偏高嶺土在鋼筋混凝土中的應(yīng)用和存在明顯的缺點(diǎn)

1、偏高嶺土對(duì)水泥基材料抗氯離子侵蝕性能的影響

現(xiàn)代混凝土工程中氯離子侵蝕現(xiàn)象較為普遍，而且氯離子在鋼筋混凝土中的危險(xiǎn)臨界含量還沒有定論。研究均認(rèn)為： 雖然水泥基材料氯離子遷移測試方法和標(biāo)準(zhǔn)較多，但都存在明顯的缺點(diǎn)，需互相結(jié)合才可用于準(zhǔn)確評(píng)價(jià)混凝土的氯離子滲透性。研究發(fā)現(xiàn)礦物摻合料對(duì)氯離子具有粘滯作用，且作用機(jī)理各不相同。

Boddy 等通過電加速氯離子遷移法研究發(fā)現(xiàn)0.3水膠比下8wt和12wt偏高嶺土摻量有效降低混凝土試塊 28 d、90 d、140 d、三年齡期的氯離子擴(kuò)散系數(shù)。Kim等利用電導(dǎo)法研究偏高嶺土對(duì)混凝土氯離子滲透性的影響，發(fā)現(xiàn)偏高嶺土的摻入可明顯減低混凝土氯離子滲透性： 28 d 時(shí)，摻有 20偏高嶺土的混凝土導(dǎo)電量低于2000 C，60 d時(shí)，只有摻入5偏高嶺土的混凝土導(dǎo)電量超過1000 C，90d時(shí)，含有5 偏高嶺土的混凝土導(dǎo)電量近似為 1000 C，其余均低于1000C。

Guneyisi 等對(duì)經(jīng)過90d 4 NaCl 溶液浸泡的摻有0wt ，10wt ，20wt偏高嶺土的混凝土氯離子擴(kuò)散深度進(jìn)行了測定，發(fā)現(xiàn) 10偏高嶺土摻量可使 0.55和0.35 水膠比的混凝土氯離子擴(kuò)散深度降低7和10 ； 20偏高嶺土摻量可使相對(duì)應(yīng)混凝土氯離子擴(kuò)散深度降低17和21。

2、偏高嶺土對(duì)水泥基材料堿硅酸反應(yīng)的影響

自上世紀(jì) 50 年代堿集料反應(yīng)的危害被發(fā)現(xiàn)以來，堿集料反應(yīng)引起國內(nèi)外學(xué)者的高度重視。經(jīng)過多年研究，國外學(xué)者已經(jīng)對(duì)堿集料反應(yīng)分類，集料活性鑒定方法，堿硅酸反應(yīng)模型，Ca(OH)2對(duì)在堿集料反應(yīng)中的作用以及礦物摻合料對(duì)堿硅酸反應(yīng)的抑止機(jī)理等相關(guān)問題作出了詳細(xì)的解釋和深入的探討。

Ramlochan 等研究了偏高嶺土對(duì)混凝土中堿硅酸反應(yīng)的抑止效果，發(fā)現(xiàn) 20 的偏高嶺土可有效控制高堿水泥( 1.02 Na2Oe)和中堿水泥(0.61 Na2Oe) 2年齡期的混凝土孔溶液中 OH-濃度控制在0.2 mol /L。根據(jù)CAN /CSA A23.2-14A混凝土棱柱試塊實(shí)驗(yàn)，10wt偏高嶺土可將含有Sudbury雜砂泥質(zhì)巖活性集料的混凝土2年膨脹值控制在0. 04以下； 而對(duì)于 Spratt 硅質(zhì)石灰?guī)r活性集料而說，則需要 15wt 的偏高嶺土； 根據(jù)CAN /CSA A23.2-25A 加速砂漿棱柱實(shí)驗(yàn)，只有15wt摻量可將含有兩種活性集料的混凝土14 d膨脹值控制在 0.01 。

作者認(rèn)為偏高嶺土抑止ASR的機(jī)理在于偏高嶺土火山灰反應(yīng)產(chǎn)物對(duì)堿物質(zhì)( Na ，K )的包附作用，且不同成分的偏高嶺土對(duì)不同成分的水泥中堿離子包附能力存在一個(gè)臨界PH濃度，并應(yīng)該以此為依據(jù)確定偏高嶺土的有效摻量。

Dow等研究了熱活化后偏高嶺土的堿析出問題，發(fā)現(xiàn)高嶺土本身含有的鉀長石和白云母雜志物質(zhì)在模擬的22 ℃，Ca(OH) 2飽和溶液中已開始少量析出Na 和K ，而隨著高嶺土活化溫度的升高，鉀長石和白云母的堿析出量逐步增加。作者提出，考慮到偏高嶺土中存在晶格被破壞的鉀長石和白云母，原料高嶺土中純度應(yīng)該被用來衡量礦物摻合料本身是否應(yīng)被用于改善混凝土的耐久性，尤其是對(duì) ASR反應(yīng)的能力。

