周子凯

（徐州工程学院，江苏 徐州 221000）

0 引言

所谓的高性能混凝土就是具有优异耐久性的混凝土，其主要的特点就是具有高强度、高抗渗性、高工作性能和高体积稳定性[1]。以前一般认为混凝土只是一种依靠经验配制的建筑材料。从原材料的选择与配制工艺到施工应用都是比较简单的。但是从20世纪70年代末期开始，混凝土技术已经有了很大程度的进展，混凝土所达到的强度也已经远远超出了实际所要求的范围。在原料方面，采用矿渣、粉煤灰、硅粉以及天然沸石制造的超细粉末等，对于改善与提高混凝土的性能都起着很重要的作用，也已经成为高性能混凝土不可或缺的组分。而矿粉和粉煤灰是目前最常用的两种矿物掺合料。

高性能混凝土的耐腐蚀性也已成为目前研究的热点问题。而高性能混凝土在配制上应当具有低水灰比，选用的原材料优质，并且除了水泥、水和集料以外，必须掺入适量的磨细矿物掺合料和高性能的外加剂。选用合适的矿物掺合料既能够弥补普通硅酸盐水泥混凝土在耐腐蚀性方面的不足，同时也能够为实际工程提供重要的理论基础。

1 掺矿粉对于道路高性能混凝土的抗硫酸盐腐蚀性能

1.1 国内高性能混凝土的耐腐蚀性能研究

矿粉即为矿渣微粉，是熔融高炉矿渣经过水、冷空气急冷而形成的一种小颗粒状矿渣，用水急冷的矿渣又称为“水淬矿渣”或者“水渣”。而这种水渣又可以根据其成分分为酸性矿渣和碱性矿渣两种，其中碱性矿渣的活性要优于酸性矿渣。在矿渣当中具有活性的主要成分是Al2O3，这种物质的含量越高，则矿渣的活性也就会越高。急冷矿渣因具有玻璃质结构而具有较高的活性，故而成为常用的水泥混合材料，有时候也可以被当做混凝土掺合料来使用。

由于传统的矿渣水泥中，矿渣和水泥熟料的硬度之间存在差异并且其对细度的要求也有所不同，从而带来了一些能耗的浪费和容易泌水的弊病。然而，将矿渣按照需要的细度粉磨并以矿渣微粉的形式直接掺入到混凝土搅拌机中，从而制成的矿粉混凝土，不但能够降低能耗还能够将工业废料进行二次利用。

吴中伟[2]认为粒径大于45μm的矿粉颗粒很难参与水化反应，因此用于高性能混凝土中的矿渣粉要磨至比表面积4000cm2/g，才能够比较充分地发挥其活性、减少泌水性，但磨细矿渣的比表面积也不宜过细，而应当综合考虑其利弊。用于大体积混凝土的时候，矿粉的比表面积不宜超过5000 cm2/g，超过5000 cm2/g的矿粉适宜与水胶比不是很低的情况（例如，不低于0.30）。非大体积混凝土和需水量比较低的粉煤灰复合使用的时候，上述问题便可以得到一定缓解，矿粉掺量如果超过70%时，自收缩减小，水化热也可以得到降低。

冯乃谦[3]等人研究了超细矿粉对于混凝土流动性的影响，并认为超细矿粉的作用可以分为填充作用以及填充加分散的作用，而超细矿粉的这两种作用影响了对水泥浆体的流动性并且还可以改善硬化体的显微结构和性能。

而梁松等人经过试验研究指出，普通磨细矿粉只有在掺量大于65%（质量分数）时，才能提高混凝土的抗硫酸盐腐蚀能力。

1.2 国外高性能混凝土的耐腐蚀性能研究

随着制造工艺的发展，国外大多采用的是先分别将水泥熟料和矿渣粉磨，然后再混合拌合的生产工艺，这种工艺不仅降低了生产当中的能耗而且还可以将不同的物料分别控制在其最佳的粒径范围内，与此同时，矿粉也可以直接作为混凝土的掺合料来使用，从而大大提高了矿渣的利用价值。

