水灰比对硫铝酸盐水泥基高性能混凝土性能的影响

王昱涵 董 浩

（青岛鲁碧混凝土工程有限公司，山东 青岛 266100）

1 引言

硫铝酸盐水泥基高性能混凝土具有快硬、早强、微膨胀、抗渗、抗冻及耐蚀性等特性，其在寒冷地区、港口、码头、盐碱地区及水工等工程中具有独特的优势。硫铝酸盐水泥自面世以来，以其早强、高强、高抗渗、高抗冻、耐蚀、低碱度等特点在各种工程（如沿海大桥、抢修路面等）中得到广泛应用，特别是在冬季施工、水利工程、修补工程等特殊工程中应用，更能发挥其优良的性能。但是，目前硫铝酸盐水泥基高性能混凝土的研究相对较少。

本文主要研究水灰比对硫铝酸盐水泥基高性能混凝土性能的影响，包括抗压强度和抗碳化性，并利用SEM对其进行微观机理分析，以便为硫铝酸盐水泥在工程中的应用提供一定的技术指导。

2 原材料与试验仪器

2.1 原材料

（1）水泥：硫铝酸盐水泥(R·SAC42.5)，山东省济南市某厂产。

（2）矿粉：S95级矿渣，流动度比116%，山东省日照市日钢厂产。

（3）粉煤灰：Ⅱ级粉煤灰，山东省青岛市发电厂产。

（4）砂：河砂，细度模数2.65，含泥量1.3%，山东省青岛市莱西某砂厂产。

（5）石子：5～31.5mm连续级配碎石，山东省青岛市城阳某石料厂产。

表1为硫铝酸盐水泥(R·SAC42.5)、矿粉和粉煤灰的化学成分。

表1 硫铝酸盐水泥、矿粉、粉煤灰的化学成分

2.2 试验仪器

强制式混凝土搅拌机SJ-60、混凝土振动台T5、万能实验压力机SY6、全自动抗渗仪ST1等。

3 结果和分析

硫铝酸盐水泥基高性能混凝土配合比见表2。

表2 硫铝酸盐水泥基高性能混凝土配合比（不同水灰比下）

3.1 水灰比对硫铝酸盐水泥基高性能混凝土力学性能的影响

表3和图1为水灰比对硫铝酸盐水泥基高性能混凝土抗压强度影响的实验结果。

表3 水灰比对硫铝酸盐水泥基高性能混凝土抗压强度的影响

图1 水灰比对硫铝酸盐水泥基高性能混凝土抗压强度的影响

从表3和图1中可以看出：随着水灰比的不断增加，硫铝酸盐水泥基高性能混凝土早期和后期强度随之下降，即水灰比越大其强度越低；硫铝酸盐水泥基高性能混凝土具有较高的早期强度，尤其是低水灰比的早强更明显。例如，以28d强度为基准，水灰比为0.33的4#试样，1d强度可达72%以上，3d强度可达81%以上；而水灰比为0.49的1#试样，1d强度只有50%，3d强度只有65%。另外，硫铝酸盐水泥基高性能混凝土半年（6个月）强度仍在增长，即强度长期稳定性高。

3.2 水灰比对硫铝酸盐水泥基高性能混凝土抗碳化性能的影响

3.2.1 水灰比对硫铝酸盐水泥基高性能混凝土碳化深度的影响

图2是水灰比对硫铝酸盐水泥基高性能混凝土碳化深度影响的实验结果。

图2 水灰比对硫铝酸盐水泥基高性能混凝土碳化深度影响的试验结果

从图2中可以看出：硫铝酸盐水泥基高性能混凝土碳化深度随着水灰比的减少而降低，随着碳化时间的延长而增大，即水灰比越小碳化深度越小，碳化时间越长碳化深度越大。这是因为水灰比是影响混凝土内部结构的重要因素，水灰比越大，混凝土内部结构的孔隙越多，连通孔越多，混凝土内部越不密实，CO2在其中就越易扩散，因而碳化速度也就越快。

3.2.2 水灰比对硫铝酸盐水泥基高性能混凝土碳化前后强度的影响

图3为水灰比对硫铝酸盐水泥基高性能混凝土碳化或未碳化强度影响的实验结果。

图3 水灰比对硫铝酸盐水泥基高性能混凝土碳化前后强度影响的实验结果

从图3中可以看出：硫铝酸盐水泥基高性能混凝土未碳化的强度，在相同水灰比下随着养护龄期的延长而增大，在相同养护龄期下随着水灰比的减小而增大；硫铝酸盐水泥基高性能混凝土碳化的强度，在相同养护龄期下随着水灰比的减小而增大；而在相同水灰比下与碳化龄期关系复杂，当水灰比为0.38～0.49时，碳化后的强度低于未碳化的强度，特别是水灰比为0.49时比效明显，当水灰比为0.33～0.35时，碳化后的强度高于未碳化的强度，这可能是影响水灰比对硫铝酸盐水泥基高性能混凝土抗碳化性能的原因，即硫铝酸盐水泥基高性能混凝土水灰比越低其抗碳化能力越高。

3.3 水灰比对硫铝酸盐水泥基高性能混凝土抗碳化性的SEM微观分析

图4(a)、(b)、(c)、(d)分别是不同水灰比下硫铝酸盐水泥基高性能混凝土水化7d的SEM图。

从图4中可知：随着水灰比的不断增加，其硬化浆体-骨料之间的水化膜逐渐变厚，两者的结合变差，水化产物模糊，分布无规律，水化产物之间的搭结松散，即硫铝酸盐水泥基高性能混凝土水灰比越小，混凝土的内部结构越致密，孔隙率越小，孔径分布越合理，从而提高混凝土的强度、抗渗性和抗碳化性等耐久性能。

图4 不同水灰比下硫铝酸盐水泥基高性能混凝土水化7d的SEM图

4 结语

（1）随着水灰比的不断增加，硫铝酸盐水泥基高性能混凝土早期和后期强度逐渐下降，即水灰比越小混凝土抗压强度越高。

（2）随着水灰比的不断增加，硫铝酸盐水泥基高性能混凝土抗碳化性逐渐下降，即水灰比越小其混凝土抗碳化性能越强。

（3）SEM微观分析表明：随着水灰比的下降，其硫铝酸盐水泥基高性能混凝土内部结构更致密、孔隙减少、孔径分布更加合理。