玻化微珠保温混凝土耐久性研究

玻化微珠保温混凝土耐久性研究

时间:2013-08-15 22:15来源:太原理工大学建筑与土木工程学院 作者:武潮，李珠，赵林

0 前言
混凝土的耐久性主要指其在使用过程中抵抗环境的长期作用，并保持其原有性能而不被破坏的能力[1]。混凝土耐久性有很多方面，本研究主要采用C25、C30、C35 的3 个不同强度等级的玻化微珠保温混凝土进行碳化、钢筋锈蚀和硫酸盐侵蚀的耐久性试验，并与普通相对应强度的普通混凝土进行对比。

1 试验材料
水泥：山西吉港水泥厂生产的P·O42.5 普通硅酸盐水泥。石子：山西清徐碎石，粒径5~12 mm，堆积密度1630 kg/m3。
砂子：太原砂石厂提供的普通河砂，含泥量小于2%，细度模量1.9，堆积密度1500 kg/m3，表观密度2580 kg/m3。
水：自来水。
外掺剂：太原市思科达科技发展有限公司生产的新型活性外掺剂。
玻化微珠：选用太原市思科达科技发展有限公司生产的SKD-Ⅱ产品[2]，粒径0.5~1.5 mm，密度80~130 kg/m3，导热系数0.032~0.045 W/（m·K），漂浮率不低于98%，表面玻化率不小于95%，吸水率（真空抽滤法测定）20%~50%，1 MPa 压力的体积损失率38%~46%，耐火度1280~1360 ℃，使用温度大于1000 ℃。

2 试验配合比
本试验中所用的玻化微珠颗粒有3 种粒径：分别为1~3mm、2~4 mm、3~5 mm。3 种粒径的百分比依次为50%、30%、20%。这3 种粒径的玻化微珠颗粒按比例混合后，形成了类似不同粒径石子叠合在一起的级配。这就形成了玻化微珠复合型轻骨料[2]。试验用配合比见表1。

3 试验结果及分析
3.1 抗碳化试验及数据分析
参照GB/T 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》进行抗碳化试验，试块采用150 mm×150 mm×150mm 的立方体，保持箱内二氧化碳气体浓度在（20±3）%。在整个试验过程中，使碳化箱内的相对湿度控制在（70±5）%，温度控制在（20±2）℃的范围内。碳化到3、7、14 和28 d 时，分别取出试件测量碳化深度，结果见表2。

从表2 可以看出，在同一强度等级下，玻化微珠保温混凝土和普通混凝土的碳化深度都随着时间的延长而递增。玻化微珠保温混凝土和普通混凝土在14 d 和28 d 的碳化深度都是随着混凝土强度提高而递减。前7 d，2 种混凝土的碳化深度都是0，而在28 d 时，C25、C30、C35 不同种类的混凝土其碳化深度分别增大。
3.2 抗碳化机理分析
在相同水胶比的条件下，普通混凝土中加入适量不同级配玻化微珠，和砂一起作为细骨料填充骨架，能减少混凝土内部孔隙的形成，使混凝土密实度有效提高，有效减缓二氧化碳侵入混凝土的内部孔隙，使玻化微珠保温混凝土的抗碳化能力得到改善。
3.3 混凝土中钢筋耐锈蚀试验及数据分析
按GB/T 50082—2009 的试验方法，采用尺寸为100 mm×100 mm×300 mm 的棱柱体试件，试件中埋置直径为6.5 mm的Q235 普通低碳钢，每根钢筋长为（299±1）mm，试件成型后放置在养护室养护28 d，钢筋锈蚀试验的试件先进行碳化，二氧化碳浓度为（20±3）％、相对湿度为（70±5）％、温度为（20±2）℃[3]，碳化28 d，并在潮湿的环境中存放56 d。最后将试件破型进行钢筋锈蚀深度的测试，每组取3 个试件计算其平均值，试验结果见表3。
表3 玻化微珠混凝土与普通混凝土钢筋质量g

