LC50，其净水灰比分别为0.35和0.33，体积砂率分别为40％和42％，试验配合比见表3。陶粒预湿处理采用自来水直接浸泡，预湿时间分别为0h、0.5h、1h和24h，其对应含水率分别为0％、3％、4％和4.5％，达到规定预湿时间后，将陶粒捞出置于竹筛上静置2分钟，然后进行混凝土拌制。各组混凝土初始坍落度控制在200±20mm，混凝土拌合物性能和28d强度见表3。
表3 混凝土配合比
2.2试验方法
抗氯离子渗透试验按ASTMC 1202-97试验方法[5]进行。首先制作150×150×150mm的混凝土试件，标准养护到规定测试龄期后钻芯Φ100mm×50mm的圆柱体芯样，然后按照ASTMC 1202-97试验方法测试混凝土试件6h总电通量，并对其抗氯离子渗透能力进行评价，评价标准见表4。
水泥石－集料界面过渡区采用SEM扫描电镜观测分析。选用与氯离子渗透试验同配合比混凝土制作100×100×100mm试件，成型一天后脱模，置于标准养护室内养护至规定龄期，测定试件强度，然后随机抽取粒度约1cm3的混凝土碎块，置于无水乙醇中48h以中止水泥水化，在60℃下干燥至恒重，取出试样，置于真空下镀膜，用电镜观测试样。
表4 混凝土导电量及其分类
2.3试验结果及分析
2.3.1预湿程度对HSLC氯离子渗透性的影响
试验结果表明，预湿处理对HSLC电通量有一定影响。由表3强度结果可知，随着预湿程度增加，HSLC抗压强度有所下降，但降低幅度不大。由图1、图2可以看出，陶粒经预湿处理后，两系列高强轻集料混凝土28d的6h总导电量和氯离子扩散系数均高于未预湿处理的基准混凝土。在LC40系列中，预湿1h的L3混凝土电通量最大，28d达2986C；LC50系列中，预湿0.5h的L6混凝土电通量最高，为2812C。随着龄期的增长，陶粒预湿处理对HSLC电通量的影响程度明显降低。由图1可看到，各组混凝土60d龄期电通量基本成一水平直线，说明预湿处理与否对HSLC后期电通量基本无影响；在图2中，除L6外，L7、L8混凝土60d龄期电通量都与基准L5相接近。
图1 预湿程度对LC40抗Cl－渗透性能的影响 图2 预湿程度对LC50抗Cl－渗透性能的影响
试验结果表明，对于采用低吸水率高强页岩陶粒配制的HSLC而言，预湿处理仅对混凝土早期抗氯离子渗透能力有一定程度不利影响，随龄期增加，该不利影响程度逐渐降低，预湿处理轻集料混凝土后期抗氯离子渗透能力与未预湿轻集料混凝土基本相当。因而笔者认为，在高强轻集料混凝土的实际应用中，若采用轻集料为低吸水率高强陶粒，则可忽略预湿处理可能对混凝土抗氯离子渗透性能造成不利影响这一问题。
2.3.2 SEM分析
试验选取表3中L5和L8配合比混凝土，借助SEM扫描电镜技术观察了不同预湿程度高强轻集料混凝土的水泥石－轻集料界面区形貌，从微观角度分析了预湿处理对高强轻集料混凝土抗氯离子渗透性的影响。
对比图3和图4可以看出，在早期（28d），轻集料经预湿处理的L8试样界面区水泥石结构较为疏松，致密程度比基准混凝土L5低；而在60d龄期时，L8陶粒界面水泥石的密实度及其与陶粒的结合状况都与L5的相当，无明显差别。分析其原因笔者认为是因为轻集料经24h饱水预湿后，在混凝土拌合物中的吸水能力不但大为减弱，并且极有可能出现陶粒在预湿阶段储蓄的水在成型早期返出的可能，因而导致陶粒界面水泥石局部水灰比高于采用干燥陶粒配制的混凝土，造成其水泥石密实度降低。随着水化的进行，水泥石内部形成大量微细孔隙，内部相对湿度降低，陶粒将逐渐释放出吸收的水以供水泥继续水化，由于预湿处理陶粒L8所储存的水较L5多（陶粒在水中的吸水能力显著高于其在混凝土拌合物中的吸水能力），其返水能力也更强，使陶粒界面处的水泥水化更加充分，弥补了因早期局部水灰比偏高导致的界面区水泥石密实度较低的缺陷。在宏观上则表现为预湿处理对HSLC抗氯离子渗透性能的影响：经不同程度预湿结构轻集料混凝土早期抗氯离子渗透能力较未预湿陶粒混凝土低，而后期则与未预湿陶粒混凝土相近或更高。
