偏高嶺土在鋼筋混凝土中的應用和存在明顯的缺點

1、偏高嶺土對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臨界含量還沒有定論。研究均認為： 雖然水泥基材料氯離子遷移測試方法和標準較多，但都存在明顯的缺點，需互相結合才可用于準確評價混凝土的氯離子滲透性。研究發(fā)現(xiàn)礦物摻合料對氯離子具有粘滯作用，且作用機理各不相同。

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散系數(shù)。Kim等利用電導法研究偏高嶺土對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，摻有 20偏高嶺土的混凝土導電量低于2000 C，60 d時，只有摻入5偏高嶺土的混凝土導電量超過1000 C，90d時，含有5 偏高嶺土的混凝土導電量近似為 1000 C，其余均低于1000C。

Guneyisi 等對經(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散深度進行了測定，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散深度降低7和10 ； 20偏高嶺土摻量可使相對應混凝土氯離子擴散深度降低17和21。

2、偏高嶺土對水泥基材料堿硅酸反應的影響

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

Ramlochan 等研究了偏高嶺土對混凝土中堿硅酸反應的抑止效果，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混凝土棱柱試塊實驗，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 加速砂漿棱柱實驗，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 。

作者認為偏高嶺土抑止ASR的機理在于偏高嶺土火山灰反應產(chǎn)物對堿物質(zhì)( Na ，K )的包附作用，且不同成分的偏高嶺土對不同成分的水泥中堿離子包附能力存在一個臨界PH濃度，并應該以此為依據(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該被用來衡量礦物摻合料本身是否應被用于改善混凝土的耐久性，尤其是對 ASR反應的能力。

3、偏高嶺土對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；低水灰比的密實混凝土受硫酸鹽侵蝕后的膨脹行為則是一個明顯的循環(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)時間為180 d 和160 d。作者將上述現(xiàn)象歸因為偏高嶺土替代水泥導致C3A含量減小和偏高嶺土火山灰反應消耗Ca(OH)2所致。

Lee等研究了不同偏高嶺土摻量對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，基準砂漿強度分別下降了17.7 ，24.1，35.3 ； 而含 15 偏高嶺土的砂漿強度下降了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 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反應雙重作用下的結果，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時分別降低了15，25，40 ； 對于受限干縮來說，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)時間分別提前了 3 d，6 d，10d。Guneynsi等通過研究偏高嶺土摻量對不同水膠比混凝土的干燥收縮，發(fā)現(xiàn)與基準混凝土相比，偏高嶺土對 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 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 相對濕度養(yǎng)護下的混凝土在偏高嶺土摻量為 5wt～15wt 之間持續(xù)收縮，10wt 達到大； 15wt