HQ型阻锈剂对碱激发水泥混凝土性能的影响

龙肖娟（阳春市新三马建材有限公司）



HQ型阻锈剂对碱激发水泥混凝土性能的影响

龙肖娟
（阳春市新三马建材有限公司）

【摘要】论文探索了HQ型阻锈剂对碱激发混凝土的工作性能、凝结时间、力学性能、碳化深度、砂浆自由氯离子含量及砂浆钢筋锈蚀性能的影响，通过SEM及MIP微观结构测试研究了HQ型阻锈剂对碱激发水泥微观结构的影响。结果表明：HQ型阻锈剂对混凝土的力学性能、碳化及砂浆各龄期自由氯离子含量无显著影响，可提高水泥混凝土的工作性能、缩短混凝土凝结时间，HQ型阻锈剂可使水泥浆体更加密实、降低总孔隙率，从而提高碱激发水泥混凝土的抗锈蚀性能。

【关键词】碱激发水泥；HQ型阻锈剂；碳化深度；钢筋锈蚀

1　前言

近年来，我国频现海中建筑物或临海建筑物破坏的现象。众所周知，海水是高含盐分的物质，其中的氯离子和硫酸根离子对于混凝土的耐久性有决定性的影响［1］。有关调查资料表明，我国海港码头使用5～10年，就有高达80%以上的码头遭受不同程度腐蚀破坏，大多达不到设计使用年限［2］。究其原因，一方面长期以来钢筋混凝土结构设计只强调荷载作用下的结构安全性，而对耐久性问题关注不够，另一方面如何提高海工混凝土耐久性能是一项技术难题。大量工程调查研究表明，钢筋锈蚀是混凝土结构破坏失效的最主要原因，氯离子侵蚀和混凝土碳化是钢筋锈蚀的主要因素［3，4］。氯离子腐蚀主要是破坏钢筋表面的钝化膜，再加上Cl-的去极化作用和Cl-的导电作用从而引起了钢筋的锈蚀。锈蚀钢筋转为铁锈时，体积最大膨胀6倍；导致混凝土胀裂，降低钢筋与混凝土的粘结力，从而导致结构承载能力的降低。因此，对海洋环境下钢筋的防腐蚀设计显得尤为重要［5］。

当前，我国大力发展海洋工程建设，对先进的海工混凝土材料需求不断加大，碱激发材料由于其独特的性能，已成为海工混凝土研究的热点。碱激发胶凝材料是在激发剂作用下矿渣微粉和粉煤灰等工业副产物通过溶解、水解、缩聚和固化等过程形成，具有共价键网状结构的胶凝材料［6］。碱激发材料硬化后，微观结构致密，浆体内无Ca（OH）2和钙矾石，不易与海水中盐分发生反应［7］；另外碱激发材料的合成机理与水泥水化机理不同，合成过程中放热少，进一步减少材料内部微裂纹等缺陷［8］，因此碱激发胶凝材料适用于制备海工混凝土［9，10］。通过向碱激发混凝土中掺加HQ型液态阻锈剂，提高碱激发混凝土的抗钢筋锈蚀性能，促进碱激发混凝土在海洋工程中的应用。

2　试验材料和方案

制备砂浆的碱激发水泥由广州谱梦新材料技术有限公司生产，主要成分为矿渣微粉，密度为2.73g/cm3，胶砂28d强度为47.7MPa，广东韶关钢铁集团S95矿渣微粉，厦门艾思欧标准砂有限公司生产标准砂，5～25mm碎石，模数2.3的河沙，φ8光圆钢筋，固态聚羧酸减水剂，市售HQ型阻锈剂。

为了比较HQ阻锈剂对碱激发混凝土的影响，选定一定强度等级和流动度混凝土，空白组不参加阻锈剂，通过工作性能、力学性能、碳化性能、凝结时间等测试，结合砂浆的加速钢筋锈蚀测试、扫描电镜分析、孔径分析，综合比较了HQ阻锈剂对碱激发水泥混凝土的影响。混凝土和砂浆配合比分别为表1、表2。