2.4预湿程度影响HSLC抗氯离子渗透性能机理分析
陶粒在混凝土中的“微泵效应”主要由“自真空”、“自密实”和“自润湿”、“自养护”两部分作用组成[6]。经预湿处理后的陶粒与未预湿处理陶粒比较，其在新拌混凝土中的吸水能力将不断降低，即“自真空”作用不断减弱。同时，经饱水预湿的陶粒在混凝土拌合物中极有可能出现不但不吸水反而释放出部分自由水的现象，因而使得沿陶粒表面向水泥浆体延伸的一定范围内的水灰比分布趋势与采用干燥陶粒时的分布情况相反，即在饱水陶粒表层一定范围内，由陶粒表面处水泥浆水灰比最大，越向水泥石方向延伸而逐渐减小，这与普通混凝土粗集料界面处水泥浆的水灰比分布趋势相同。因此，经预湿处理后，混凝土中界面过渡区的水灰比高于采用未经预湿处理陶粒的情况，其密实度大大降低，毛细孔等缺陷增多，为氯离子进入混凝土内部提供了渗透通道，且由于水化产物Ca(OH)2在界面过渡区的定向排列的增加，使得水泥石对氯离子渗透的物理阻滞作用也有所减弱。结果表现为图1和图2所示28d龄期电通量随预湿时间增加而增大。
尽管预湿处理会降低陶粒的“自真空”、“自密实”作用效果，但对其在混凝土后期的“自养护”作用影响却不大，因为“自养护”作用是陶粒内所含自由水，在水泥水化后期重新释放出来，供界面过渡区水泥石继续水化，从而提高混凝土后期的密实度。预湿处理让陶粒预先贮备水源，在水泥水化后期再缓慢释放出来，其相对弱于干燥陶粒混凝土的界面结构可能更有利于自由水的返出，为水泥石继续水化提供更多的水，从而弥补其早期水泥石结构疏松的缺点，使得后期混凝土抗氯离子渗透性能与采用干燥陶粒的混凝土基本相近。
3结论
综合上述试验研究得到以下结论：
（1）对于采用低吸水率高强页岩陶粒配制的HSLC而言，预湿处理仅对混凝土早期抗氯离子渗透能力有一定程度不利影响；随龄期增加，该不利影响程度逐渐降低，预湿处理轻集料混凝土后期抗氯离子渗透能力与未预湿轻集料混凝土基本相当。
（2）SEM分析表明，轻集料经预湿处理的HSLC早期（28d）界面区水泥石结构较为疏松，致密程度比未预湿基准HSLC低；而后期（60d）其陶粒界面水泥石的密实度及其与陶粒的结合状况都与基准HSLC相当，无明显差别。
参考文献
1 王媛俐．重点工程混凝土耐久性的研究与工程应用[M]．北京：中国建材工业出版社，2000：337-369
2 蒋林华.混凝土抗氯离子渗透扩散性研究[J].中国腐蚀与防护学报，2002，22（6）：343-348
3 丁建彤，郭玉顺，木村熏．结构轻骨料混凝土的现状与发展趋势[J]．混凝土，No.9.2000：23-26
4 Kok Seng Chia，Min-Hong Zhang. Water permeability and chloride penetrability of high-strength lightweight aggregate concrete [J] . Cement and Concrete Research,32(2002):639-645
5 ASTMC 1202-97，Standard Test Method for Electrical Indication of Concrete’s Ability to Resist Chloride Ion Penetration [S]
6 龚洛书，柳春圃．轻集料混凝土――混凝土现代技术丛书[M]．北京：中国铁道出版社．1996
