不同齡期下雙摻礦物摻合料對GRC構件抗彎、抗沖擊強度及抗滲性能的影響

喻 林，王學雷，李建波，成 凱

(1. 河海大學 力學與材料學院，江蘇 南京 210098； 2. 蘇寧置業集團有限公司，江蘇 南京 210042)

0 引 言

1 試驗方案

1.1 試驗用原材料

本試驗所用拌合水為自來水[8]；細集料(級配合理的中砂)所用砂為湖砂，來自于洞庭湖，細度模數為2.7，含泥量(質量分數)為0.8%；偏高嶺土由河南鞏義市辰義耐材磨料公司生產，外觀呈淡紅色，其主要成分為Al2O3(質量分數ω(Al2O3)≥43.2%)和SiO2(質量分數ω(SiO2)≥49.1%)；耐堿玻璃纖維網格布基本化學成分、基本性能參數分別見表1，2,滿足規范要求[9]；硅灰的基本性能參數見表3；水泥采用安徽蕪湖海螺水泥有限公司生產的普通硅酸鹽水泥(P.O42.5),主要化學成分為CaO，SiO2，分別占58%，23%，其初凝時間、終凝時間分別為158，231 min，抗壓強度、抗折強度(28 d)分別為42.5，6.5 MPa，滿足規范要求[10]；粉煤灰是由江蘇省某國網熱電廠生產的F類Ⅰ級粉煤灰，其基本性能參數見表4，滿足規范要求[11]；減水劑為江蘇尼高科技有限公司生產的高效減水劑，滿足規范要求[12]。

表1 耐堿玻璃纖維網格布基本化學成分Tab.1 Basic Chemical Composition of Alkali Resistant Glass Fiber Mesh Cloth

表2 耐堿玻璃纖維網格布基本性能參數Tab.2 Basic Performance Parameters of Alkali Resistant Glass Fiber Mesh Cloth

表3 硅灰的基本性能參數Tab.3 Basic Performance Parameters of Silica Fume

表4 粉煤灰基本性能參數Tab.4 Basic Performance Parameters of Fly Ash

1.2 配合比設計

試驗質量配合比見表5。偏高嶺土可以加速水化反應，具有火山灰效應與填充效應[13-14]；粉煤灰替代部分水泥能夠提高后期強度，改善GRC試件的耐久性[15-16]。硅灰可以填充細化混凝土的孔隙，提高硬化水泥漿體的密實度，減少Ca(OH)2對混凝土強度的不利影響[17-18]。

表5 試驗質量配合比Tab.5 Test Mass Mix Proportion

1.3 試驗方法

改性普通硅酸鹽水泥為基材的GRC標準試件經標準養護后，在自然環境下老化的齡期分別為0，14，28，56，90 d，當試件到達相應的齡期后，進行抗彎性能試驗和抗沖擊強度試驗[19]；在50 ℃熱水加速老化條件下，齡期分別為0，3，7，14，28，56 d，當試件到達相應的齡期后，進行抗彎性能試驗和抗沖擊強度試驗(圖1～4)。

抗滲性能試驗[20]：制備試模尺寸為70 mm×80 mm×30 mm的GRC抗滲試件，每6個圓臺體試件為一組，標準養護后取出砂漿圓臺體試件將其表面擦干，放入圓臺體試模中，用千斤頂壓實密封，最后裝入砂漿抗滲儀當中，測量滲透高度值(圖5，6)。

掃描電鏡試驗：取一定齡期用于力學性能測試后的GRC試件，從破壞后的試件中取出一定長度玻璃纖維網格布，將樣品抽真空并在表面噴涂金膜，以便于導電。利用SEM進行掃描電鏡試驗，觀察樣品微觀結構形貌。

2 試驗結果與分析

2.1 GRC試件在自然環境下的抗彎強度

在自然環境下得到不同齡期GRC試件抗彎強度平均值，試驗結果見表6。

表6 GRC試件在自然環境下各齡期的抗彎強度Tab.6 Bending Strength of GRC Specimens at Different Ages in Natural Environment

