摘要：采用ASTM C 1202 的方法对混凝土抗氯离子渗透性能的影响因素进行了研究。结果表明，混凝土抗Cl-的渗透能力随水灰比降低而提高，但水灰比降低不能有效提高混凝土的抗渗性能；FA、SF的掺入能有效提高混凝土抗Cl-渗透能力，在一定范围内随FA掺量的增加，混凝土的抗渗性能提高； FA与SF复合配制的混凝土抗Cl-渗透的能力较好，在相同矿物掺合料掺量的条将下，SF与FA双掺比单掺FA对提高混凝土抗Cl-渗透能力效果都好，所以，适量的SF与FA双掺是提高抗Cl-渗透混凝土的有效途径之一。
关键词：混凝土，渗透性，氯离子，矿物掺合料
1．引言
氯离子入侵是引起混凝土中钢筋锈蚀的重要原因，往往决定了混凝土结构的使用寿命，是混凝土耐久性的重要问题[1]。传统混凝土抗渗性的试验测试采用GBJ82－85 方法，但该方法不能适应现代混凝土（特别是高强、高性能混凝土）渗透性的评价。当混凝土密实程度较高时，传统的检测方法难以评价其渗透性，如在水渗透检测方法下渗水高度很小甚至不渗水的混凝土，氯离子等促使钢筋发生锈蚀的有害介质却能在其中传输。
目前评价Cl-在混凝土中渗透的方法很多，包括自然迁移的方法、电迁移的方法等等，其中ASTM C 1202 (AASHTOT277)由于被定为标准，也就成为具有权威性的方法，并被广泛应用。但是，由于各种方法都有其局限性，所以这两种标准方法的使用范围应与在与长期氯化物渗透试验方法(如AASHTOT 259)之间建立起相关性的混凝土中,并要谨慎使用试验结果,特别是用于质量控制和验收时，应定性地使用表3 中的几个级别，也就是说，用ASTM C 1202(AASHTOT277)标准所测的混凝土6h库仑电量作为各种不同混凝土之间的定性比较的效果要好于定量比较的效果[2，3]。之所以推荐定性而不是定量评价，原因之一是影响混凝土导电量的因素与影响其Cl-渗透性的因素并不完全相同，有时差别还很大[2]。本文通过试验研究了水灰比、粉煤灰、硅灰和龄期等因素对混凝土抗氯离子渗透性能的影响，以期定性的配制出具有高抗氯离子渗透性能的高性能混凝土。
2. 原材料及试验方法
2.1 原材料
砂：湖南湘江河砂，中砂，细度2.7，级配合格；石子：湖南长沙市郊产5～25mm 碎石，压碎指标7.8%；减水剂：湘潭市潭建减水剂厂，TJ 系列高效减水剂；水泥：P.O 42.5(普硅) 湖南湘乡水泥股份有限公司；粉煤灰：湖南湘潭电厂I 级粉煤灰，硅灰：西北铁合金厂生产；水泥、粉煤灰和硅灰化学成分见表1，混凝土配合比见表2。
2.2 试验方法
本试验采用ASTM C 1202 直流电量法[4]。根据配比先成型150mm×150mm的试块，标准养护，然后切割成Ф100mm×50mm混凝土试件，按照ASTM C 1202 方法测试其6 小时通过的库仑电量。
3 试验结果及讨论
3.1 水灰比的影响
不同水灰比对混凝土抗Cl－渗透的影响见图2 所示。由图2 可知：随着水灰比降低，混凝土6h库伦电量降低，水灰比由0.5 降为0.3 时，混凝土6h库伦电量减少了2.28 倍。试验结果说明降低水灰比可以提高混凝土抗Cl－渗透性能[5，6]。这是因为水灰比降低，混凝土中自由水量减少，混凝土孔隙率降低，密实程度提高。但当水灰比降至0.3 时，混凝土6h库仑电量位于1000～2000 库仑之间，Cl－在混凝土中的渗透性据表3 评价为“低”等，且0.3、0.35、0.4、水灰比的6h库仑电量都在1000～2000 库仑之间，这说明单纯采用降低水灰比的措施并不能有效提高混凝土抵抗Cl－渗透能力，即抵抗Cl－渗透的等级仍未改变。有研究表明[7]：当水灰比低于0.3 时，混凝土扩散系数对水灰比变化不敏感。
3.2 粉煤灰掺量的影响
图3 为粉煤灰掺量对混凝土抗Cl－渗透性的影响。由图3 可知：粉煤灰等量取代部分水泥能较大幅度降低混凝土6h库仑电量，且随粉煤灰掺量增加（20%～40%），混凝土6h库仑电量呈递减趋势，较不掺粉煤灰的混凝土抗Cl－渗透能力提高1～2 个等级。粉煤灰掺量由0增加到40%时，6h内通过混凝土试件的库仑电量呈明显的降低，即抗Cl－渗透的能力显著增强，这主要因为粉煤灰的密实填充效应和火山灰效应，降低了混凝土孔隙率以及改善了孔隙特征,有效地延长了毛细孔通道，从而提高粉煤灰混凝土抗Cl－渗透性能[9]。另外粉煤灰掺量达到60%时，粉煤灰混凝土28d抗Cl－渗透的能力有所下降，这主要是因为粉煤灰掺量较大时，28d水泥水化程度仍较低，经过测试粉煤灰掺量为60%的混凝土28d时，水化程度仅为34%，二次水化反应进行比较缓慢，混凝土中还有大量未水化的粉煤灰颗粒，混凝土内部结构不够密实，因此混凝土抗Cl－的渗透性能有所下降，但比不掺粉煤灰的混凝土，其抗Cl－的渗透能力还是要高出一个等级。
3.3 硅灰的影响
