摘要：对比了采用不同拌和用水(自来水、海水)及不同种类的砂(河砂、淡化海砂、海砂)拌和的碱激发矿渣混凝土(AASC)和普通水泥混凝土(OPCC)在模拟海水浸泡过程中的强度变化，同时通过 电化学法加速钢筋锈蚀，研究了AASC中钢筋早期锈蚀状况．结果表明：在Cl一侵蚀过程中，经蒸压养护的AASC表现出比OPCC更高的强度和更优异的耐腐蚀性能；在42 d测试龄期时，OPCC 中钢筋锈蚀情况明显比AASC严重，钢筋失重率约为5．0％～9．0％，而AASC的钢筋失重率仅为0．2％～1．5％；同时还借助扫描电镜SEM测试方法分析探索了蒸压养护下AASC性能提高的机理．

关键词：碱激发矿渣混凝土；蒸压养护；钢筋锈蚀；海水；海砂

碱激发胶凝材料被认为是最具潜力的水泥取 代物，近年来其研究与应用已获得了不少关注。与 水泥相比，碱激发胶凝材料不仅性能优越，而且在 制备时能消纳大量工业固体废渣，降低约80％的 CO。排放量‘“．在众多碱激发胶凝材料中，碱激发矿渣胶凝材料(AAS)备受关注．矿渣经碱激发剂 激发后，其主要产物是低钙硅比、具有托勃莫来石 结构的C(A)SH凝胶‘211，因而具有高强、低渗透‘4‘51以及优异的耐硫酸盐侵蚀、耐冻融循环、耐 火等性能m引．但AAS本身也存在不少问题，如易于缩[4]、抗碳化能力差[9一等，这些缺点极易造成混 凝土结构劣化，引起钢筋锈蚀．Aydin等[1们在研究 中指出蒸压养护不仅能优化混凝土孔隙结构，减 少大孔含量，提高抗压强度，同时还能有效减少混 凝土收缩裂缝．对于混凝土预制桩来讲，蒸压养护 是其生产工艺中的重要环节，同时其自身构件体 积较小，受混凝土干缩的影响较小，而且对混凝土 凝结时间的要求仅需满足工艺要求即可，因此从 理论上讲，将碱激发矿渣混凝土(AASC)用于制备 混凝土预制桩是可行的．

中国具有丰富的海洋资源，合理地开发海水、海 砂能有效改善混凝土中淡水、砂石资源严重短缺的问题．E1一Didamony等[Iq用海水拌和碱激发矿渣混 凝土时发现：与自来水相比，海水拌和的混凝土抗压强度较高，而且在海水浸泡环境中AASC抗压强度随浸泡时间延长呈上升趋势，表现出优秀的耐久性能．但海水、海砂容易引起钢筋锈蚀，该隐患仍是不 容忽视的问题．因此本文主要研究采用河砂、淡化海 砂、海砂(未经淡化)以及海水拌和的碱激发矿渣混凝土(AASC)经蒸压养护后，在模拟海水浸泡环境 中的强度变化以及钢筋锈蚀状况，并与普通水泥混 凝土(OPCC)进行对比，同时结合微观试验结果探 索了其性能改善的机理，进而为AASC在混凝土预 制结构中的应用提供试验依据，同时对海水、海砂资 源的开发也具有现实意义．

1原材料和试验方法

1．1原材料

水泥(C)：华润水泥公司生产的P·Ⅱ52．5R 水泥，比表面积为395 m2／kg．矿渣(S)：广州盈炬丰 矿粉厂提供，比表面积为390 m2／kg，矿渣的主要化 学组成¨及基本性能指标见表1．水玻璃(WG)：大 沥化学试剂有限公司生产，主要性能指标见表2．氢 氧化钠(NaOH)：分析纯，纯度96％．减水剂(SP)为 萘系高效减水剂，含固量27％．钢筋为壬7．1螺纹 钢筋．

粗骨料(G)：江门上顺石材厂提供，粒径5～ 20 mm．海砂(SS)和淡化海砂(DSS)均由江门砂厂 提供，两者的细度模数分别为2．5和2．1，Cl一含量 分别为0．214％和0．088％．河砂：产自广东北江，其 中粗河砂(CRS)的细度模数为3．1，细河砂(FRS)的细度模数为2．1．拌和用水：自来水(T)和模拟海水 (SW)，模拟海水配方见表3．

