耐腐蚀外加剂对水泥胶砂性能及混凝土性能影响试验研究

耐腐蚀外加剂对水泥胶砂性能及混凝土性能影响试验研究

吴福林

珠海市横琴新区建设工程质量检测中心有限公司广东珠海519000

摘要：混凝土耐腐蚀外加剂是一种新型的混凝土防腐材料，在工程中已经获得了普遍的运用。本文主要针对几种耐腐蚀外加剂对水泥胶砂力学性能及混凝土强度和抗氯离子渗透、抗裂性能的影响展开试验研究，并通过介绍试验材料的物理性能及研究方法，对试验结果进行了分析。

关键词：耐腐蚀外加剂；水泥胶砂；混凝土性能；影响

引言

目前，为了提高混凝土密实度及其抗腐蚀能力，最简单有效的技术手段就是掺加混凝土耐腐蚀外加剂。耐腐蚀外加剂可以直接用于有防腐要求的混凝土及其制品中，使用方便、效果显著，已在工程中得到广泛应用。虽然耐腐蚀外加剂能在一定程度上改善混凝土的工作性能及诸多耐久性能，但也会使得混凝土的早期力学性能受到影响，因此，为了能够充分探究混凝土耐腐蚀外加剂的效应，有必要对掺加耐腐蚀外加剂后的水泥胶砂性能、混凝土性能进行深入研究。

1试验材料的物理性能及研究方法

1.1试验材料及其物理性能

试验原材有：P.O.42.5R普通硅酸盐水泥，其物理性能见表1；砂料采用北江砂，其物理性能见表2；碎石料采用5～25mm规格花岗岩碎石，其物理性能见表3；粉煤灰采用某公司生产的II级粉煤灰，其物理性能见表4；矿粉采用某公司生产的S95级矿粉，其物理性能见表5；减水剂采用某公司生产的STH－J聚羧酸高性能减水剂；耐腐蚀外加剂分别采用某公司生产SY－KS多功能抗侵蚀耐腐蚀外加剂（简称“Y”）、某公司生产WG－高效耐腐蚀外加剂（简称“W”）和某公司生产多功能抗侵蚀耐腐蚀外加剂（简称“S”）。

表1水泥物理性能检验结果

1.2试验方法

1.2.1水泥胶砂性能

为了研究混凝土耐腐蚀外加剂对水泥胶砂性能的影响，主要考察耐腐蚀外加剂掺量对水泥胶砂力学性能的影响：以标准砂为骨料，各种耐腐蚀外加剂掺量分别为2.5%、5%和10%，均等量取代水泥，水灰比为0.5不变，按GB/T17671—1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》在标准养护条件下进行胶砂抗折、抗压强度试验，试件尺寸为40mm×40mm×160mm。

1.2.2混凝土性能

采用上述3种不同的耐腐蚀外加剂，在胶砂性能试验的基础上耐腐蚀外加剂掺量取5%，固定其砂率为42%、水胶比为0.40，对混凝土性能影响进行研究。混凝土抗压强度按GB/T50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行试验，试件尺寸为150mm×150mm×150mm；限制膨胀率按GB23439—2009《混凝土膨胀剂》进行试验，试件尺寸为100mm×100mm×300mm；电通量及扩散系数按GB/T50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》进行试验，试件尺寸为φ100×50mm。各试验组混凝土配合比见表6。

表6混凝土配合比kg

注：C代表混凝土组；O为基准混凝土，不掺耐腐蚀外加剂；Y/W/S代表各生产厂的简称，后面数字代表耐腐蚀外加剂掺量百分数

2试验结果及分析

2.1耐腐蚀外加剂对水泥胶砂性能的影响

各试验组水泥胶砂试件在不同龄期下的抗压、抗折强度试验结果见表7。

表7掺加耐腐蚀外加剂的水泥胶砂物理性能

注：M代表胶砂组；O为基准混凝土，不掺耐腐蚀外加剂；Y/W/S代表各生产厂的简称，后面数字代表耐腐蚀外加剂掺量百分数

由表7及图1可知，对于耐腐蚀外加剂样品MY，随着掺量由0增大至10%，3d龄期水泥胶砂抗折强度在掺量为5%后开始减小，28d龄期抗折强度在掺量为5%内基本与基准样相当，3d与28d的水泥胶砂抗折强度之比由0.68减小至0.65。可见，样品MY耐腐蚀外加剂的掺量在5%以内对水泥胶砂体系影响不大，水泥起到决定性作用，基本对水泥胶砂抗折强度影响不大；而掺量过大因早期的水化进程较慢，未能充分参与水化，故水泥胶砂抗折强度降低，但随着水化反应的进行，耐腐蚀外加剂在碱性环境下不断被激发，其火山灰及微集料效应得到充分发挥，其后期抗折强度增长率不断提高。对于样品MW及样品MS，随着掺量由0增大至10%，3d龄期水泥胶砂抗折强度基本呈较小趋势，28d龄期抗折强度均在掺量5%出现峰值，3d与28d龄期的水泥胶砂抗折强度之比由0.68分别减小至0.47和0.62。可见，样品MW及MS对水泥胶砂体系的影响较大，早期的水化进程较慢，导致早期抗折强度偏低，随着水化反应的进行，耐腐蚀外加剂不断被激发，其后期抗折强度增长率不断提高。但是掺量过大反而导致耐腐蚀外加剂无法充分参与水化反应，强度降低，样品MW表现尤为明显。