表1　混凝土配合比（kg）

表2　砂浆配合比（g）

3　结果与分析

3.1新拌混凝土工作性能和凝结时间测试

按照GB/T50080-2002《普通混凝土拌和物性能试验方法》规定的方法测定混凝土的坍落度和凝结时间。新拌混凝土的坍落度和凝结时间结果如表3。

表3　混凝土工作性能和凝结时间

混凝土拌合物工作性能和凝结时间测试结果表明，掺加HQ阻锈剂混凝土流动性较好，凝结时间较空白组缩短。

3.2混凝土力学性能测试

根据《普通混凝土力学性能试验方法标准》的规定，测定两组混凝土试样的3d、7d、14d和28d抗压强度，结果如表4：

表4　混凝土强度发展（MPa）

表4可以看出碱激发混凝土早期强度较高，强度发展良好，掺HQ阻锈剂对混凝土强度的影响较小，由于阻锈剂有促凝的作用，因此早期强度较控制组试样略高，后期掺阻锈剂试样强度和控制组相近。

3.3混凝土碳化深度测试

抗碳化性能是影响混凝土耐久性的最重要因素之一，碳化会降低混凝土的pH值，导致钢筋锈蚀。参照GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》，自然条件下养护28d、标准养护28d和84d试样进行加速碳化试验，加速碳化7d时，劈开试样，喷洒酒精酚酞试剂，测试碱激发混凝土的碳化深度。测试结果如图1、表5：

图1　碱激发混凝土7d碳化深度测试

表5　混凝土碳化深度（mm）

由图1、表5可以看出，阻锈剂对混凝土抗碳化性能无显著影响，掺阻锈剂和控制组试样标准养护28d和84d，7d加速碳化后，碳化深度均略有降低，掺阻锈剂试样拆模后自然条件下养护28d，7d加速碳化后碳化深度为24.6mm，约是水中养护试样的2倍，碳化速度非常快，因此阻锈剂用于碱激发混凝土时，须注意养护制度。

3.4砂浆自由氯离子含量测量

目前，鲜有碱激发水泥与氯离子结合能力的研究，因此开展了砂浆自由氯离子含量测试。向两组胶砂中分别加入质量分数为0.8901%（占胶材量）的氯离子，分别养护1d、3d、7d、28d后，测试砂浆内自由氯离子含量（砂浆内固有自由氯离子可以忽略不计），结果如表6。

表6　对比砂浆不同龄期自由氯离子含量

由表6可以得出，初始氯离子含量相同的情况下，各龄期碱激发砂浆内自由氯离子含量均相近，1d、3d龄期掺阻锈剂胶砂中自由氯离子含量略低，阻锈剂的加入对氯离子的固化无显著影响。

3.5砂浆钢筋锈蚀性能测试

参照SL352-2006《水工混凝土试验规程》测试碱激发水泥砂浆的钢筋锈蚀性能。碱激发砂浆试样在模拟海水中分别干湿循环12次和30次后劈开，钢筋经过清洗、干燥后称其质量，计算钢筋失重率，失重率试验结果如表7和图2：

表7　不同次数干湿循环后钢筋失重率（%）

图2　30次干湿循环后钢筋锈蚀

从图2和表7可以看出干湿循环12次时，掺阻锈剂碱激发试样和控制组试样失重率为0.7%和0.9%。30次循环后空白组碱激发试样，钢筋已严重锈蚀，失重率达2.8%，而掺加HQ型阻锈剂试样，失重率增加较少，砂浆内钢筋仅两端锈蚀。碱激发水泥砂浆由于海水拌合，砂浆内氯离子初始含量很高，早期钢筋已发生部分锈蚀，由于阻锈剂的抑制作用和砂浆密实程度的提高，钢筋失重率的增长缓慢。

