道路轻骨料混凝土耐久性及微结构研究

龙 杰，肖静宇

(1.中机国际工程设计研究院有限责任公司，湖南 长沙 410007；2.湖南农业大学东方科技学院，湖南 长沙 410128)

0 引 言

1 材料与试验方法

1.1 试验材料

水泥：宁乡水泥厂出产P.O 42.5，比表面积328 m2/kg。

砂：机制砂，细度模数2.80，表观密度2 660 kg/m3，堆积密度1 490 kg/m3。

矿物掺合料：超细粉煤灰(Ultra-fine fly ash，简写UFA)，比表面积为550 m2/kg；一级粉煤灰(Fly ash(I)，简写FA(I))，比表面积为425 m2/kg；硅灰(Silica fume，简写SF)比表面积20 000 m2/kg。

页岩陶粒：破碎型和圆球型高强页岩陶粒。

1.2 试验方法

耐久性试验：参照GB/T 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法和标准》，尺寸为100 mm立方体，Na2SO4溶液选用0%、5%、10%三种不同浓度，进行干湿循环试验(一次循环定义为溶液中浸泡12 h，标准烘箱12 h)，循环0、10、20、50次后，进行抗压破坏试验，并计算抗蚀系数K=试件干湿循环后的抗压强度/试件干湿循环前的抗压强度。

1.3 混凝土配合比设计

配合比设计参考JGJ/T 12-2019《轻骨料混凝土应有技术标准》执行。主要配合比参数：胶凝材料质量约450 kg/m3，先用FA(I)等体积置换30%机制砂。同时，再将UFA等量置换水泥或者将SF等量置换水泥，UFA置换率分别为10%，20%，30%，0%，SF置换率分别为5%、8%、10%和15%。一般混凝土设为P0，LWC编号为Q0，UFA取代编号依次为F10、F20、F30、F40，SF取代编号依次为S5、S8、S10、S15。

2 试验结果与分析

图1 浓度为0%干湿循环抗压强度值

图2 浓度为5%干湿循环抗压强度值

图3 浓度为10%干湿循环抗压强度值

对试件的腐蚀影响最具代表性的Na2SO4溶液浓度为5%，此时最为接近外界的实际环境。干湿循环50次后的混凝土，抗蚀系数K值走向如图4，先增后减。UFA最优置换率为20%，K值为99.4%；与此同时，SF最优置换率为10%，K值为99.6%，略高于UFA。相比之下，P0的K值为83.0%，Q0的K值为95.9%。推测其原因：双掺环境(FA(I)和UFA，或者FA(I)和SF)，水泥中C3A含量降低，而混凝土体系中的CH被二次水化反应消耗了，试块环境碱度被降低了，减缓了反应的进一步进行。但当SF掺量超过一定范围时，可能是由于水泥水化反应的Ca2+不足，凝胶体对孔隙的填充减少，抗蚀性不增反减；UFA超过一定范围时，可能由于早期强度太低，水化反应迟缓，抗蚀性有所下降。由上述可知，当UFA和SF置换率分别为20%和10%时，能在最大程度上抑制钙矾石和石膏的形成。

图4 掺合料对轻骨料混凝土抗蚀性的影响

压汞试验测得混凝土标准养护28 d孔隙率及所占百分比(表1)，各组试样与P0相比，其孔隙率普遍降低，100 nm以上的有害孔占比显著降低。比100 nm小的孔径所占百分比，由大到小依次为：S10、S8、F20、S15、S5、F10、F40、Q0、P0。同时运用工业CT透视图观察宏观结构，普通混凝土(P0)和轻骨料混凝土(Q0)28 d工业CT透视图。内部孔隙相对较大且分布较密的普通混凝土基体，更易被侵蚀性介质侵蚀造成破坏。

表1 不同混凝土28 d内部孔隙率

由表1可知，轻骨料的孔隙率显著降低，百分比含量明显增多的是50～100 nm，F20为P0的1.48倍，S10为P0的1.56倍；小于100 nm百分比含量，F20为P0的1.39倍，S10为P0的1.46倍，且随龄期的增长，各组试样也均呈现出不断细化的发展趋势，SF轻骨料混凝土孔隙率比UFA轻骨料混凝土稍低。

3 结 论

(1)在相同条件下，LWC具有优良的抗蚀性，超细粉煤灰最优置换率为20%，硅灰最优置换率为10%。

(2)在双掺环境中，试样孔径明显减小，特别是50～100 nm的百分比含量显著增加，相对于普通混凝土，超细粉煤灰、硅灰LWC中孔径小于100 nm的累计百分比含量分别为1.39和1.46倍。