磨細火山巖對混凝土抗蝕性能的影響

王金鑫，苗永剛，石運中(海南華森建材銷售有限公司，海南 ?？?570100)

0 引言

粉煤灰作為一種工業廢棄物，其綜合利用方法被廣泛研究。隨著粉煤灰綜合利用技術的不斷發展與成熟，粉煤灰市場出現了供不應求的局面。在海南地區，由于地理環境與交通等因素的影響，該地區粉煤灰供應緊缺，很多企業不得不少用或不用粉煤灰，導致企業的生產成本增加。據研究，火山巖在一定條件下具有很高的水化活性，這點與粉煤灰的性能極其相似。但是由于技術及其他條件的限制，人們對火山巖的利用還停留在較低的水平，并沒有更深地開發出火山巖的工業應用潛質。怎樣將火山巖進行深度、合理地開發利用是亟待解決的問題。

1 實驗原材料及方法

1.1 實驗原材料

水泥：海南華盛天涯水泥有限公司生產的P.O 42.5普通硅酸鹽水泥，其性能指標以及化學組成見表1和表2。

表1 水泥的物理化學性能指標

表2 水泥的化學組成

粉煤灰：海南恒盛兆業環保有限公司生產的符合GB/T1596-2005標準的Ⅱ級粉煤灰；海南省?？谑行阌^文明村東山坡的火山巖。

粗骨料：?？诶戳蠄鎏峁┑?～25 mm碎石。

細骨料：?？谏贤蜕皥鎏峁┑姆螶GJ52-2006標準的Ⅱ區中砂。

外加劑：海南太和科技有限公司提供的聚羧酸高效減水劑。

水：自來水。

1.2 實驗方法

將火山巖磨成粉后，等量取代粉煤灰應用于混凝土中，設計L9(34)正交試驗，正交試驗因素水平見表3，研究不同粉磨時間、不同火山灰取代粉煤灰量(取代量)以及不同外加劑種類對混凝土抗海水蝕性能的影響。按照《混凝土耐久性檢驗評定標準》JGJ/T193進行試樣的制備與測試。對部分抗蝕試樣進行XRD和SEM分析，分析火山灰對混凝土抗蝕性能影響的機理。

表3 正交試驗因素水平表

2 實驗結果及討論

測試出試樣的抗蝕系數數據及極差分析見表4。

通過極差分析可以得出：因素A的極差RA= 0.156；因素B的極差RB=0.324；因素C的極差RC= 0.074。三個因素對混凝土的抗蝕性能影響順序從大到小為：RB＞RA＞RC。說明磨細的火山巖替代粉煤灰后，對混凝土抗海水侵蝕能力的影響最大，粉磨時間次之，外加劑的影響最小。對上述數據極差分析做折線圖，如圖1所示。從圖1中可以看出，隨著粉磨時間的增加，混凝土的抗海水侵蝕能力逐漸減弱，隨著火山巖磨細粉的取代量增加混凝土的抗海水侵蝕能力逐漸增強，聚羧酸類外加劑較其他兩類外加劑對混凝土抗海水侵蝕的能力提高更好。綜上，最優的實驗組合是A1B3C1。

圖1 不同因素下混凝土的侵蝕系數

正常情況下，隨著火山巖粉磨時間的增加，其粉磨后顆粒的細度越小，越有利于提高混凝土的抗海水侵蝕能力。而本實驗中，隨著粉磨時間的增加其對混凝土抗海水侵蝕能力卻產生了不利影響，因此對不同粉磨時間粉煤灰進行SEM和粒度分析，分析結果見圖2和圖3。

從圖2中可以看出，隨著火山巖粉磨時間的增加，粉磨后的10 μm顆粒雖然有所增加，但是40 μm到200 μm的顆粒含量也明顯增加，這是由于隨著粉磨時間的增加，火山巖被粉磨得更細，顆粒的表面能也逐漸增加，顆粒之間的團聚現象逐漸加強，從而使得40 μm到200 μm的顆粒含量增加。從圖3中也可以證實，粉磨60 min后的顆粒團聚現象明顯增多，而粉磨20 min的火山巖幾乎沒有顆粒團聚現象的出現。這也是隨著粉磨時間的增加火山巖粉末對混凝土的抗海水侵蝕出現不利影響的原因。

表4 L9(34)正交試驗抗蝕系數

圖2 火山巖粉磨20min和60min的粒度分析圖

圖3 火山巖粉磨20min和60min的SEM圖

對全部使用粉磨后火山巖的6號試樣和全部使用粉煤灰的4號試樣進行XRD分析，分析結果見圖4和圖5。

圖4 侵蝕試樣內部的XRD圖譜

圖5 侵蝕試樣外部的XRD圖譜

圖4是4號試樣和6號試樣經海水侵蝕后內部的XRD圖譜。從圖5中可以看出，6號摻加磨細火山巖的試樣中5CaO·6SiO2·5H2O和C2SH的衍射峰值明顯高于摻加粉煤灰的4號試樣，說明6號試樣中的水化產物較4號試樣的要多。并且，6號試樣中5CaO·6SiO2·5H2O和C2SH的衍射峰值的半高寬較4號試樣的要窄，這說明6號試樣中水化產物的結晶程度要較4號試樣的高。這些都說明了磨細火山巖的活性較粉煤灰的高，且生成更多的結晶較好的水化產物，這都有利于混凝土抗海水侵蝕能力的提高。

圖5是4號試樣和6號試樣經海水侵蝕后外部的XRD圖譜。從圖5中可以看出，6號試樣中CaSO4·2H2O的衍射峰值要小，而水化產物5CaO· 6SiO2·5H2O和C2SH的衍射峰值要大，說明摻加磨細火山巖的6號試樣經海水侵蝕后，其水化產物依然較摻加粉煤灰的要多，且腐蝕產物CaSO4·2H2O較少，說明6號試樣的抗海水侵蝕能力較4號試樣強，進一步說明了摻加磨細火山巖的試樣抗海水侵蝕能力要較摻加粉煤灰的試樣抗海水侵蝕能力強。

3 結論

(1)通過正交試驗可以得出，磨細火山巖的取代量對混凝土抗海水侵蝕的能力影響最大，粉磨時間次之，外加劑種類的影響最小。得出最優的實驗組合為A1B3C1。

(2)通過力度分析和SEM分析可以得出，粉磨時間越長，粉磨后的火山巖顆粒團聚現象越明顯，長時間的粉磨并不有利于改善其粒徑分布，粉磨時間20 min為宜。

(3)通過XRD分析可以得出，摻加磨細火山巖的試樣水化產物要較摻加粉煤灰的試樣水化產物多，說明磨細火山巖的活性較粉煤灰好。摻加粉煤灰試樣侵蝕后生成更多的侵蝕產物，說明摻加粉煤灰的試樣抗海水侵蝕能力要比摻加磨細火山巖的試樣弱。磨細火山巖更有利于混凝土抗海水侵蝕能力的提高。

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