1．2试验方法

 1．2．1试件制备及养护 混凝土配合比见表4．

试件制备按照GB／T 50081--2002{普通混凝土力学性能试验方法标准》进 行．试件尺寸为100 mmX100 mmX 100 mm．试件成 型后静置至24 h脱模，随后在180～210℃，10．1 x 105 Pa高压釜中养护8 h．

1．2．2电化学法加速钢筋锈蚀

钢筋埋置方式和加速试验装置如图1所示．其中，钢筋的混凝土保护层厚度约为46 mm．钢筋埋置方式分为露头式(outcropping，O)和埋入式(embed— ding，E)．露头式的钢筋长度为62 mm，露出表面 2 mm，外露部分用环氧树脂和防水胶布密封；埋入式的钢筋长度为60 mm．试验中钢筋作正极，铜板作负极，电解液为浓度6％的NaCl溶液．试验过程中 定期监测NaCl浓度，维持其浓度恒定．因为试验中混凝土强度相对较高，保护层较厚，若外加电流过小则不容易达到实际所需的加速效果[1 2|，所以试验中 采用10 V的外加直流电压．

1．2．3测试方法

混凝土抗压强度测试按照GB／T 50081--2002 《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行．钢筋失 重率测试参照GB／T 50082--2009((普通混凝土长期 性能和耐久性试验方法标准》和文献[12]进行．

 2结果与分析

 2．1 混凝土工作性能及抗压强度

图2是OPCC和AASC新拌混凝土的流动性试验结果．由图2可见，由河砂、海砂、淡化海砂制备的OPCC和AASC混凝土流动性无显著差别，且均满足生产工艺要求．由于AASC中用水玻璃作为碱 激发剂时混凝土较黏，因此尽管新拌AASC坍落度 比OPCC高，但其扩展度并无显著改善，工作性能略不及OPCC．在保证AASC工作性能满足工艺要 求的前提下，应尽量选用与OPCC流动性较为接近的配合比．

抗压强度损失是钢筋锈蚀引起混凝土结构性能 劣化较为直接的宏观表现．图3为露头式混凝土的 抗压强度测试结果，埋入式混凝土抗压强度变化规 律与图3相似．从图3中可知：不管使用何种砂，在早期Cl一侵蚀下OPCC均未出现明显劣化，抗压强度基本保持初始水平．但与掺河砂和淡化海砂的 OPCC—R和OPCC—D抗压强度相比，掺海砂和海水 的OPCC—S抗压强度要低10～15 MPa，这可能是由 于海砂和海水引入了大量Cl一，加速了早期水化反 应速率，在蒸压养护条件下，水泥水化反应产物的结 构无法及时进行调整，更易形成疏松结构，从而导致 整体抗压强度水平较低．而对于AASC来讲，其水 化过程可长达1 a以上[1“，蒸压养护以及海水中 NaCl，MgS04等碱性盐的存在均会促进其水化，并产 生具有托勃莫来石结构、低钙硅比的C(A)SH[】“．因 此，尽管处于Cl一侵蚀环境中，AASC的抗压强度不仅高于相同环境下的OPCC，而且还随着浸泡龄期的延长呈增长趋势．

2．2混凝土中早期钢筋锈蚀情况

图4，5分别为外加电压加速锈蚀情况下，早期 OPCC和AASC中钢筋失重率(MLR)试验结果．对 比图4，5可知：OPCC中钢筋锈蚀情况明显比 AASC严重．在锈蚀早期，OPCC中钢筋失重率随龄 期延长呈快速增长，增幅约为0％～9．0％；而 AASC中钢筋失重率虽然随龄期延长而变化的规律性较差，但是总体仍呈增长趋势，增幅约为0％～ 1．5％，且在42 d龄期时，OPCC试件中钢筋失重率 约为5．0％～9．0％，而AASC试件中的钢筋失重率 仅为0．2％～1．5％，埋人式和露头式的AASC试件 中钢筋失重率分别约为OPCC的4．5％，13．9％．这 意味着在外加电压的诱导作用下，AASC中钢筋表 面积聚的自由Cl一浓度远低于OPCC，说明AASC 能有效抑制钢筋锈蚀，维持混凝土结构性能稳定．

