偏高岭土砂浆耐久性研究

刘兴平，丁华柱，都增延，陈源伟，周白露

（1重庆市慧江混凝土有限公司，重庆400063；2重庆朝国混凝土有限责任公司，重庆401433；3重庆建工建材物流有限公司，重庆401122；4重庆纬骏水泥制品有限责任公司，重庆401519；5重庆驰旭混凝土有限公司，重庆402247）

偏高岭土砂浆耐久性研究

刘兴平1，丁华柱2，都增延3，陈源伟4，周白露5

（1重庆市慧江混凝土有限公司，重庆400063；2重庆朝国混凝土有限责任公司，重庆401433；3重庆建工建材物流有限公司，重庆401122；4重庆纬骏水泥制品有限责任公司，重庆401519；5重庆驰旭混凝土有限公司，重庆402247）

偏高岭土组成稳定，来源广泛，作为水泥混凝土矿物掺合料，其火山灰活性可以与硅灰相当，因此采用偏高岭土来制备高性能混凝土的潜力巨大。该试验研究了0%、10%和30%三种偏高岭土掺量下的水泥胶砂试件在盐酸侵蚀和硫酸盐侵蚀两种侵蚀环境下的耐久性和抗压强度、抗折强度。结果表明：当偏高岭土掺量为10%时，能够显著提高水泥混凝土的耐久性和抗压强度、抗折强度，特别是抗硫酸盐侵蚀性能；而偏高岭土掺量达到30%时，其改善效果反而不及10%掺量。

偏高岭土；酸侵蚀；硫酸盐侵蚀；火山灰质材料；混凝土耐久性

近年来，火山灰质材料被广泛使用，在于火山灰质材料能够明显地降低碳排放、降低混凝土成本以及降低混凝土水化放热，同时能够降低混凝土渗透性，提高混凝土的耐久性[1-9]。偏高岭土是一种重要的火山灰质材料，能够显著提高水泥基材料的强度和耐久性。英国、美国、法国等国家近些年来也不断地在研究偏高岭土，已经初步研究了其对水泥混凝土力学性能的影响。美国学者Caidrone[10-11]及Gruber K.A[12-13]通过对比掺加不同掺量偏高岭土和硅灰粉后水泥胶砂的力学性能，研究表明：掺加相同掺量的偏高岭土水泥的性能可以与掺加硅灰的水泥性能相媲美；同时，国内外其他研究也表明[14-20]偏高岭土对于水泥混凝土耐久性的改善有不同程度的提高。因此，偏高岭土有希望取代硅灰，从而成为新一代的高活性矿物掺合料。

在混凝土化学侵蚀中，硫酸盐侵蚀和盐酸侵蚀是较为严重的侵蚀类型。硫酸盐侵蚀中，硫酸盐主要来源于土壤、地下水以及海水，其主要导致混凝土长期耐久性的失效，造成混凝土膨胀、开裂直至混凝土结构崩溃。硫酸盐能够与混凝土中的氢氧化钙发生一系列的化学反应生成石膏和钙矾石等，同时也会侵蚀C-S-H凝胶。硫酸盐侵蚀程度主要受硫酸根离子浓度、环境温度、水泥组成、水胶比、混凝土孔隙率以及是否使用矿物掺合料。当混凝土遭受酸侵蚀时，其侵蚀速度非常快，酸会溶解混凝土中的氢氧化钙和C-S-H凝胶导致混凝土钙流失，其侵蚀程度主要受酸的种类和浓度影响。

该试验的化学侵蚀环境采用硫酸钠溶液和盐酸溶液进行模拟混凝土遭受硫酸盐侵蚀和酸腐蚀环境，以研究偏高岭土对水泥混凝土耐久性的影响。

1 试验原材料及方法

1.1 原材料

水泥采用重庆天助P·O 42.5R普通硅酸盐水泥，偏高岭土采用湖南超牌，水泥及偏高岭土化学组成见表1。

细集料采用天然砂，细度模数2.7；水：自来水。

1.2 试验方法

试验分组见表2，其中偏高岭土掺量为等量取代水泥，侵蚀溶液为硫酸钠溶液和盐酸溶液，浓度均为5wt%质量浓度。按0.5水胶比成型40mm×40mm×160mm的标准砂浆试件，试件成型24h后拆模，放置标养环境养护至28d后，分别全浸泡在侵蚀溶液中。

