水灰比对硫铝酸盐水泥基混凝土耐久性能的影响

魏伟，庞娅娜

（1. 山东省建筑材料工业设计研究院，山东 济南 250022；2. 山东易方达建设项目管理有限公司，山东 济南 250000）

0 前言

硫铝酸盐水泥自诞生以来，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[1-4]，特别是在冬季施工、水工工程、修补工程等特殊工程中应用，更发挥出了其优良的性能。但是，目前硫铝酸盐水泥混凝土研究相对较少[5-6]。

本文研究了水灰比对硫铝酸盐水泥基混凝土耐久性能（抗冻性和抗碳化性）的影响，以便为硫铝酸盐水泥在工程中应用提供一定的技术指导。

1 原材料与试验仪器

1.1 原材料

试验所用的主要原材料：硫铝酸盐水泥（R·SAC 42.5），山东淄博产；S95 级矿渣，山东济南济钢产；Ⅱ级粉煤灰，山东济南黄台电厂产；砂，黄砂，细度模数为 2.6，含泥量 2.1%，为山东莱芜产；石子，5～25mm 连续级配碎石，济南章丘某石料厂产。硫铝酸盐水泥，矿渣，粉煤灰，化学成分见表 1。

1.2 试验仪器

混凝土搅拌机、混凝土振动台、抗压强度试件试模、抗冻性试件试模、万能实验压力机、全自动抗冻仪、全自动抗碳化试验机等。

2 试验结果与分析

本文主要研究了水灰比对硫铝酸盐水泥基混凝土的抗冻性和抗碳化性的影响。其混凝土配合比及初始坍落度见表 2 所示。

2.1 水灰比对硫铝酸盐水泥基混凝土抗冻性能的影响

表3 为水灰比对硫铝酸盐水泥基混凝土抗冻性能影响的试验结果。

从表 3 中可以看出：硫铝酸盐水泥基混凝土抗冻融循环次数随着水灰比的增大，逐渐减少，即水灰比越大抗冻融循环次数越小，抗冻性能越差，如水灰比为 0.49的 1# 试样 25 次就被冻坏，而水灰比为 0.33 的 4# 试样抗冻融循环次数可达 100 次。从表 3 中还可以看出：随着水灰比的增大，硫铝酸盐水泥基混凝土的相对动弹性模量逐渐减小；而其质量损失先增加后减少，但至试样冻坏其质量损失都不是很大。这是由于水灰比越大，混凝土中的大孔变多，小孔变少，结构的均匀性变差，即内部结构致密性变差。因此，硫铝酸盐水泥基混凝土抗冻性随着水灰比的增加逐渐降低。

表1 硫铝酸盐水泥、粉煤灰、矿渣的化学成分 wt.%

表2 不同水灰比的硫铝酸盐水泥基混凝土配合比和初始坍落度

表3 水灰比对混凝土抗冻性能的影响

2.2 水灰比对硫铝酸盐水泥基混凝土抗碳化性能的影响2.2.1 水灰比对硫铝酸盐水泥基混凝土碳化深度的影响

表4 和图 1 是硫铝酸盐水泥基混凝土水灰比对碳化深度影响的试验结果。

表4 水灰比对混凝土碳化深度的影响

图1 水灰比对混凝土碳化深度的影响

从表 4 和图 1 可以看出：硫铝酸盐水泥基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，这与普通硅酸盐水泥基混凝土水灰比对碳化深度的影响规律相同。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，混凝土越不密实，CO2在其中就越易扩散，因而碳化速度也就越快。

2.2.2 水灰比对硫铝酸盐水泥基混凝土碳化前后强度的影响

表5 和图 2 为水灰比对硫铝酸盐水泥基混凝土碳化前后强度变化影响的试验结果。

表5 水灰比对混凝土碳化前后强度的影响

从表 5 和图 2 可以看出：硫铝酸盐水泥基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。从图2 中还可以看出：硫铝酸盐水泥基混凝土碳化的强度，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 0.49～0.38时，碳化后的强度低于未碳化的强度，特别是水灰比为0.49 的比效明显，当水灰比为 0.35～ 0.33 时，碳化后的强度高于未碳化的强度，这可能是造成水灰比对硫铝酸盐水泥基混凝土抗碳化性能影响的原因，即硫铝酸盐水泥基混凝土水灰比越低其抗碳化能力越高。

图2 水灰比对混凝土碳化前后强度的影响

3 结论

（1）硫铝酸盐水泥基混凝土抗冻融循环次数随着水灰比的增大，逐渐减少，即水灰比越大抗冻融循环次数越小，抗冻性能越差。

（2）硫铝酸盐水泥基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。

（3）硫铝酸盐水泥基混凝土未碳化的强度，在相同水灰比下随养护龄期的延长而增大，在相同养护龄期下随水灰比的减小而增大；硫铝酸盐水泥基混凝土碳化的强度，在相同养护龄期下随着水灰比的减小而增大。