孫成蛟,趙令軒,尚緒杰
(1. 日照魯碧新型建材有限公司,山東 日照 276826;2. 日照市榮創新型建材有限公司,山東 日照 276826)
硫鋁酸鹽水泥基混凝土具有快硬、早強、微膨脹、抗滲、抗凍及耐蝕性等特性,在寒冷地區、港口、碼頭、鹽堿地區及水工等工程中具有獨特的優勢。硫鋁酸鹽水泥自誕生以來,以其早強、高強、高抗滲、高抗凍、耐蝕、低堿度等特點在各種工程(如沿海大橋、搶修路面等)中得到廣泛應用[1-3],特別是在冬季施工、水工工程、修補工程等特殊工程中應用,更發揮出了其優良的性能。但是,目前對硫鋁酸鹽水泥混凝土研究相對較少[4-6]。
該文主要研究水灰比對硫鋁酸鹽水泥基混凝土性能的影響,包括抗壓強度和抗滲性,并利用 SEM 對其進行微觀機理分析,以便為硫鋁酸鹽水泥在工程中應用提供一定的技術指導。
水泥:天津產硫鋁酸鹽水泥(R·SAC42.5)。礦粉:山東省日照市日鋼 S95 級礦渣,流動度比 116%。粉煤灰:山東省日照市日照發電廠Ⅱ級粉煤灰。表 1 為膠凝材料的化學成分。
表1 膠凝材料的化學成分 wt.%
砂:山東省日照某砂廠河砂,細度模數為 2.65,含泥量 1.3%。
石子:山東省日照市某石料廠 5~31.5mm 連續級配碎石。
混凝土強制式攪拌機 J-60、混凝土振動臺 T2、萬能試驗壓力機 SY-6、全自動抗滲儀 ST1 等等。
硫鋁酸鹽水泥基混凝土配合比見表 2 所示。
表2 硫鋁酸鹽水泥基混凝土配合比
表3 和圖 1 為水灰比對硫鋁酸鹽水泥基混凝土抗壓強度影響的試驗結果。從表 3 和圖 1 中可以看出:隨著水灰比的不斷增加,硫鋁酸鹽水泥基混凝土早期和后期強度都隨著下降,即水灰比越大其強度越低;硫鋁酸鹽水泥基混凝土都具有較高的早期強度,尤其是低水灰比其早強更明顯。如:若以 28d 強度為基準,當水灰比為 0.33 的4#試樣,1d 強度可達 72% 以上,3d 強度可達 81% 以上;而當水灰比為 0.49 的 1#試樣,1d 強度只有 50%,3d 強度只有 65%。另外,硫鋁酸鹽水泥基混凝土半年(6 月)強度仍在增長,即強度長期穩定性高。
表3 水灰比對混凝土抗壓強度的影響
圖1 水灰比對混凝土抗壓強度的影響
水灰比對硫鋁酸鹽水泥基混凝土抗滲性能影響見表4 和圖 2。
表4 水灰比對混凝土抗滲性能的影響
圖2 水灰比對混凝土抗滲性能的影響
從表 4 和圖 2 中 1#~4# 試樣對比可知:隨著水灰比的不斷下降,其硫鋁酸鹽水泥基高性能混凝土滲水深度逐漸下降,即水灰比最小的 4# 試樣其抗滲性能最強,抗滲性越高。這是因為:混凝土的水灰比越大,其硬化結構中的大孔較多,小孔變少,結構的密實性變差,即內部結構致密性降低。所以,水灰比的大小對硫鋁酸鹽水泥基高性能混凝土抗滲性能影響較大。
圖3(a)、(b)、(c)、(d) 分別是不同水灰比下的硫鋁酸鹽水泥基混凝土水化 7d 的 SEM 圖。從圖中可知:隨著水灰比的不斷增加,其硬化漿體—骨料之間的水化膜逐漸變厚,兩者的結合變差,水化產物模糊,分布更無規律勻,同時水化產物之間的搭結越松散;即硫鋁酸鹽水泥基混凝土水灰比越小,混凝土的內部結構越致密,
圖3 不同水灰比下硫鋁酸鹽水泥基混凝土水化 7d 的 SEM 圖
孔隙率越小,孔徑分布更加合理,從而提高混凝土的強度、抗滲性和抗碳化等耐久性能。
(1)隨著水灰比的不斷增加,硫鋁酸鹽水泥基混凝土早期和后期強度都隨著下降,即水灰比越小其混凝土抗壓強度越高。并且,水灰比越小早期強度提升越明顯。
(2)隨著水灰比的不斷增加,其硫鋁酸鹽水泥基混凝土抗滲性逐漸下降,即水灰比越小滲水高度越小,抗滲性越強。
(3)SEM 微觀分析表明:隨著水灰比的下降,其硫鋁酸鹽水泥基混凝土內部結構越致密、孔隙減少、孔徑分布更加合理。