图4 为硅灰对混凝土抗Cl－渗透性的影响。由图4 可知，硅灰的掺入能有效提高混凝土抗Cl－渗透的能力。当硅灰掺量仅为5％时，混凝土的抗渗等级就已将到表3 的“极低”。这可能是因为硅灰是一种极细小的颗粒，在水泥水化过程中能生成稳定具有胶结能力的水化硅酸钙凝胶[8]。硅灰等量取代部分水泥后可以提高混凝土硬化水泥浆基体的密实性能及改善混凝土浆体与骨料之间的界面区[1，9]。在硬化混凝土中，由于硅灰几何形状和尺寸的特殊性，使得它能有效地填充水泥颗粒间空隙，从而使水泥颗粒堆积更紧密、分布更均匀。同时由于火山灰作用将水泥水化生成的Ca(OH)2晶体转化为C-S-H凝胶，进一步改善混凝土的密实程度。硅灰掺入可以显著减少界面区的泌水，密实堆积在骨料表面，防止Ca(OH)2大晶体的增长。与不掺硅灰的混凝土相比，界面区晶体量和孔隙率均减少，孔隙率梯度几乎消失。界面区Ca(OH)2晶体、钙矾石和孔隙数量减少，结构主要组分是密实的C-S-H凝胶，界面区结构和基体的密实度相同，界面区厚度也变小，所以掺硅灰的混凝土界面过渡区性能因微细粉末填充作用而得到较好的改善。
3.4 硅灰与粉煤灰复合对混凝土抗氯离子渗透性能的影响
图5 为硅灰与粉煤灰复合对混凝土抗Cl－渗透性的影响。由图5 可知：在矿物掺合料总量相同的情况下，硅灰与粉煤灰复合的混凝土较单掺粉煤灰的混凝土，混凝土6h库仑电量降低；在硅灰掺量一定的条件下，硅灰与粉煤灰复合的混凝土较单掺硅灰混凝土，混凝土6h库仑电量下降，这说明硅灰与粉煤灰复合是配置是配制高抗Cl－渗透混凝土的有效途径之一。硅灰掺量为10%，粉煤灰掺量为10%、20%、30%的混凝土，比硅灰掺量为5%，粉煤灰掺量为15%、25%、35%的混凝土6h库仑电量分别降低1.33 倍、1.24 倍、1.45 倍。无论是5%还是10%的硅灰与粉煤灰复合，当粉煤灰掺量较小时（小于20%），混凝土6h的库仑电量下降的都不太明显，这说明适量的粉煤灰与适量的硅灰复合使用时，粉煤灰与硅灰才能充分发挥各自的特点，配制出抗Cl－渗透能力较强的高性能混凝土。
试验还比较了矿物掺合料总量对混凝土抗Cl-渗透性的影响，见图6 所示。由图6 可知，单掺FA、5%SF与FA双掺、10%SF与FA双掺的混凝土中，矿物掺合料总量均为20%、30%、40%，但是其抗Cl-渗透性的能力高低却是，10%SF与FA双掺的混凝土最好，5%SF与FA双掺次之，单掺FA最差，这也进一步说明了，适量的SF与FA双掺是提高混凝土抗Cl-渗透性的有效方法。
3.5 龄期的影响
图7 为龄期对混凝土抗Cl－渗透性的影响。由图6 可知，随着龄期的增加，两种混凝土6h的库仑电量都下降， 28d、56d时空白混凝土6h库仑电量较3d下降了2.22 倍和2.56 倍；28d、56d时粉煤灰混凝土6h库仑电量较3d下降了6.14 倍和9.68 倍，可见粉煤灰掺量为30%的混凝土6h的库仑电量随龄期下降的趋势比空白混凝土要快。粉煤灰混凝土3d时库仑电量比空白混凝土3d的库仑电量大的多，这主要是因为，在水化早期粉煤灰的火山灰效应不明显，粉煤灰几乎不参加水化反应，胶凝材料的水化程度较低经测试只有33.1%，因此混凝土中的水化产物较少，孔隙率较大，抗渗能力较差。而空白混凝土3d的水化程度较粉煤灰混凝土的大经测试已有46.01%，相对来说混凝土中的水化产物就多，这样3d时空白混凝土的6h库仑电量比粉煤灰混凝土的低。但是，随着龄期的增加，粉煤灰在混凝土中的二次水化反应开始进行，粉煤灰的火山灰效应逐渐体现出来，水化产物增多，混凝土变得密实，能够较多的结合Cl－，所以28d时粉煤灰混凝土的6h库仑电量就比空白混凝土少，掺30%粉煤灰的混凝土大约18 天以后，抗Cl－的渗透能力就能够超过空白混凝土。空白混凝土虽然随龄期库仑电量也在下降， 56d时混凝土6h库仑电量仍然达到了1470.42 C，在表3 评价为“低”等；但是粉煤灰混凝土在56d时混凝土6h库仑电量只有507.84 C，在表2 评价为“极低”等。这也充分说明了，粉煤灰混凝土的抗渗能力要大大的优于空白混凝土，且随时间的增加，这 种优势将更加明显。
4 结论
1．降低水灰比能提高混凝土抗Cl-渗透性能，但单纯通过降低水灰比并不能配制出抗Cl-渗透能力好的高性能混凝土。
2．在一定掺量范围内，单掺粉煤灰和单掺硅灰能有效提高混凝土抗Cl-渗透性能。
3．硅灰与粉煤灰复合配制的混凝土抗Cl－渗透性能较好， 但是要选择适量的硅灰与适量的粉煤灰复合，FA与SF双掺是配制高抗Cl－渗透混凝土的有效途径之一。
4．随龄期的增加，普通混凝土与粉煤灰混凝土抗Cl-渗透性能都提高，但是粉煤灰混凝土提高的幅度较大。
参考文献
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