過度振搗對海工混凝土構件吸水率的影響研究

姜騫 ，石亮 ，崔鞏 ，蔡景順

（1.江蘇蘇博特新材料股份有限公司，江蘇 南京 211103；2.高性能土木工程材料國家重點實驗室，江蘇 南京 210008）

0 引言

我國海岸線漫長，鋼筋混凝土結構物在海洋環(huán)境下服役易遭受有害物質侵蝕而縮短其使用年限[1]，因此海工混凝土的耐久性一直以來都是國內外學者研究的熱點。海工混凝土結構的劣化往往是由于氯離子進入導致鋼筋銹蝕，從而使引起結構失效，改善海工混凝土的耐久性一般通過提高混凝土自身密實性[2-3]、隔絕有害物質[4-5]、延緩銹蝕發(fā)生[6]等方式實現(xiàn)。近年來，已有學者發(fā)現(xiàn)吸水率與耐久性之間的密切關系[7-9]，相關研究表明[10-11]，在混凝土中內摻特殊外加劑使其具有顯著的疏水效果，通過降低混凝土的吸水率，達到提高混凝土耐久性的目的。

出于泵送和易施工等目的，目前工程實際使用的混凝土往往都具有較大流動度，在澆筑施工過程中可能由于振搗過度或減水劑使用不當造成坍落度增大[12]，引起混凝土離析，但離析對海工混凝土耐久性影響的研究較少。因此，本文在實驗室模擬制備海工混凝土構件，研究過度振搗對是否內摻具有疏水效果外加劑的混凝土吸水率的影響，為工程實際和合理使用該類外加劑提供參考。

1 試驗

1.1 原材料與配合比

水泥：海螺P·O42.5水泥；粉煤灰：Ⅱ級；礦粉：S95級?；郀t礦渣粉，膠凝材料的主要化學成分如表1所示。細骨料：河沙，細度模數2.45。粗骨料：江蘇鎮(zhèn)江5～25 mm連續(xù)級配玄武巖碎石。外加劑：江蘇蘇博特新材料股份有限公司生產的聚羧酸高性能減水劑SBT PCA-Ⅰ和侵蝕性離子抑制材料SBT TIA（Ⅲ）。

表1 膠凝材料的主要化學成分 %

1.2 試驗方法

C40海工混凝土配合比如表2所示。

表2 C40海工混凝土配合比 kg/m3

混凝土制備后，根據GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能方法試驗標準》測試其新拌性能；然后分別成型150 mm×150 mm×150 mm抗壓強度試模和如圖1（a）所示模擬混凝土構件（600 mm×300 mm×100 mm），構件澆筑過程中采用功率為2 kW的混凝土振動棒插入振搗10 min，硬化拆模后標養(yǎng)至規(guī)定齡期。

根據GB 50081—2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》測試立方試件抗壓強度。模擬混凝土構件養(yǎng)護28 d后，按圖1（b）所示位置在混凝土構件上鉆芯取樣（芯樣直徑75mm），然后對芯樣兩端切割，制成Φ75 mm×75 mm的圓柱試件，根據BS1881∶Part122∶1983《Method for determination of water absorption》測試試件的吸水率。

圖1 模擬混凝土構件及鉆芯取樣位置示意

芯樣試件骨料含量通過照相后采用Image Pro Plus軟件進行圖像處理的方法獲取，根據體視學原理，由二維圖像上骨料面積百分比推算混凝土中骨料的體積百分比。

2 試驗結果與分析

2.1 混凝土的新拌性能與力學性能

C40海工混凝土的新拌性能見表3，各齡期的抗壓強度見圖2。

表3 C40新拌海工混凝土的性能

圖2 C40海工混凝土各齡期的抗壓強度

由表3和圖2可以看出，摻入侵蝕性離子抑制材料等量取代拌合水對海工混凝土的初始和經時工作性能影響較小；侵蝕性離子抑制材料幾乎不影響混凝土的早期抗壓強度，甚至對28 d后抗壓強度有略微提升作用。

2.2 混凝土的吸水率

混凝土芯樣吸水率發(fā)展規(guī)律如圖3所示。

圖3 海工混凝土的吸水率發(fā)展規(guī)律

由圖3可見，摻加了侵蝕性離子抑制材料的2#混凝土試件吸水率均顯著低于1#空白組混凝土試件，所有試件的吸水率均隨著吸水時間的延長逐漸增大，且吸水率與時間的1/2次方幾乎呈線性關系。隨著試件在模擬構件中高度的增加，其吸水率也呈梯度逐漸提高，以吸水6 h為例，1#構件最上端的試件1#-1比最下端的試件1#-4吸水率高出16.08%，2#構件最上端的試件2#-1比最下端的試件2#-4吸水率高出37.91%。從吸水率測試結果可知，過度振搗將造成構件不同高度位置混凝土吸水率的差異，并進而導致耐久性的差異。

2.3 骨料分布統(tǒng)計與計算

為了進一步分析過度振搗對構件不同高度位置混凝土吸水率影響的原因，分別對2組混凝土構件不同高度位置取樣試件的切面進行二維圖像處理，如圖4所示。

圖4 圖像處理過程

通過對不同高度位置混凝土試件切面（如圖5和圖6所示）照相、圖片優(yōu)化、二值化處理等步驟，將混凝土切面上的骨料與漿體分離并統(tǒng)計其面積分數，根據體視學原理，獲得混凝土試件該高度處骨料體積含量，統(tǒng)計結果如圖7所示。

圖5 1#混凝土模擬構件不同高度處切面照片

圖6 2#混凝土模擬構件不同高度處切面照片

圖7 不同高度處混凝土試件骨料含量分布

由圖5、圖6、圖7可見，混凝土試件的骨料體積含量從上到下遞增，振動10 min造成混凝土豎直方向嚴重的物相分布不均勻。由于混凝土新拌狀態(tài)差別，2個混凝土構件澆筑后骨料分布略有不同，摻加了侵蝕性離子抑制材料的2#混凝土與空白組相比，骨料沉底現(xiàn)象更嚴重一些。

圖8反映了混凝土不同骨料含量對吸水率的影響。

圖8 混凝土試件骨料含量對吸水率的影響

由圖8可見，2組混凝土吸水率均隨著骨料體積含量的增大而減小，且?guī)缀醭示€性關系。這是因為，過度振搗導致混凝土離析，骨料向下沉積造成構件上部骨料含量偏少，構件下部骨料含量較多，因為混凝土中骨料的吸水率往往小于砂漿，所以骨料含量越多的構件下部混凝土吸水率也更低。

3 結論

（1）侵蝕性離子抑制材料能夠在不影響抗壓強度的基礎上，顯著降低混凝土的吸水率，有助于混凝土抑制侵蝕性離子隨水分進入混凝土內部。

（2）無論是否摻加侵蝕性離子抑制材料，混凝土的吸水率均與時間平方根呈線性關系，但侵蝕性離子抑制材料降低了相同時間內混凝土吸水的速率。

（3）構件不同位置處的混凝土吸水率隨構件高度的增加逐漸增大，這主要是因為過度振搗造成混凝土離析，骨料含量的梯度分布導致混凝土吸水率的變化，且骨料含量越高，混凝土吸水率越低。