在混凝土中外界C1的渗透是一个复杂的过 程，与扩散、孔隙结构、微裂缝结构以及物理吸附 和化学结合等因素有关[1“．由于试件处于吸水饱 和的环境，因此扩散是外界C1一渗透的主要方式， 此时基体微观结构对Cl一的渗透有至关重要的影 响．从水化产物及微观结构来看，蒸压养护使 AASC水化更充分，产生大量低钙硅比的 C(A)SH，不仅使基体更加致密，还优化了孔隙结 构，增强了基体与骨料界面的黏结性．图6为28 d 测试龄期时，经蒸压养护掺河砂的AASC—R水化 产物在不同放大倍数下的SEM微观形貌图．由图 6可见，在蒸压养护下，AASC水化产物结构致密， 结晶度高，很难观察到孔隙、裂缝等缺陷，这与杨 牧等口明研究观察到的蒸压养护OPCC微观结构 (结构疏松，存在不少相联通的孑L隙和微裂缝)形 成鲜明对比．从图6(b)中还发现，AASC基体中存 在着大量相互咬合的纤维状晶体，大面积地填充 在结构中，据推测此类物质可能是硬硅酸钙， Aydin等口。1在其研究中也发现类似结果．与OPCC 在蒸压养护下形成的硅酸钙产物相比，硬硅酸钙 强度更高，体积稳定性更好．因此AASC能够有效 阻止C1一扩散，降低钢筋锈蚀风险．

    图4，5的结果还表明：尽管钢筋外露部分经过 密封处理，但钢筋、混凝土的交界处仍是容易引起钢 筋锈蚀的薄弱环节，因此露头式混凝土整体的锈蚀 情况要比埋入式略严重，钢筋失重率偏高．不管钢筋 采用何种埋置方式，淡化海砂以及海水海砂的使用 明显加重了OPCC中钢筋的锈蚀，锈蚀情况由重到 轻依次为：OPCC—S>OPCC-D>OPCC—R．但3种砂 对AASC中钢筋锈蚀的影响不大，3种砂制备的 AASC中钢筋锈蚀情况比较相似，钢筋失重率也相差不大．这可能是由于水泥和矿渣这2类胶凝材料 对Cl一结合作用不同引起的．对于AASC来讲，在原材料拌和时引入的Cl一一方面会参与并促进矿渣的水化进程n妇；另一方面会与矿渣中活性Al。0。，CaO 在碱激发剂作用下发生式(1)

 公式1

从式(1)中可看出，矿渣中的铝相能结合Cl一， 同时矿渣还生成了能促进矿渣水化、提高孔隙液碱 度的NaOH，这可能也是3CaO·A12 03·CaCl2· 10HzO(Fs盐)能稳定存在以及掺加氯盐能提高 AASC抗压强度的原因之一．而在OPCC中，Cl一的 结合主要是通过水泥熟料中的铝相、CSH凝胶的物 理吸附以及AFm相化学结合这3种方式．但由于水泥中铝相含量远低于矿渣含量，CSH凝胶的结合 作用不仅可逆，而且结合能力远小于铝相[1川，同时由于另一主要水化产物Ca(OH)。易被碳化而引起 孔隙液碱度下降，从而导致AFm结合产生的Fs盐 逐渐饵体，再次释放出C1-[183．因此从理论上分析， AASC对Cl一的结合能力强于OPCC，但具体机理 还需要进一步深人研究，尤其是经过蒸压养护的 AASC，其对Cl一结合作用的研究基本还处于空白 状态．

 3 结论

(1)碱激发矿渣混凝土AASC经蒸压养护后， 水化产物结晶度提高，化学干缩裂缝减少，结构更致 密，同时还生成大量纤维状的硬硅酸钙填充在结构 中，极大地增大了Cl一扩散迁移的难度，因此在C1一 侵蚀环境下，碱激发矿渣混凝土抗压强度仍能保持 较高的水平，其内部钢筋的早期锈蚀状况明显优于 普通水泥混凝土．

(2)与普通水泥混凝土不同，碱激发矿渣混凝土在早期腐蚀过程中，外界Cl一的侵蚀以及海水和海 砂引人的C1一并未对其抗压强度产生劣化影响，其抗压强度随着龄期的延长反而呈增长趋势。不管是何种类型的Cl一，碱激发矿渣混凝土均能通过物理化学结合以及自身结构特性等方式对内部钢筋提供 有效保护，这对碱激发矿渣混凝土在混凝土预制结构中的应用以及海水海砂资源的开发具有重要的现实意义．