粉煤灰与聚合物水泥防水涂料对混凝土抗氯离子侵蚀性能的影响.pdf

新 建蟓 全 国 中 文 核 心 期 刊 粉煤灰与聚合物水泥阳水涂料对混凝土 抗氯离子侵蚀性链昀影响 李漠， 周景润 ( 上海三瑞化学有限公司， 上海2 0 0 2 3 2 ) 摘要 ： 研究了不同掺量下单掺粉煤灰、 表面刷涂聚合物水泥防水涂料以及两者共同作用对混凝土抗氯离子侵蚀性能的影响， 并 分析 了粉煤灰改善混凝土抗氯离子渗透性 能的机理 。结果表 明， 掺 粉煤 灰和刷涂聚合物水泥 防水涂料均 可显著地提高混凝土 的抗 氯 离子渗透能力 ； 粉煤灰的改善效果随着掺量 的增大而增加 ； 粉煤灰 与聚合物水泥防水涂料结合使用 改善效果更优； 粉煤灰的火 山 灰 效应 、 填充效应 以及对氯离子的初 始固化 能力是 改善混凝土抗氯离子渗透性能的 3个重要因素。 关键词： 混凝土； 粉煤灰； 聚合物水泥防水涂料： 氯离子； 渗透 中图分类号： T U 5 6 1 6 5 文献标识码 ： B 文章编号： 1 0 0 1 7 0 2 X( 2 0 1 0 ) 0 8 0 0 7 3 0 4 I n flu e n c e o f f l y a s h a n d p o l y me r c e me n t wa t e r p r o o fin g c o a t i n g O H c o n c r e t e a b i l i t y t o r e s i s t c hl o r i de i o n e r os i on L I Mo ， Z HOU J i n g r u n ( Sh a n g ha i S u n ris e Ch e mi c a l Co L t d ， S h a n g h a i 2 0 0 2 3 2， Ch i n a ) Abs t r ac t ： T h e i n flu e n c e o f s i n g l e -a d d e d fl y a s h wi t h d i f f e r e n t a mo u n t ，p o l y me r c e me n t wa t e r p r o o fin g c o a t i n g a n d c o o p e r a t i o n o n c o n c r e t e S a b i l i t y t o r e s i s t c h l o rid e i o n e r o s i o n i s s t u d i e d a n d t h e a c t i o n me c h a n i s m o f fl y a s h o n c o n c r e t e s a b i l i t y t o r e s i s t c h l o rid e i o n p e n e t r a t i o n i s a n a l y z e d Th e r e s u l t s h o ws ： c o n c r e t e s a b i l i t y t o r e s i s t c h l o rid e i o n p e n e t r a t i o n c a n b e l a r g e l y i mp r o v e d b y fly a s h o r p o l y me r c e me n t w a t e r p r o o f i n g c o a t i n g ， t h e e f f e c t i n c r e a s e d a l o n g wi t h i n c r e a s e d fl y a s h a mo u n t ， t he i mp r o v i n g e f f e c t o f c o o p e r a t i o n o f fl y a s h a n d p o l y me r c e me n t wa t e rp r o o f i n g c o a t i n g i s b e s t ， t h e p o z z o l a n i c e f f e c t s ， p a c k i n g r o l e a n d