表2 试件分组

2 试验结果与讨论

2.1 盐酸侵蚀耐久性

图1为各组试件浸泡在盐酸溶液中随龄期变化的质量损失图。从图1可看出，在侵蚀龄期内，三组试件均出现了明显的质量损失，其中未掺偏高岭土的试件质量损失最明显，达到12.6%；偏高岭土掺量10%时质量损失最低，为3.8%。从质量损失中可得出三组试件的耐久性：H10＞H30＞H0。

图1 盐酸侵蚀环境下质量损失

为了进一步验证三组试件在盐酸侵蚀环境下的耐久性，以清水全浸泡为基准组测试了90d侵蚀龄期内六组试件的抗压强度和抗折强度，结果如图2和图3所示。偏高岭土掺量0%和30%两组试件在侵蚀90d龄期内，其抗压强度降低幅度最明显，且两组试件的抗压强度几乎没有差别，而在清水浸泡中，三组不同掺量的偏高岭土试件抗压强度均出现了明显的增长；在清水浸泡和盐酸浸泡环境中，偏高岭土掺量10%时，试件的抗压强度最高；在图3抗折强度结果中，其变化规律与抗压强度类似，在盐酸环境下试件的抗折强度出现了明显降低，结果与图1质量损失结果类似，表明偏高岭土掺量10%时，试件具有最好的耐久性。

图2 盐酸侵蚀环境下抗压强度

图3 盐酸侵蚀环境下抗折强度

三组试件浸泡在盐酸溶液中，抗压强度出现明显降低主要在于：盐酸能够与试件内部的氢氧化钙发生化学反应生成氯化钙（化学反应（1）和（2）），从而将钙离子析出，随pH的持续降低，钙矾石、C-S-H凝胶等均会逐渐被分解，Ca/Si比明显降低，从而大幅度降低试件的抗压强度。

2.2 硫酸盐侵蚀耐久性

基于此，本文针对两端式同轨双车运行模式的货位分配问题进行研究，根据货位优先级确定待选货位，建立适合该模式的货位分配模型，运用集成多目标生物地理学优化(Ensemble Multi-objective Biogeography-Based Optimization, EMBBO)算法优化求解，从而提高大型工业立体仓库的存储效率及其结构稳定性。

图4为硫酸盐侵蚀环境下三组试件的质量损失。从图4看出，硫酸盐侵蚀早期三组试件的质量均出现了增长，主要在于早期有大量的硫酸盐扩散进入试件，增加了试件的密实度和质量；质量增长最大的是未掺偏高岭土组试件，表明该组试件内部结构相比于其他两组试件更疏松，偏高岭土的掺入能够明显改善水泥混凝土的密实性，相比于未掺试件，其硫酸盐扩散进入的量少。在180d侵蚀龄期内，未掺偏高岭土试件质量损失最明显，其硫酸盐侵蚀破坏程度远高于其他两组试件。10%掺量的偏高岭土试件质量损失最小，其次为30%掺量的偏高岭土试件，并且掺入偏高岭土后，试件的质量损失均较小，在侵蚀180d时质量损失均不超过0.2%。三组试件在硫酸盐侵蚀环境下的质量损失变化规律与盐酸侵蚀环境下类似，均是10%掺量的偏高岭土试件具有最好的耐久性。

图5 和图6分别为硫酸盐侵蚀环境下和清水对比下六组试件的抗压强度和抗折强度。从图5可看出，在整个试验龄期内，六组试件的抗压强度和抗折强度在试验早期均出现了不同程度的增长，掺有偏高岭土的试件的抗压强度和抗折强度增加更加明显，表明偏高岭土能够明显地改善水泥混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能。在硫酸盐侵蚀环境中，试件早期龄期强度的增长主要在于硫酸盐的大量扩散以及早期的硫酸盐侵蚀产物石膏和钙矾石等在一定程度上密实了试件内部结构，后期的强度降低则是大量的侵蚀产物吸水膨胀导致内部裂缝增多以及C-S-H凝胶被侵蚀。同时，无论是在清水浸泡还是在硫酸盐浸泡中，10%掺量的偏高岭土试件抗压强度增长均是最大，其测试结果与图2中类似，即水泥混凝土中偏高岭土掺量为10%时，水泥混凝土的耐久性能和力学性能最好，而偏高岭土掺量达到30%时，其耐久性能和抗压强度反而不如10%掺量。