由表6可以看出：GRC試件抗彎比例強度呈現先下降后上升的趨勢；GRC試件抗彎破壞強度的波動趨勢與其抗彎比例強度的波動趨勢相似，但其變化幅度較大。為了方便表示，將試件Si5+Mk20，Si10+Fa20，Si10+Mk20，Fa20+Mk20依次標記為試件①～④。在整個齡期內，改性(摻加摻合料)GRC試件①，②，③抗彎比例強度值均大于對照GRC試件JZ強度值，GRC試件③的抗彎強度值約為對照GRC試件JZ強度值的130%。在整個齡期內，改性GRC試件①，②，③抗彎破壞強度值均大于對照GRC試件JZ的強度值，GRC試件②，③的抗彎破壞強度均大于20 MPa，約為對照GRC試件JZ強度值的150%，可見雙摻10%硅灰、20%偏高 嶺土和雙摻10%硅灰、20%粉煤灰能夠顯著提高GRC試件的抗彎破壞強度。

偏高嶺土不僅具有細顆粒的作用，而且水化反應生成具有填充效應的水化硅酸鈣和水化硫鋁酸鈣，降低試件內部孔隙率，使其具有更為密實堆積體系，從而改善混凝土的抗彎性能，對早期強度提高特別有利，硅粉對后期強度較為有利，因此偏高嶺土和硅粉雙摻對試件抗彎強度提高較大，10%的硅粉摻量作用效果更為明顯。

對照組采取常規藥物治療及整體護理，干預組在常規治療與整體護理的基礎上針對患者出現的心理問題實施綜合心理護理。

2.2 GRC試件在自然環境下的抗沖擊強度

在自然環境下得到每個試件的抗沖擊強度，計算后得到GRC試件在各齡期的抗沖擊強度試驗值，見表7。

由表7可知：在自然環境條件下，各組GRC試件的抗沖擊強度隨著齡期的增加而呈現下降趨勢。由于偏高嶺土和硅粉雙摻使試件內部更為密實，同 抗彎破壞強度一樣，在整個齡期內，改性(摻加摻合料)GRC試件①，②，③抗沖擊強度值均大于對照GRC試件JZ的強度值；在整個齡期內，GRC試件③抗沖擊強度比對照GRC試件JZ高45%，GRC試件②的抗沖擊強度比對照GRC試件JZ高40%，可見雙摻10%硅灰、20%偏高嶺土能夠顯著提高GRC試件的抗沖擊強度。

表7 GRC試件在自然環境下各齡期的抗沖擊強度Tab.7 Impact Strength of GRC Specimens at Different Ages in Natural Environment

2.3 GRC試件在50 ℃熱水加速老化條件下的抗彎強度

在50 ℃熱水加速老化條件下以改性普通硅酸鹽水泥為基材的GRC試件抗彎強度試驗數據如表8所示。

表8 GRC試件在50 ℃熱水老化條件下的抗彎強度Tab.8 Bending Strength of GRC Specimens Aged at 50 ℃ in Hot Water

由表8可知：在50 ℃熱水加速老化條件下，改性(摻加摻合料)GRC試件抗彎強度呈現下降趨勢，對照GRC試件JZ抗彎比例強度在整個齡期內呈現上升趨勢，對照GRC試件JZ抗彎破壞強度下降速率基本一樣(剔除異常點)。在整個齡期內，GRC試件①，②，③抗彎比例強度值均大于對照GRC試件JZ的強度值。在整個齡期內，GRC試件①，②，③抗彎破壞強度值均大于對照GRC試件JZ的強度值，其中在熱水加速老化后期GRC試件①，②，③的抗彎破壞強度約為對照GRC試件JZ強度值的170%，可見在50 ℃熱水加速老化條件下，雙摻5%硅灰、20%偏高嶺土，雙摻10%硅灰、20%偏高嶺土和雙摻10%硅灰、20%粉煤灰能夠顯著提高GRC試件的抗彎破壞強度。50 ℃熱水加速老化條件28 d后抗彎強度降低，因為摻入粉煤灰雖然降低了內部堿度,減少了玻璃纖維的腐蝕,但并不能完全阻止玻璃纖維受到腐蝕,因此試件抗彎強度出現小幅降低。

2.4 GRC試件在50 ℃熱水老化條件下的抗沖擊強度

以改性普通硅酸鹽水泥為基材的GRC試件在50 ℃熱水老化條件下的抗沖擊性能試驗數據如表9所示。

表9 GRC試件在50 ℃熱水老化條件下抗沖擊強度Tab.9 Impact Strength of GRC Specimens Aged at 50 ℃ in Hot Water