o r i g i n a l c a p a b i l i t y o f b i n d i n g t h e c h l o rid e i o n o f fly a s h a l e ma i n l y r e s p o n s i b l e f o r t h e i mp r o v e me n t o f c o n c r e t e s a b i l i t y t o r e s i s t c h l o rid e i o n s p e n e t r a t i o n Ke y wor d s： c o n c r e t e： fl y a s h； p o l y me r c e me n t wa t e rpr o o fin g c o a t i n g； c h l o rid e i o n： p e n e t r a t i o n 0 引言 氯离子侵蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性的主要因素之 一 l 1 _ 。氯离子渗入到混凝土保护层中， 并在钢筋表面累积， 当 钢筋表面氯离子达到一定的浓度后， 钢筋开始发生锈蚀， 锈蚀 产物产生体积膨胀， 引起混凝土产生顺筋胀裂、 层裂和剥落破 坏， 破坏后的混凝土又加速了氯离子的渗入， 钢筋发生进一步 的锈蚀， 形成恶性循环， 从而严重影响结构物使用功能及使用 寿命。提高混凝土的抗渗性能可以有效地防止钢筋锈蚀。 收稿 日期： 2 0 1 0 0 4 2 4 作者简介： 李漠 ， 女， 1 9 8 1 年生 ， 山东莱芜人， 硕士。地址 ： 上海市喜泰 路 2 3 7号徐 汇 功能 材料 产业 园 1 7号楼 ， 电话 ： 0 2 1 5 4 0 9 3 0 9 1 ， E ma i l ： l i mo s un ris e e h e mc o n c n。 从混凝土本体出发，混凝土的渗透性与其密实度及孔隙 特征密切相关。由 于降低水灰比和掺加高效减水剂的办法对 提高混凝土抗氯离子渗透性能的作用有限，而矿物掺合料可 以有效地细化混凝土孔隙结构、改善界面区和增加混凝土密 实度， 大幅度地改善混凝土的抗氯离子渗透性能， 是目 前提高 混凝土抗氯离子侵蚀性能的有效措施之一圆 。 另外， 氯环境中应用表面涂层简单易行， 成本低廉， 并且 能够有效阻隔氯离子的渗入， 还可明显减少氧气、 水分、 二氧 化碳等有害介质渗入混凝土中， 从而降低钢筋的腐蚀速度。 近 年来混凝土表面涂层材料如环氧涂层、有机硅和聚合物水泥 基防水涂料等在重大防腐蚀工程中得到广泛应用。 本文采用A S T M C 1 2 0 2 9 7 嘲 的电通量法， 试验研究了不 同掺量的I 级粉煤灰、表面刷涂聚合物水泥防水涂料以及2 种方法结合对混凝土抗氯离子渗透性能的影响，并对粉煤灰 NE W BUl L DI NG M AT E RI AL S 7 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 李漠， 等： 粉煤灰与聚合物水泥防水涂料对混凝土抗氯离子侵蚀性能的影响 改善混凝土抗氯离子渗透性能的作用机理作了分析。 1 试验 1 1 原材料 ( 1 ) 粉煤灰： I 级粉煤灰( F A ) ， 勃氏比表面积4 4 0 m 2 k g 化学成分见表 1 。 表 1 粉 煤 灰 的化 学 成 分 ( 2 ) 聚合物水泥防水涂料( J S 防水涂料) ： 由液体组分和 固体组分组成的双组分水乳型防水涂料，其中液体组分主要 是丙烯酸酯乳液( P A M ) ， 采用上海三瑞公司的V i v i d 一 4 0 2丙 烯酸弹性聚合物乳液， 乳白色液体， 固含量( 5 5 0 1 0 ) ， p H 值为7 0 8 0 ， 密度 1 o 4 1 0 5 g c m ， 黏度小于4 0 0 0 m P a S ， 玻 璃化温度 为一 1 5 ， 并添加有各种助剂。固体组分是以水 泥为主要成分的无机粉料。J S防水涂料配方见表2 。 表 2 J S防水涂料配方 ( 3 ) 水泥( C ) ： 安徽宁国水泥厂 生产的海螺牌P 0 4 2 5 水 泥， 勃氏比表面积3 5 0 m 2 k g ， 细度1 4 ， 安定性合格。