无机盐对混凝土孔结构和抗冻性影响的研究

【摘要】： 无机盐类外加剂作为早强剂、防冻剂或阻锈剂广泛地用于混凝土工程中,特别是在寒冷地区,无机盐的掺入可以提高混凝土的早期强度、防止新拌混凝土受冻,加速工程施工进度。混凝土的受冻破坏也是寒冷地区混凝土面临的重要耐久性问题之一。文本通过系统研究6种常用无机盐(CaCl2、NaCl、Na2SO4、NaNO2、Ca(NO2)2和Ca(NO3)2)的掺入对水泥石孔结构、混凝土气孔结构、混凝土的饱水程度、抗冻性和抗盐冻剥蚀性能的影响规律,揭示不同种类无机盐对混凝土抗冻性的作用机理,为无机盐类外加剂的合理使用提供理论依据。 本文进行的研究工作以及取得的成果有: 采用压汞法、SEM、XRD等分析手段,研究了6种常用无机盐的掺入对水灰比为0.5、0.4和0.3的水泥石在3d和28d的孔结构、水化产物及形貌和水化程度的影响。研究表明:分别掺入1%的无机盐,水泥的水化过程不会发生本质变化,但水泥水化速度和程度受到无机盐不同程度的影响,进而影响到孔结构的形成和发展。在1%掺量下,不同种类无机盐对水泥石早期孔结构的细化作用大小为:氯盐Na2SO4亚硝酸盐Ca(NO3)2;对28d时的水泥石孔结构的细化作用大小为:Ca(NO3)2氯盐亚硝酸盐Na2SO4;氯盐对水泥石早期和后期的孔结构都具有细化作用;而Na2SO4对后期孔结构细化作用弱,特别对大水灰比水泥石的作用不明显;Ca(NO2)2和NaNO2对28d水泥石孔结构的细化作用较早期显著;不同于其它5种盐,Ca(NO3)2对水泥早期水化程度并没有明显的促进作用,使水泥石早期孔隙粗化,但对水泥石后期孔结构有细化作用。 采用显微镜导线法对掺加无机盐混凝土气孔结构的研究表明:无机盐对混凝土的气孔结构有不利作用。无机盐影响水泥新拌浆体的流动性和粘性以及水化产物生成的速度等,进而影响到非引气混凝土气孔结构,其中,NaNO2使混凝土含气量降低,气泡分布更为集中,气泡平均半径和气泡间距系数略有减小;Na2SO4的掺入显著增大非引气混凝土的含气量,使1000μm的大气孔数量、气泡平均半径和气泡间距系数增大;Ca(NO3)2使得气泡孔径粗化,显著增大了气泡平均半径和气泡间距系数;而氯盐和Ca(NO2)2的影响不大。对于引气混凝土,无机盐增大引气剂溶液的表面张力以及影响气泡的稳定性,从而对气孔结构产生不利作用,其中,Ca(NO2)2和NaNO2显著增大引气剂溶液表面张力,使引气剂掺量相同的混凝土的气泡平均半径和气泡间距系数均显著增大,气泡结构粗化。 通过研究无机盐对水溶液、Ca(OH)2饱和溶液表面张力,以及液体在毛细孔中的上升高度规律表明:除对水泥石孔结构的影响外,混凝土孔隙中渗透的介质也受到掺入的无机盐的影响,无机盐增大了其水溶液和Ca(OH)2饱和溶液的表面张力、密度及粘度。水泥石孔结构和渗透介质性质的改变进而影响到水在掺盐混凝土中的渗透速度和渗透深度,在掺盐混凝土表层产生更高的水饱和系数增量。 重点研究了分别掺加6种常用无机盐混凝土的抗冻性和在3.5%NaCl溶液中的抗盐冻剥蚀性能,结果表明无机盐对混凝土的抗冻性,特别是抗盐冻剥蚀性能存在不利作用,这种不利作用是无机盐增加混凝土表层饱水程度、影响渗透性、气孔结构以及抗压强度等多方面的综合结果。其中,混凝土的抗冻性随着钙盐掺量的增大而降低,CaCl2、Ca(NO2)2和Ca(NO3)2的掺量不宜超过2%;Na2SO4显著降低了混凝土的抗冻性;NaNO2在掺量小于1%时混凝土的抗冻性略有降低,而掺量大于1%时混凝土抗冻性略高于未掺盐混凝土;即使没有除冰盐环境,掺入NaCl也会使水中冻融的混凝土表面产生较严重的剥蚀。在冻融循环过程中,掺盐混凝土的水饱和系数增长速率大于未掺盐混凝土,且在3.5%NaCl溶液中的饱和系数增长速率远远大于在水中冻融的。这是掺盐混凝土的抗冻性、抗盐冻剥蚀性能降低的主要原因。引气可大幅度提高掺盐混凝土的抗冻性和抗盐冻剥蚀性能,但必须使引气剂与无机盐相容,以保证获得要求的含气量和气孔结构。