图2水泥胶砂3d/28d抗压强度－耐腐蚀外加剂掺量关系

由表7及图2可知，随着掺量由0增加至10%，样品MY、MW及MS的28d水泥胶砂抗压强度先减小后增大，在5%时出现峰值，后由于掺量过大，防腐剂无法充分参与水化反应，其抗压强度又减小。样品MY、MW及MS的3d与28d龄期的水泥胶砂抗压强度之比由0.66分别减小至0.59、0.45及0.57。各掺量的28d龄期抗压强度相对基准样均比3d龄期大，这主要是由于掺量适合的防腐剂在水化后期耐腐蚀外加剂火山灰效应逐渐显现，对水泥胶砂抗压强度贡献不断增大。28d龄期内，当耐腐蚀外加剂掺量为5%时，其作用得到充分的发挥，强度达到峰值，且掺加各类耐腐蚀外加剂的28d水泥胶砂强度与基准试件相当，能满足对强度的评定。随着掺量的增大，防腐剂的水化受到制约未能完全充分参与，因此其抗压强度呈现下降趋势，可以预见随着龄期的增长，防腐剂会进一步水化，抗压强度相对于基准样会进一步增大，峰值会后移。这说明掺加耐腐蚀外加剂随着龄期的增长，其性能将逐步得到提升。

此外，各种防腐剂水泥胶砂强度3d折压比（MY为0.168～0.183、MW为0.167～0.210、MS为0.167～0.188）均比基准样（MO为0.166）大，这有助于提高水泥胶砂或混凝土早期的抗裂性能。

2.2耐腐蚀外加剂对混凝土性能的影响

各试验组混凝土试件在不同龄期下的抗压强度、限制膨胀率、电通量、扩散系数试验结果见表8。

表8耐腐蚀外加剂的混凝土性能

由表8及图4可见，相对于基准试件，掺入耐腐蚀外加剂的混凝土28d电通量降低到66%～67%，基本处于相同水平；28d扩散系数则降低到47%～66%。可见混凝土耐腐蚀外加剂能大幅度提高混凝土的抗氯离子渗透性能。这是由于掺入混凝土耐腐蚀外加剂，其火山灰效应得到发挥，耐腐蚀外加剂中的活性成分与水泥的水化物产生二次水化反应，使得水泥石中胶凝物质的组成得到改善，有效提高混凝土的强度和耐久性。同时也发挥了其微集料级配效应，起到微集料密实填充效应，混凝土水泥石结构及界面过渡区的孔隙率降低，孔隙结构得以改善，使得混凝土联通孔隙变得更为曲折，氯离子侵入通道大为延长，侵蚀介质难以进入混凝土内部，混凝土抗氯离子渗透性能得到显著提高。而掺入耐腐蚀外加剂，14d混凝土限制比膨胀率从－0.5×10－4提高到（0.3～1.7）×10－4，可见掺入防腐剂，混凝土表现为微膨胀，能有效提高混凝土早期的抗裂性能。

图4各组混凝土的28d抗氯离子渗透性能

3结论

综上所述，耐腐蚀外加剂的添加对改善水泥胶砂及混凝土的性能起到一定的作用，但应重视耐腐蚀外加剂的选用、添加剂量及适应性。本文研究了耐腐蚀外加剂对水泥胶砂力学性能、混凝土性能的影响，结果表明：水泥胶砂的早期强度随着耐腐蚀外加剂掺量的增加而降低，但适量掺入耐腐蚀外加剂有利于提高胶砂的后期强度及折压比，从而改善其抗裂性能；掺加混凝土耐腐蚀外加剂并不会显著改变混凝土的工作性能，重要的是能有效提高混凝土抗压强度和抗氯离子渗透性能，但在选用混凝土耐腐蚀外加剂品种时，应考虑其抗裂性能，宜先进行试配确定。

参考文献

[1]汤海滨.混凝土耐腐蚀外加剂的试验研究[J].西南交通大学.2007

[2]蔡世达，吴立彬，郭云波.混凝土抗腐蚀剂对海工混凝土性能影响的研究[J].水利技术监督.2016，24（6）：57-59