对于矿渣水泥的抗侵蚀实验结果，M.Regourd已经指出，矿粉掺量高的水泥具有较好的耐腐蚀性能。对于C3S、CAS2、C2AS组成的玻璃质混合材料所制成的水泥，其抗腐蚀性能以及其腐蚀机理目前还没有进行更深入的研究。

Hooton和Emery指出，波特兰-矿粉混合水泥混凝土试样暴露十年的腐蚀结果[4]，他们采用的是加拿大的粉磨粒化矿渣，这种矿渣的铝含量特别低（8-9%Al2O3），故而用45%的粉磨粒化矿渣来替代高C3A（12.3%）水泥，其抗硫酸盐腐蚀性能就能够达到或者超过ASTM-5型水泥 （抗硫酸盐波特兰水泥）。而实际上，当水泥中的矿渣掺量达到42%～72%的时候，混凝土构筑物在浓度为3000mg/l的硫酸钠或者硫酸镁溶液中，腐蚀10.5年后也不会出现任何破坏现象。与此相反的是，采用C3A含量为3.5～12.3%的水泥配制的所有混凝土均出现了不同程度的腐蚀破坏。而矿渣掺量超50%的波特兰-矿渣水泥，其抗硫酸盐腐蚀性能的提高可以归因于混凝土渗透性的降低，而不是其稀释作用。

R.P.Khatr[5]等分别对普通硅酸盐水泥混凝土和掺矿粉、硅灰的混凝土抗渗性进行了对比，研究表明掺入矿粉的混凝土其抗渗性能得到了明显地改善。S.wild等的研究显示，超细矿粉能够抑制混凝土的碱骨料反应并且提高其抗硫酸盐腐蚀的能力。

Osborne对波特兰-矿渣水泥混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能进行了研究，其研究结果指出，用铝含量小于14%的粉磨粒化矿渣以70%的掺量来等量替代，并与高C3A（9-12%）含量的水泥混合，其抗硫酸盐腐蚀性能与英国的ASTM-5型水泥一样好。他强调了混凝土浸入腐蚀性硫酸盐以前养护制度的重要性。在他的研究中最有意义的发现是，在温度为20℃、相对湿度为65%的空气中养护具有良好的效果。

Hill在其研究中指出，矿渣掺量为65%的混凝土具有优异的抗硫酸镁和硫酸钙腐蚀的能力；Mangat和Khatib指出，矿粉的合理掺量应当在80%以上，这种掺量才能够提高混凝土抗复合腐蚀（硫酸钠+硫酸镁）的能力；Cao在其试验中指出，80%的矿粉掺量提高了混凝土抗硫酸盐腐蚀的性能，但是在pH值为7或者3的情况下，掺入40%、60%的矿粉反而会降低混凝土的抗硫酸盐腐蚀性能。Omar却指出，掺入60～70%的矿粉降低了砂浆的抗复合硫酸盐腐蚀的能力，造成这种现象的原因可能与其高水灰比有关（W/C=0.5）。很明显，大掺量矿粉能够提高混凝土的抗硫酸盐性能。

2 结束语

综上所述，由于矿物掺合料的加入，使得混凝土的碱度降低，有可能会造成混凝土构筑物中的钢筋发生锈蚀，但是它们却能够提高混凝土的抗化学侵蚀能力。在非大体积混凝土和需水量比较低的粉煤灰复合使用的时候，钢筋锈蚀问题便可以得到一定缓解，矿粉掺量如果超过70%时，自收缩减小，水化热也可以得到降低。与此同时，矿粉也可以直接作为混凝土的掺合料来使用，大掺量矿粉能够提高混凝土的抗硫酸盐性能。

［1］吴寅,关萍.影响高性能混凝土强度的因素研究[J].新型建筑材料,2005,07:1-5.

［2］吴中伟.论水泥混凝土耐久性研究的思路与方法[J].混凝土世界,2011,02:26-27.

［3］索黙H.高性能混凝土的耐久性[M].冯乃谦,等译.北京:科学出版社,1998.

［4］吴寅,尚晓琳,关萍.掺矿渣掺合料和粉煤灰高强度混凝土强度和可泵性的研究[J].大连大学学报,2003,24(6):23-39.

［5］Bapat Jayant D.Mineral admixtures in cement and concrete[M].CRC Press,2012.