图5 硫酸盐侵蚀环境下抗压强度

图6 硫酸盐侵蚀环境下抗折强度

水泥混凝土中加入偏高岭土后，首先是偏高岭土的二次水化反应能够消耗水泥混凝土中的氢氧化钙，生成新的C-S-H凝胶，增加水泥混凝土的密实性；同时，偏高岭土自身也具有密实效果，使水泥混凝土更加密实，从而有利于提高水泥混凝土的耐久性和抗压强度。当偏高岭土掺量过高时，则是相对的降低了整个体系的水泥含量，降低了整个水泥混凝土内部的碱性环境，在侵蚀环境中反而不利于水泥混凝土的后续耐久性和抗压强度。

3 结论

（1）在盐酸侵蚀和硫酸盐侵蚀两种侵蚀环境中，偏高岭土10%掺量时试件质量损失最小，抗压强度和抗折强度最高，其次是30%掺量的偏高岭土试件。

（2）盐酸侵蚀主要造成的是水泥混凝土的溶蚀破坏，酸性环境能够直接反应水泥混凝土中的氢氧化钙和溶解C-SH凝胶，从而造成水泥混凝土严重破坏。

（3）在侵蚀环境中偏高岭土能够明显降低水泥混凝土的质量损失，提高水泥混凝土的抗压强度和抗折强度，特别是能够大幅度改善水泥混凝土的抗硫酸盐侵蚀能力。

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责任编辑:孙苏,李红

窗外钢结构面层材料做法

城市建设中，过街天桥及建筑连廊等室外建筑均大量采用钢结构，然而在面层材料选择时，往往忽略钢结构的以下三个特点。

（1）钢结构质量轻，柔性好，使用中有颤动。

（2）若在室外用硬质地材料与其紧密结合，会因热胀冷缩性能不同而导致面层材料与基层脱离。

（3）钢结构承载能力较差，面层材料须尽量选轻质材料。

结合以上特点，室外钢结构建筑的面层材料不宜选用地砖、石材等硬质地材料，可选择软木构件、塑料地板等柔性材料，考虑室外钢结构的美观、防滑、实用、耐候、耐用的要求，面层选择可用以下构造。

（1）铺设5mm厚聚氨酯硅PU塑胶面层，简单易行，荷载也不会超过设计要求。

（2）喷涂室外地坪漆，能达到优异的耐候性和装饰性。

（3）铺设PVC室外塑料地板，装饰性与实用性一体。

（4）园林效果可铺设木质平台块，块材间用室外胶连接固定。

以上是常用的室外钢结构面层做法，只要遵循钢结构和面层材料的性能特点，就可选出更多符合条件的面层材料。

Study on Durability of Metakaolin Mortar

Metakaolin is component stable and widely available,and its pozzolanic activity is comparable with that of silica fume when used as a mineral admixture for cement concrete,so it has great potentiality to be applied to produce high performance concrete.This research studies the durability,compressive strength and flexural strength of cement mortar specimens with 0%,10%and 30%of metakaolin content under the two different corrosion conditions of hydrochloric acid attack and sulfate attack.The results show that when the admixture of metakaolin is 10%,the durability,compressive strength and flexural strengthof cement concrete can be dramatically improved,especially its sulfate resistance performance,but when the admixture of metakaolin reaches 30%,its improvement effect weakens than that of 10%.

metakaolin;hydrochloric acid attack;sulphate attack;pozzolanic materials;concrete durability

TU528.1

A

1671-9107（2017）09-0055-04

10.3969／j.issn.1671-9107.2017.09.055

2017-03-19

刘兴平（1976-），男，四川安岳人，本科，工程师，从事预拌混凝土技术质量管理。