粉煤灰结合混凝土中氯离子机理的研究

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摘要：通过试验的方法对FA结合Cl-的机理进行的研究。试验结果说明：粉煤灰作为掺合料等量取代部分水泥，能够增强对氯离子的化学结合能力与物理吸附能力。参加水化的粉煤灰生成了更多可以与Cl-产生化学反应水化铝酸盐相及其衍生物，并通过改善混凝土孔结构与孔隙率来提高物理吸附能力，另外未水的粉煤灰颗粒由于其自身的特点，也能吸附部分Cl-，从而降低了混凝土中游离Cl-的浓度，延缓了钢筋被锈蚀的时间。

关键词：机理；结合；粉煤灰

在海洋环境、使用除冰盐的道桥工程及盐湖和盐碱地区域，渗入混凝土中的Cl-是造成混凝土中钢筋锈蚀的主要原因，而钢筋腐蚀又是造成钢筋混凝土结构破坏最重要的原因之一，这往往决定了混凝土结构的使用寿命，是混凝土结构耐久性的重要问题。渗入混凝土中的Cl-在混凝土中有三种存在形式：一种是与水泥中C3A的水化产物水化铝酸盐相及其衍生物反应生成低溶性的单氯铝酸钙3CaO.Al2O3.CaCl2.10H2O，即所谓Friede盐[1]，称为Cl-的化学结合；另一种是被吸附到水泥水化产物中或未水化的矿物组分中，称作Cl-的物理吸附；第三种是Cl-以游离的形式存在于混凝土的孔溶液中，被混凝土组分材料结合的Cl-基本上不会对钢筋构成危害，只有残留在混凝土孔隙液中的游离Cl-才会对钢筋造成破坏。因此,混凝土对Cl-的结合能力显得尤其重要。目前虽然有关混凝土组分材料对Cl-结合能力的研究论文较多，但就矿物功能材料本身对Cl-的结合能力机理方面的研究很少，故本文对此进行了专门研究。本文在参考了大量资料的情况下，对粉煤灰掺入混凝土后对Cl-结合的机理进行了研究。

1试验设计

1.1原材料

水泥：湖南湘乡水泥股份有限公司生产，强度等级为42.5普通硅酸盐水泥；粉煤灰：湖南湘潭电厂生产的风选I级粉煤灰，其物理性质见表2；硅灰：西北铁合金厂生产；砂：湖南湘江河砂，中砂，细度模数为2.7，II区级配合格；外加剂：湘潭市潭建减水剂厂，TJ系列高效减水剂；水：蒸馏水。

试验用原材料化学组成见表1

1.2试验方法

由于对混凝土中Cl-的结合主要是由胶凝材料的水化产物及未水化的活性矿物组分所致，所以进行FA对混凝土中Cl-结合性能机理研究时采用砂浆进行。粉煤灰等量取代水泥分别为0%、20%、30%、40%、60%，水胶比0.35，龄期28d，并按GB177－85制成水泥砂浆，将砂浆放入φ5cm×7.5cm的PCV管中密封然后进行标准养护，以保持水灰比恒定，到28d龄期后取出砂浆磨细。用1.25mm和0.315mm的筛子收集粒径在1.25mm－0.315mm之间的颗粒，先测出不同粉煤灰掺量的水泥砂浆的水化程度,然后进行氯离子外渗法的试验。具体试验步骤及化学结合与物理吸附的计算方法详见文献。水化程度，由试验测得，即将平行试件在°C下烘至恒重，可得到未水化的自由水含量。由于采取密封养护，水灰比可认为恒定，根据水灰比就可以计算出单位水泥的耗水量，假定单位水泥需水量为0.25。

2试验结果及分析

粉煤灰掺量对结合Cl-性能如图1所示。由图1可知，与不掺FA的基准试件相比较，粉煤灰在20%～60%范围内时，砂浆对Cl-总结合量、化学结合量以及物理吸附量逐渐增加，这因为粉煤灰主要成分是活性Al2O3和SiO2，作为掺合料加入水泥后，水泥熟料水化后生成的Ca(OH)2作为碱性激发剂激发粉煤灰水化，生成较多的水化铝酸盐相及其衍生物等水化产物并和Cl-反应生成Friede盐，这样增强了砂浆对Cl-化学结合能力。但是当FA掺量为20%、30%时，由于FA对Cl-的物理吸附能力低于基准试件导致FA对Cl-总的结合量少于基准试件，这种结果可能是由于粉煤灰掺量在20%～30%时，粉煤灰掺入对Cl-固化的正面效应未能超过由于粉煤灰的掺入引起的28d时胶凝材料水化程度降低造成的单位质量C-S-H凝胶较少所造成的负面效应所引起的。

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