3.6SEM测试

掺加HQ阻锈剂胶砂试样与空白组胶砂试样养护至28d时，取样，经过酒精浸泡、烘干后做SEM测试，测试结果如图3。

图3　碱激发砂浆SEM分析

从图3看出，掺加阻锈剂后浆体内出现一层薄膜状，浆体更加密实，海水中氯离子较难渗入，因此表现出较强的抗钢筋锈蚀性能。

3.7砂浆孔径分布测试

分别取干湿循环后砂浆试样，经过无水乙醇浸泡、烘干后，进行MIP测试，测试结果如图4。

图4　砂浆孔径分布

M0、MH试样浆体的总孔隙率分别为8.2539%、7.6283%。从图4可以看出MH试样粒径分布图左移，小孔径孔较多，总孔隙率较小，氯离子较难渗透进入，因此，海水中干湿循环后，钢筋锈蚀程度较小。因此HQ阻锈剂适用于碱激发水泥混凝土，特别是海洋环境下。

4　结论

⑴碱激发胶凝材料中加入HQ型阻锈剂对混凝土的力学性能、碳化及砂浆各龄期自由氯离子含量无显著影响。

⑵碱激发水泥混凝土掺阻锈剂试样拆模后自然条件下养护，加速碳化后碳化深度约是水中养护试样的2倍，因此阻锈剂用于碱激发混凝土时，须注意养护制度。

⑶HQ型阻锈剂的加入可以改善碱激发水泥混凝土的工作性能、缩短混凝土凝结时间。

⑷HQ型阻锈剂改善浆体的孔径分布、降低总孔隙率，使水泥浆体更加密实，从而可以提高碱激发水泥混凝土的抗钢筋锈蚀性能。●

【参考文献】

［1］Thierry Chaussadent，Veronique Pujol，Fabienne Farcas.Effectiveness conditions of sodium monofluorophosphate as a corrosion inhibitor for concrete reinforcements［J］.Cement and Concrete Research，2006，36：556-561.

［2］祝烨然，等.阻锈剂及硅粉、阻锈剂联合应用对防钢筋锈蚀效果的研究［A］.沿海地区混凝土结构耐久性及其设计方法科技论坛与全国第六届混凝土耐久性学术交流会［C］.深圳：2004.8.

［3］祁艳军，李崇智.混凝土钢筋阻锈剂阻锈机理的试验探讨［A］.“全国特种混凝土技术及工程应用”学术交流会暨2008年混凝土质量专业委员会年会［C］.西安：2008.4.

［4］Holloway，M.and J.M.Sykes.Studies of the corrosion of mild steel in alkali-activated slag cement mortars with sodium chloride admixtures by agalvanostatic pulse method［J］.Corrosion Science，2005，47（12）：3097-3110.

［5］黄明，沈德建.海洋环境下混凝土中钢筋的防腐蚀设计［J］.混凝土，2006（11）：13-15+19.

［6］Abdalqader，A.F.，F.Jin and A.Al-Tabbaa.Development of greener alkali-activated cement：utilisation of sodium carbonate for activating slag and fly ash mixtures［J］.Journal of Cleaner Production，2016，113：66-75.

［7］Monticelli，C.，et al.Corrosion behavior of steel in alkali-activated fly ash mortars in the light of their microstructural，mechanical and chemical characterization［J］.Cement and Concrete Research，2016，80：60-68.

［8］Gu，K.，et al.Mechanical and hydration properties of ground granulated blastfurnace slag pastes activated with MgO-CaO mixtures［J］.Construction and Building Materials，2014，69：101-108.

［9］付亚伟，等.碱矿渣高性能混凝土冻融耐久性与损伤模型研究［J］.工程力学，2012（03）：103-109.

［10］黎鹏平.胶凝材料组成与钢筋混凝土氯离子腐蚀研究［D］.华南理工大学，2010.126..