3、偏高嶺土對(duì)水泥基材料抗硫酸鹽侵蝕性能的影響

眾多研究表明在混凝土中發(fā)生的硫酸鹽侵蝕的機(jī)理各有不同，主要分為 Na2 SO4 型侵蝕和 MgSO4型侵蝕，并且中/高水灰比的多孔混凝土受硫酸鹽侵蝕后，膨脹反應(yīng)根據(jù)水泥組分的不同而產(chǎn)生不同的縮放；低水灰比的密實(shí)混凝土受硫酸鹽侵蝕后的膨脹行為則是一個(gè)明顯的循環(huán)過程。

Goncalves等研究發(fā)現(xiàn)： 偏高嶺土的摻入可以提高砂漿抗 MgSO4 溶液侵蝕：10和20 的偏高嶺土減少了28 d 基體中Ca( OH) 2含量的 56 和 79 ； 降低了經(jīng)200d，MgSO4 溶液浸泡后基體中Mg( OH) 2含量的0.3 和1.2 。Al-Akhras 等研究發(fā)現(xiàn) 5的偏高嶺土摻量可使水膠比為0.5和 0.6的混凝土經(jīng)18個(gè)月浸泡后的膨脹值分別降低0.23和0.25。

推遲裂縫出現(xiàn)時(shí)間分別為60 和50d; 10 的偏高嶺土摻量使混凝土膨脹值分別降低0.3 和 0.32 ，推遲裂縫出現(xiàn)時(shí)間為120 d 和 110 d; 15的偏高嶺土摻量可使混凝土膨脹值分別降低0.33 和0.35 ，推遲裂縫出現(xiàn)時(shí)間為180 d 和160 d。作者將上述現(xiàn)象歸因?yàn)槠邘X土替代水泥導(dǎo)致C3A含量減小和偏高嶺土火山灰反應(yīng)消耗Ca(OH)2所致。

Lee等研究了不同偏高嶺土摻量對(duì)砂漿抗硫酸鎂溶液性能的影響，發(fā)現(xiàn)偏高嶺土的摻入降低了砂漿抗高濃度硫酸鎂溶液的能力。在 0.42，1.27 ，4.24 三種濃度的 MgSO4 溶液中浸泡 360d后，基準(zhǔn)砂漿強(qiáng)度分別下降了17.7 ，24.1，35.3 ； 而含 15 偏高嶺土的砂漿強(qiáng)度下降了21.7，35.7 ，54 ； 而經(jīng)過MgSO4浸泡后的砂漿膨脹值隨著 MgSO4 溶液的濃度和偏高嶺土摻量的提高而增大； 濃度為 4.24 的MgSO4 溶液浸泡360d后，MK0，MK5，MK10，MK15的膨脹值分別達(dá)到0.244，0.36，0.41，0.556。

作者將偏高嶺土弱化砂漿抗 MgSO4溶液侵蝕能力歸因于偏高嶺土火山灰產(chǎn)生的次級(jí) C-S-H 凝膠在高濃度下容易轉(zhuǎn)化為沒有膠凝性的M-S-H( M-C-S-H)所致。

4、偏高嶺土對(duì)水泥基材料收縮性能的影響

水泥基材料的收縮是濕度變化和化學(xué)反應(yīng)雙重作用下的結(jié)果，且 C-S-H 凝膠自身也可發(fā)生原位收縮。Ding 等通過研究發(fā)現(xiàn)摻入5，10，15的偏高嶺土可有效降低混凝土的自由干縮，28d時(shí)分別降低了15，25，40 ； 對(duì)于受限干縮來說，偏高嶺土的摻入可充分降低混凝土受限干縮裂縫的寬度，分別降低了21，27，41，但偏高嶺土的摻入將受限干縮裂縫的出現(xiàn)時(shí)間分別提前了 3 d，6 d，10d。Guneynsi等通過研究偏高嶺土摻量對(duì)不同水膠比混凝土的干燥收縮，發(fā)現(xiàn)與基準(zhǔn)混凝土相比，偏高嶺土對(duì) 14 d 干燥收縮的改善效果不明顯，并且水膠比越低，效果差； 偏高嶺土對(duì) 60 d 干燥收縮的改善效果較突出。

作者將此現(xiàn)象歸咎為低水膠比條件下混凝土發(fā)生的自干燥和自收縮。( 偏高嶺土重在降低干縮速率) 。

Khatib通過研究低溫養(yǎng)護(hù)摻有 5wt ～ 30wt MK 的混凝土收縮情況，發(fā)現(xiàn)5℃水養(yǎng)和 5℃下40 相對(duì)濕度養(yǎng)護(hù)下的混凝土在偏高嶺土摻量為 5wt～15wt 之間持續(xù)收縮，10wt 達(dá)到大； 15wt