渗透结晶材料对水工混凝土耐久性影响

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1、渗透结晶材料对水工混凝土耐久性影响　　【摘要】：为研究渗透结晶材料对水工混凝土耐久性影响，采用硫酸盐侵蚀和冻融破坏后测试混凝土抗渗性的方法，结合扫描电子显微（SEM）和压汞法(MIP)对混凝土的微观结构进行分析和表征。结果表明，内掺渗透结晶材料混凝土在硫酸钠溶液中侵蚀和冻融后的抗渗压力均大于基准混凝土；渗透结晶材料混凝土界面过渡区致密，孔径在20nm-100nm的少害孔含量增加，100nm-200nm的有害孔和大于200nm的多害孔含量减少，混凝土孔径分布优于基准混凝土，抗渗性能提高。内掺渗透结晶材料有利于改善混凝土抗冻融破坏

2、性和抗硫酸盐侵蚀性能。【关键词】：渗透结晶材料；混凝土抗渗性；混凝土耐久性；微观结构中图分类号：TV431文献标识码：A1引言9硫酸盐侵蚀和冻融破坏是导致水工混凝土破坏的重要原因，如何抑制或减轻这两个因素的破坏作用一直是混凝土耐久性问题中的重要内容。硫酸盐侵蚀与冻融破坏的发生均与混凝土的渗透性密切相关，与混凝土发生的化学侵蚀作用的各种物质均是以水为媒体，渗透进入混凝土内部，并以液相形式与水泥水化产物等产生化学反应。冻融破坏则是由于混凝土内部毛细孔内的存在的水遇冷结冰会发生体积膨胀，导致混凝土的结构破坏。因此，通过提高混凝土的抗

3、渗性，可以减少侵蚀性物质和水分向混凝土内部的渗透，从而可改善混凝土的抗硫酸盐侵蚀和抗冻融破坏能力[1~4]。硫酸盐侵蚀和冻融破坏加剧了混凝土破坏能力，混凝土的渗透性明显增强，耐久性进一步降低。混凝土渗透结晶材料具有永久性自修复功能，这种材料中含有的活性化学物质通过载体向混凝土内部渗透，并在混凝上中形成不溶于水的结晶体，填塞混凝上中的毛细孔道及宏观微裂缝，提高混凝土的抗渗性能[5,6]。因此，研究渗透结晶材料在硫酸盐和冻融环境作用下对混凝土渗透性能的影响及其机理，以便从根本上解决混凝土耐久性问题。2试验2.1试验原材料及配合比普

4、通硅酸盐水泥（缩写P·O）：P·O42.5R水泥，山水水泥有限公司产；细集料：中砂，细度模数2.9，山东烟台产；粗集料:5-31.5mm碎石，山东烟台产。混凝土渗透结晶材料，自制。水泥熟料化学成分及矿物组成见表1，试验所用配合比见表2。表1水泥熟料化学成分及矿物组成2.2试件制备与试验方法9试件按配合比成型，养护一天后脱模。内掺渗透结晶材料的试件在混凝土成型时加入，加入量为1.2%。将试件分别在冰箱中冻融，28天后取出，测试其抗渗性能。将试件分别在标准养护下和浸泡在己配制好的硫酸钠溶液（4%）中，养护28天后取出，测试其抗渗性

5、能。2.3实验结果与讨论2.3.1渗透结晶材料对混凝土抗硫酸盐侵蚀性能基准试件（未掺渗透结晶材料，下同）和内掺渗透结晶材料试件在标准养护下和放入硫酸钠溶液中浸泡后的抗渗性能测试结果见表3。表3试件在硫酸钠溶液中侵蚀后抗渗性能由表3可见，与标准养护试件相比，基准试件在硫酸钠溶液中浸泡28天的抗渗性能由0.3MPa降低为0.2MPa，而内掺渗透结晶材料试件的抗渗性能有显著提高，抗渗性能由1.2MPa增加为1.4MPa。实验结果表明，在硫酸钠溶液中浸泡可导致基准试件的抗渗性能降低，内掺渗透结晶材料可以改善试件的抗硫酸钠溶液侵蚀能力。

6、2.3.2渗透结晶材料对混凝土抗冻融性能28d龄期后，内掺渗透结晶材料试件和基准试件冻融循环（慢冻法）50次后的试验结果见表4。表4试件抗冻融循环50次后抗渗性能9由表4中数据可知，基准试件在经过50次冻融循环后，抗渗压力仅为0.1MPa，而内掺渗透结晶材料的试件经过50次冻融循环后，抗渗压力却达0.8MPa。这表明，渗透结晶材料对混凝土的抗冻融破坏能力有很好的改善作用，采用内掺法可明显提高混凝土的抗冻融破坏性。这主要是因为，基准试件内部存在大量孔径为大于200nm的毛细孔，渗透性高，水就很容易进入混凝土，而毛细孔中的自由水的

7、冰点温度较高，在寒冷环境下容易结冰膨胀而导致混凝土发生冻融破坏。而掺渗透结晶材料的试件由于活性化合物通过化学转换反应显著增强了混凝土的密实性，降低了试件的孔隙率，同时基本消除了孔径为100~200nm的有害孔和孔径大于200nm的多害孔，孔隙分布主要为20nm以下的无害孔，由于在这些孔隙中水的冰点很低，因此可有效减少孔隙水对试件产生的冻融膨胀破坏，显著提高混凝土的抗冻融破坏能力。3微观结构表征混凝土的性能与其水泥石的微观结构（孔隙率、孔分布、水化产物等）及集料一水泥石界面结构等有密切的关系[7~11]。因此，采用扫描电子显微（

8、SEM）和压汞法(MIP)对混凝土的微观结构进行测试分析，有利于诠释混凝土的抗侵蚀和抗冻融性能。3.1SEM结构与分析93.1.1渗透结晶材料影响水泥水化物SEM结构与分析利用扫描电镜研究混凝土微观形貌并从微观结构层次上揭示材料的性能是研究材料结构的最基本方法。采用SEM对2