从表3 可以看出，C25、C30、C35 玻化微珠保温混凝土钢筋锈蚀失重平均值分别为0.0038、0.0015、0.0014 g，说明随着玻化微珠保温混凝土强度等级的增大钢筋腐蚀失重在减小；3 种不同强度的普通混凝土的钢筋锈蚀失重分别为0.0064、0.0023、0.0021 g，也是随着普通混凝土强度的增大钢筋的腐蚀失重减小。玻化微珠保温混凝土和普通混凝土的钢筋失重率都较小，但玻化微珠保温混凝土的钢筋锈蚀失重相比普通混凝土更小。从几组数据看出，玻化微珠保温混凝土中钢筋耐腐蚀性比普通混凝略强。
3.4 耐锈蚀机理分析
由于玻化微珠混凝土中未完全玻化的部分粗糙的表面和特有的吸水性，使玻化微珠与水泥石间产生比较紧密的结合，虽然在普通混凝土中，粗集料碎石与水泥石界面处存在极其微小的裂缝及碎石下方形成的孔穴，但也不影响玻化微珠混凝土中的钢筋耐锈蚀性能，同时玻化微珠自身的半玻化状[4]使外界环境侵蚀到混凝土内部得到减缓。
3.4.1 抗硫酸盐侵蚀试验及数据分析
参照GB/T 50082—2009 试验方法，试块尺寸为100 mm×100 mm×100 mm，将成型的试块放入养护室内养护至26 d 龄期，再从养护室内取出，擦干表面水分后，放入温度保持在（80±5）℃的烘箱中烘干48 h。然后冷却至室温，再将试块放入硫酸盐干湿循环试验箱内进行干湿循环，即在5%的硫酸侵蚀液中浸泡（15±0.5）h，浸泡结束风干，再浸泡反复循环试验150 次，每组选3 个试件测试抗压强度，取平均值[5]，玻化微珠混凝土和普通混凝土的抗硫酸盐浸蚀试验结果见表4。
表4 经150 次干湿循环后各种混凝土的抗压强度对比

由表4 数据可以看出，不同强度等级的玻化微珠保温混凝土的抗硫酸盐侵蚀能力有所不同，且随着强度等级的提高，抗侵蚀能力有小幅提高；C25、C30、C35 不同强度等级的玻化微珠保温承重混凝土的抗压强度耐蚀系数均小于75。且经150 次干湿循环后，3 个不同强度等级的玻化微珠保温混凝土的抗压强度损失都较为严重。在本次试验中，同一强度等级的玻化微珠保温混凝土的抗硫酸盐侵蚀能力低于普通混凝土。
3.4.2 抗硫酸盐机理分析
玻化微珠混凝土的抗硫酸盐侵蚀能力低于普通混凝土，其主要原因是由于玻化微珠混凝土中胶体材料与粗骨料接触部位存在极其微小的裂缝，从而使硫酸盐侵蚀到混凝土内部，降低了玻化微珠保温混凝土耐硫酸盐侵蚀的强度。同时玻化微珠自身玻化不完全，存在极其微小的空隙，在空隙中未玻化完全的玻化微珠与硫酸盐发生微弱的化学反应使其溶于硫酸盐，形成极其微小的空隙，通过这些空隙形成极其微小通道，导致玻化微珠混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能较普通混凝土略有降低。

4 结论
玻化微珠颗粒与水泥石界面紧密结合，能减少混凝土中石子与水泥石间存在的较大缝隙，使混凝土密实度有效提高，从而使玻化微珠保温混凝土的抗碳化能力与普通混凝土相比有较大改善。
玻化微珠保温混凝土中的钢筋抗锈蚀能力明显强于相同强度等级的普通混凝土，且随着强度等级的提高而提高。玻化微珠保温混凝土的抗硫酸盐侵蚀能力略低于普通混凝土。分析其原因认为，由于玻化微珠自身玻化不完全，部分存在极其微小的空隙，使硫酸盐侵蚀液随微小缝隙进入混凝土内部，造成玻化微珠保温混凝土的抗硫酸盐侵蚀能力略低。