水泥的 主要物理化学性能见表3 。 表 3 水泥的主要物理化学性能 ( 4 ) 砂： 河砂， 细度模数为2 7的中砂， 密度 2 6 5 g c m ， 含 泥量 1 5 。 ( 5 ) 粗骨料： 选用质地坚硬、 表面粗糙、 级配良 好的碎石， 粒径为5 2 5 m m ， 含泥量小于0 2 ， 表观密度2 7 g c m 。 ( 6 ) 外加剂： 上海三瑞公司V i v i d 一 5 0 0 聚羧酸盐高效减水 剂， 减水率大于2 5 。 ( 7 ) 水： 自 来水。 1 2 试验方案 试验采用固定原拌混凝 的砂率为4 0 、 水胶比为0 4 ， 7 4 新型建筑材料 2 0 1 0 。 8 通过调整减水剂的掺量控制混凝十的坍落度，对比试验研究 掺量分别为2 0 、 4 0 和6 0 时单掺粉煤灰对混凝土抗氯离 子渗透性能的影响，另外，取空白混凝土和粉煤灰掺量为 4 0 的混凝土( 3 2 号) ， 在表面分别刷聚合物水泥防水涂料， 对比试验研究掺粉煤灰与表面刷聚合物水泥防水涂料及其共 同作用对混凝 f 抗氯离予渗透性能的影响。混凝土的配合比 设计见 表4 。 表4 试验方案设计 1 3 试验方法 ( 1 ) 试块制备及养护方法 用强制式搅拌机搅拌，混凝土试块尺寸为 1 0 0 m m x 5 0 m m， 标准养护至规定龄期， 用于涂聚合物水泥基防水涂料的 试块养护2 1 d ， 其余均养护2 8 d 。 ( 2 ) 聚合物水泥防水涂料涂层方法 在涂防水涂料之前， 要对试件表面进行修补和处理。 清理 试件表面后要保证试件表面无明水方可进行涂覆。将乳液和 粉料按 1 ： 2 的质量比混合均匀后， 分多次涂于试件成型面， 使 涂膜厚度为 l 2 m m 。涂覆防水涂料后， 在标准条件下继续养 护至2 8 d ， 用于渗透性试验。 ( 3 ) 混凝土抗氯离了渗透性测试方法 按 A S T M C l 2 0 2 9 7 采用直流电通量法， 试验装置见图 1 。该方法是将标养至龄期的混凝士试块进行真空饱水， 侧面 密封并安装到测量池中， 两端置铜网电极， 成型面浸入3 的 N a C 1 溶液( 负极) ， 另一端面浸入0 - 3 m o l L的N a O H溶液( 正 极) ， 测量6 0 v电压下6 h内通过试件的电通量。 图 1 电通量试验装置 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 李漠， 等： 粉煤灰与聚合物水泥防水涂料对混凝土抗氯离子侵蚀性能的影响 1 4 混凝土渗透性评价标准 混凝土的渗透性能可根据电通量的高低进行评判，电通 量越低， 混凝土的渗透等级越低， 混凝土的抗氯离子渗透性能 越好。混凝土的渗透性能评价标准见表5 。 表 5 电通量与混凝 土渗透性能的关系1 4 1 2 试验结果及分析 2 1 粉煤灰掺量对混凝土抗氯离子渗透- 眭能的影响 单掺粉煤灰，掺量分别为2 0 、 4 0 H 6 0 i 4 凝土6 h 电通量的试验结果见图2 。 咖 蚓 图 2不同掺量粉煤灰混凝土的电通量 由图2 可知， 空白 混凝土试件的6 h电通量为2 2 9 1 C ， 分 别掺入2 0 、 4 0 和6 0 粉煤灰的混凝土的6 h电通量分别 为2 0 1 2 C 、 1 3 2 4 C和 1 2 4 1 C 。对比空白试样， 掺量为2 0 时， 混凝土电通量降低幅度仅为 1 2 、 渗透等级仍为“ 中” ； 掺量 增加到4 0 时，电通量值大幅度下降至空白试样的5 8 ， 混 凝土的渗透等级也从“ 中” 降为“ 低” ； 继续增大掺量到6 0 ， 电通量值变化不大， 下降至空白试样的5 4 ， 混凝土的渗透 等级仍为“ 低” 。 综上所述，掺入粉煤灰可大幅度提高混凝土的抗氯离子 渗透能力， 随着粉煤灰掺量的增大， 混凝土的抗氯离子渗透性 能逐渐提高， 掺入适量的粉煤灰， 是改善混凝土抗氯离子渗透 性能的有效方法之一。 2 2 粉煤灰改善混凝土抗氯离子渗透性能的 作用机理分析 混凝土的渗透性能由2 个基本因素决定， 一是混凝土对 氯离子渗透的扩散阻碍能力：二是混凝土对氯离子的物理 或化学结合能力， 即固化能力嘲 。 混凝土对氯离子渗透的扩散阻碍能力主要受制于混凝士 的孔隙率及孔径分布。 