由表9可知：在50 ℃熱水加速老化條件下，GRC試件的抗沖擊強度隨著齡期的增加呈現下降趨勢，改性GRC試件①，②，③，④的下降幅度達到50%，對照GRC試件JZ下降幅度達75%。GRC試件①，②，③抗沖擊強度值均高于試件JZ的強度值；此外，在熱水加速老化后期，GRC試件①，②，③抗沖擊強度值為試件JZ強度值的2倍；在50 ℃熱水加速老化條件下，雙摻10%硅灰、20%偏高嶺土能夠顯著提高GRC試件的抗沖擊強度。

2.5 GRC試件的滲透高度

表10為滲透高度試驗數據。由表10可知：改性(摻加摻合料)GRC試件①，③的滲透高度均高于對照GRC試件JZ滲透高度，大約為對照GRC試件JZ的110%；改性GRC試件②，④的滲透高度低于對照GRC試件JZ，其中液面在改性GRC試件④的滲入最低，其滲透高度約為對照GRC試件JZ的50%，可見雙摻20%粉煤灰、20%偏高嶺土制備的GRC試件抗滲性能優異。

表10 GRC試件滲透高度Tab.10 Penetration Height of GRC Specimens

2.6 GRC試件中玻璃纖維網格布表面腐蝕性

對經試驗破壞后的GRC試件玻璃纖維網格布進行掃描電鏡試驗，所選取的4組GRC試件為JZ，Si10+Fa20，Si10+Mk20，Fa20+Mk20，齡期分別為標準養護28 d、自然環境下老化90 d、熱水加速老化條件下56 d。

標準養護28 d所得GRC試件微觀形貌如圖7～10所示。

由圖7～10可知：各GRC試件中的玻璃纖維網格布表面都比較光滑，沒有明顯被水泥水化產物侵蝕的特征，只在玻璃纖維網格布表面黏附了少量的水泥水化產物，其中試件JZ，Fa20+Mk20表面附著的水泥水化產物較多。

自然環境下老化90 d所得GRC試件微觀形貌如圖11～14所示。由圖11～14可知：摻加10%硅灰、20%偏高嶺土和摻加10%硅灰、20%粉煤灰的GRC試件其表面較為光滑；摻加20%粉煤灰、20%偏高嶺土制備的GRC試件中玻璃纖維網格布表面附著較多水化產物，同時網格布表面出現一些紋路，說明玻璃纖維網格布受到了較為嚴重的腐蝕，表面附著的水泥水化產物呈毛絮狀。雙摻10%硅灰、20%粉煤灰的GRC中玻璃纖維的表面較為光滑，說明玻璃纖維網格布受到的腐蝕比較小。

熱水加速老化條件下56 d所得GRC試件微觀形貌如圖15～18所示。由圖15～18可知：所有GRC試件中玻璃纖維網格布在50 ℃熱水加速老化條件下腐蝕較嚴重，玻璃纖維網格布表面粗糙，產生很多附著物。未摻加礦物摻合料與摻加20%粉煤灰、20%偏高嶺土制備的GRC試件玻璃纖維網格布表面受到的侵蝕很嚴重，有大量的顆粒附著在表面；雙摻10%硅灰、20%粉煤灰的GRC中玻璃纖維網格布表面黏附物相對較少，玻璃纖維受到的腐蝕最輕,這是由于摻入的粉煤灰具有活性SiO2和Al2O3,與水泥水化產生堿反應，降低水泥基體堿度，進而削弱基體中堿對玻璃纖維網格布的腐蝕。同時熱水加速老化條件下,促進了粉煤灰和水泥的水化作用。

3 結 語

(1)在自然環境下和50 ℃熱水加速老化下，雙摻10%硅灰、20%粉煤灰和10%硅灰、20%偏高嶺土能夠顯著提高GRC試件的抗彎強度，約為對照GRC試件JZ抗彎強度的150%；雙摻10%硅灰、20%偏高嶺土可以顯著提高GRC試件的抗沖擊強度。

(2)雙摻20%粉煤灰、20%偏高嶺土制備GRC試件的抗滲性能很優異，滲透高度為3.7 mm，約為對照GRC試件JZ的50%。

(3)GRC試件中玻璃纖維網格布侵蝕程度與其抗彎強度、抗沖擊強度呈負相關；雙摻10%硅灰、20%粉煤灰和10%硅灰、20%偏高嶺土可以改善GRC試件界面區結構，提高GRC試件的耐久性。