有研究表明 ， 水化产物C a ( 0 H ) 由于 晶体粗大、 稳定性极差、 很容易遭到氯盐等腐蚀介质侵蚀， 是 影响混凝土耐久性的重要因素。粉煤灰掺入后发挥其火山灰 效应， 与C a ( O H ) 发生_一次水化反应， 使C a ( 0 H ) 的生成数 量减少，并改善其在水泥石一 集料界面过渡区上的富集与定 向排列， 从而优化了界面结构， 同时生成了数量更多的具有更 高强度、 更高稳定性的低碱度水化硅酸钙凝胶。 水化产物的改 善以及粉煤灰的填充效应， 使水泥石和界面结构更加致密， 大 大降低了混凝土的孔隙率， 减少了孔径尺寸， 阻断了渗透通路 “ 贯通孔( 水泥石中的贯通孔、 集料中的贯通孔、 水泥石和集料 界面的贯通孔是氯离子渗透的3 个主要途径。 ) ” 的形成， 从而 提高了混凝土对氯离子渗透扩散的阻碍能力。 氯离子在混凝土中以3 种方式存在： 化学结合( 氯离子和 C 生成F r i e d e l 盐嘲 ) ， 物理吸附( 氯离子被 C S H凝胶所吸 附)和游离形式。混凝土对氯离子的固化能力既影响渗透速 率， 又影响水中自由氯离子的结合速率。 由于粉煤灰本身较强 的初始固化能力， 二次水化反应产物C S H凝胶具有非常大 的比表面积， 对氯离子也有较强的物理吸附能力， 另外， 粉煤 灰中较高含量的无定形A l 2 o 与氯离子反应生成F r i e d e l 盐。 故改善了混凝土对氯离子的固化吸附能力。 综上所述，粉煤灰不仅可以增大混凝土内部结构的密实 度以降低氯离子的渗透速率，同时改善了混凝土对氯离子的 固化能力， 从而提高了混凝土的抗氯离子侵蚀能力。 2 3 聚合物水泥防水涂料对混凝土抗氯离子 渗透性能的影响 经试验， 表面刷涂聚合物水泥基防水涂料混凝土试件的 6 h电 通量为6 8 5 C ， 相比空白混凝土试件的6 h 电通量2 2 9 1 C ， 聚合物水泥防水涂料可使混凝土的电通量降至3 0 ，渗透等 级降至“ 极低” 。 由此可见， 在混凝土表层刷涂聚合物水泥防水涂料， 可大 大提高其抗氯离子渗透能力，是改善混凝土抗氯离子渗透性 能的有效方法之一。 2 4 粉煤灰和聚合物水泥防水涂料共同作用对 混凝土抗氯离子渗透性能的影响 试验选取粉煤灰掺量为4 0 的混凝土， 在其表面刷涂聚 合物水泥防水涂料，研究两者共同作用对混凝土电 通量的影 响。 试验结果表明， 掺加粉煤灰和表面刷涂聚合物水泥防水涂 料后混凝土的电通量为 3 7 2 C ，相比空白混凝土的电通量 2 2 9 1 C ，两者共同作用的混凝土电通量降至空白混凝土的 1 6 ， 渗透等级降为“ 极低” ； 且两者共同作用的混凝土电通量 远低于单掺4 0 粉煤灰混凝土( 1 3 2 4 C ) 或单独刷涂聚合物水 N E W BUI L DI NG MAT ER I AL S 7 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 李漠， 等： 粉煤灰与聚合物水泥防水涂料对混凝土抗氯离子侵蚀性能的影响 泥防水涂料混凝土( 6 8 5 C ) 。 综上所述，采取掺加粉煤灰和表面刷涂聚合物水泥防水 涂料两者结合的方式可使混凝土的抗氯离子渗透性能大大提 高， 且优于单一方式。 3 结语 ( 1 ) 单掺粉煤灰可以显著提高混凝土的抗氯离子渗透能 力， 渗透等级可由 “ 中” 降至“ 低” 或“ 极低” ， 改善效果随着掺量 的增大而提高， 特别是掺量大于4 0 时， 改善效果更加明显。 ( 2 ) 对粉煤灰改善混凝土的抗氯离子渗透性能的作用机 理分析表明， 粉煤灰主要通过填充效应、 火山灰效应和对氯离 子的初始固化吸附能力， 改善混凝土的内部孔隙结构、 增加密 实度和优化水化产物，从而增强混凝土对氯离子的扩散阻碍 能力和物理化学吸附固化能力，提高混凝土的抗氯离子渗透 性能。 ( 3 ) 表面刷涂聚合物水泥防水涂料对提高混凝土的抗氯 离子渗透性能有显著的作用。 ( 4 ) 掺入粉煤灰与涂覆聚合物水泥防水涂料共同作用对 混凝土的抗氯离子渗透性能的提高效果优于各自 单独使用。 参考文献： 1 冯乃谦 高性能混凝 土【 M】 北京： 中国建筑工业 出版社， 1 9 9 6 2 吴 中伟 ， 廉慧珍 高性能混凝土【 M 北京： 中国铁道出版社， 1 9 9 9 3 A S T M C l 2 0 2 9 7 ， S t a n d a r d t e s t m e t h o d f o r e l e c t ri c a l i n d i c a t i o n o f c o n c r e t e s a b i l i t y t o r e s i s t c h l o ri d e i o n p e n e t r a t i o n S 4 A C I C o m mi t t e e 2 3 4 Gu i d e fo r t h e u s e o f s i l i c a f u me i n c o n c r e t e R 】 A C I 2 3 4 R一 9 6 5 马保国 ， 亓萌 ， 李宗津 香港粉煤灰特 征与沿海工程耐久性叨 建 筑材料学报 ， 1 9 9 9 ， 2 ( 1 ) ： 2 6 2 8 【 6 D h i r R K， J o n e s M RDe v e l o p me n t o f c h l o ri d e - r e s i s t i n g c o n c r e t e u s i n g f l y a s h J f u e l ， 1 9 9 9 ， 7 8( 2 ) ： 1 3 7 1 4 2 A ( 上接第 5 7页) 3 结论 ( 1 ) 以廉价乳化沥青部分或全部替代可再分散乳胶粉制 备保温砂浆是可行的， 并且砂浆的干密度、 体积稳定性和耐水 性还有所改善。 ( 2 ) 随乳化沥青替代可再分散乳胶粉比例的增大， 保温砂 浆的干密度略有降低， 抗压强度、 压剪粘结强度、 线性收缩率 和吸水率逐渐降低， 而软化系数逐渐提高。 ( 3 ) 随聚苯颗粒添加量的增大， 乳化沥青聚苯颗粒保温砂 浆的干密度、 抗压强度、 压剪粘结强度和导热系数逐渐降低， 线性收缩率和吸水率逐渐增大， 而软化系数略有降低。 ( 4 ) 聚苯颗粒添加量为7 L k g 时， 制备的乳化沥青聚苯颗 粒保温砂浆除干密度与导热系数外，抗压强度、压剪粘结强 度、 线性收缩率、 吸水率和软化系数均满足J G 1 5 8 -2 0 0 4 标 准要求。 参考文献 ： 1 】 武志东 寒冷地区建筑外墙保温技术性能评价【 D 】 西安 ： 西安建 7 6 新型建筑材料 2 0 1 0 8 筑科技大 学， 2 0 0 5 2 王小艳 干混砂浆的研制及性能研究【 D 】 南京： 河海大学， 2 0 0 6 3 】 彭家惠 ， 陈明凤， 张建新 E P S表面改性及其保温砂浆 的耐候性与 抗裂性I J I 重庆大学学报 ( 自然科学版) ， 2 0 0 2 ， 2 5( 1 ) ： 2 4 2 7 陈明凤 ， 张彭成， 彭家惠， 等 E P S保温砂浆性能的影响因素分析 【 J j 新型建筑材料， 2 0 0 1 ( 7 ) ： 2 3 2 6 5 黄振利 ， 朱青 ， 张玉祥 聚苯颗粒复合硅酸盐保温材料 新型建 筑材料， 2 0 0 0( 3 ) ： 2 6 2 8 【 6 6 王祁青 聚苯颗粒保温浆料和建筑保温砂浆的应用 问题分析 J 1 新型建筑 材料， 2 0 0 8( 6 ) ： 2 6 2 8 7 】 周竹发 ， 王淑梅， 寇秀蓉， 等 可再分散乳胶粉在 E P S保温砂浆 中 的作用机 理及性 能 J 1 新型建筑材料 ， 2 0 0 7 ( 1 o ) ： 5 4 5 7 【 8 Wi l l i a ms T M， Mi k n i s F P U s e o f e n v i r o n me n t al S E M t o s t u d y a s p h a l t w a t e r i n t e r a c t i o n s J J o u ma l o f Ma t e ri al s i n C i v i l E n s i n e e r i n g， 1 9 9 8， 1 0( 2 ) ： 1 21 1 2 4 9 周鸿顺 ， 汤发有_ 阳离子沥 青乳化剂与乳化沥青 J 】 石油化工， l 9 9 4 ， 2 3( 1 0) ： 6 9 3 6 9 7 A 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m