材料
采用湖南湘乡水泥厂生产的韶峰牌P.O42.5，28d实测强度为45.0MPa，表观密度为3.1 g/cm3；湘潭电厂产I级粉煤灰，表观密度为2.32 g/cm3，勃氏比表面积为460m2/kg；5mm～20mm粒级连续级配合格的卵石，表观密度为2.66g/cm3；细度模数为2.60的河砂，表观密度为2.65 g/cm3；氨基磺酸盐型超塑化剂，拌合物水为自来水.
2 实验研究与结果分析分析
2.1自密实混凝土抗压强度与耐磨性能研究
在实际应用中，混凝土结构往往处于多因素作用下.一般来说，混凝土的多重因素损伤耐久性试验较复杂，需要考虑的因素以及解决的问题很多.多重因素损伤试验主要是考察碳化、氯盐侵蚀、应力、硫酸盐的侵蚀、镁盐侵蚀等单一因素作用下的两种或多种组合下对混凝土的损伤[1].以下重点考察自密实混凝土在硫酸盐与氯盐复合侵蚀下抗压强度与耐磨性能的变化情况.
2.1.1 试验方法与结果
抗压强度和抗磨性能测试与结果计算分别依照SL352-2006《水工混凝土试验规程》[2]，JTG E30-2005《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》[3]进行，试验配合比见表2.
其中，腐蚀介质分别选用质量百分数为10%的硫酸钠溶液、质量百分数为10%的硫酸钠溶液+质量百分数为3.5%的氯化钠溶液的混合溶液、硫酸钠溶液半泡等三种类型.标准状态下养护到28d龄期后，将试件分别浸泡在水及腐蚀介质溶液中，3个月后分别测定各试件的抗压强度与磨损率.其中，为了模拟水工混凝土结构水位变化，其中第10组的3个试件采用了半泡法.
2.1.2 试验结果分析
通过表3试验结果可以发现：
（1）在质量百分数为10%的硫酸钠溶液中，自密实混凝土的后期耐磨性提高较快，其 28d龄期的磨损率为3.92 kg/m2，而3个月后，其耐磨度降为3.44 kg/m2，在标准规定的3.6 kg/m2范围之内，达到了混凝土耐磨性设计要求；
（2）在同样的浸泡时间内，硫酸盐与氯盐的混合溶液对自密实混凝土耐磨性的影响与单一硫酸钠溶液基本一致.究其原因，主要是因为混合溶液中氯盐含有的Cl–的扩散系数比硫酸钠溶液中的SO42–大，Cl–将首先与混凝土中的铝相结合生成水化氯铝酸盐，降低了SO42–与铝相结合生成钙矾石的机会，从而相应延缓了硫酸盐对混凝土的损伤速度.另外，钙矾石在氯盐溶液中的溶解度是水中溶解度的三倍，这也降低了腐蚀过程中腐蚀产物钙矾石的形成，从而缓解了混凝土的损伤程度[4]；
（3）半浸对耐磨度影响较大.硫酸钠溶液半泡时，由于试件不同部位的湿度差，从而促进了硫酸盐对混凝土的损伤速度.
2.2 自密实混凝土的劣化行为分析
为了进一步分析自密实混凝土的劣化行为，本文进行了长达6个月的劣化试验研究.用于劣化行为分析的自密实混凝土的配合比如表4所示，试验试件为100mm×100mm× 100mm的立方体混凝土试块.腐蚀介质选用质量百分数为10%的硫酸钠溶液.养护到28d龄期后，将试件浸泡在水中及腐蚀介质溶液中.分别测试浸泡3个月和6个月各试件的抗压强度.
3硫酸盐侵蚀下自密实混凝土的微细观分析
作为一种多孔的、在各尺度上多相的非均质复杂体系，混凝土的结构层次一般被分为宏观结构、细观结构和微观结构.以下主要通过孔结构分析法、SEM微观分析等方法展开对自密实混凝土的微细观分析，以便对其抗硫酸盐侵蚀的内在机理做进一步的分析.
3.1孔结构特征分析
作为一种多孔的、在各尺度上多相的非均质复杂体系，混凝土的结构层次一般被分为宏观结构、细观结构和微观结构.混凝土细观结构研究主要把混凝土看成一种由粗骨料、硬化水泥砂浆和它们之间的过渡区（粘结带）组成的三相材料，而毛细孔则是混凝土细观结构中重要的组成之一，它对混凝土的抗渗性、抗冻性能、抗碳化、抗化学与硫酸盐腐蚀能力和强度等宏观性能有重要的影响.然而，目前国内外对于自密实混凝土的孔结构研究不多.以下主要使用高压测孔法从细观方面研究掺入聚丙烯纤维、粉煤灰掺入后对水泥浆体的孔结构影响. 测孔砂浆试样从试验用混凝土中筛取砂浆试样取得，试验配合比同“表4自密实混凝土劣化行为分析试验配合比”，制作体积为20×20×20的砂浆试块，成型1d后拆模并置入200C水中，养护28d取出样品，用锐利的刀劈出一些小块，将试样置入广口瓶中用无水乙醇中止水化，测孔前将试样在1050C的烘箱中烘24h，冷却至室温后放入干燥箱中备用.测孔仪器采用美国麦克公司生产的AutoPore IV 9500型压汞仪.测定各试样的样孔径分布积分曲线，经数据处理后，得到硫酸盐侵蚀下自密实混凝土孔隙结构特征参数表见表6.
可见，在不同配合比下，自密实混凝土的孔隙结构特征及孔径分布出现了一定的变化，具体分析如下：
首先，自密实混凝土平均孔径、孔隙率两项指标均较小.从表6可以发现，其孔隙率均在20%以下， 平均孔径均小于20nm，处于无害孔范围，说明自密实混凝土的密实度高；
其次，粉煤灰的致密作用减少了混凝土中的孔隙体积和较粗的孔隙，特别是填塞了浆体中的毛细孔的通道，对混凝土的耐久性十分有利.表7数据显示，2组试件中有害、多害孔的孔径分布率较小，均不超过20%，而无害或少害的小孔或微孔增多，故混凝土的孔结构得到改善.另外，随着粉煤灰掺量的增加，混凝土总孔隙率下降，而混凝土中大孔所占总孔隙率的比率有所增加；
最后，掺加聚丙烯纤维不利于混凝土孔结构的改善.究其原因，主要是因为聚丙烯纤维细度高、比表面积大、不亲水性，使得自密实混凝土中形成了大量纤维-混凝土基体界面，该界面具有比基材更高的水灰比，导致其孔隙率有所增大.
3.2 SEM微观分析
混凝土的微观结构一般则由两相组成，即水化产物及未水化的胶凝材料内核、孔等.为了进一步了解硫酸盐侵蚀的机理，制作9个微观结构试验试件，试件配合比同“表2”，达到养护龄期要求后，进行烘干、破碎、喷金等处理，然后利用SEM分别观察不同水化反应龄期各试件的微观形貌.其中，浸泡于10%浓度的硫酸钠溶液中试件90d和180d的SEM照片如图2所示.
从图2（a）可知，自密实混凝土内部分布大量的C–S–H凝胶结构，该结构完整、密实，而 Ca（OH）2数量较少；在硫酸钠溶液中的试样，随着腐蚀的进行，C–S–H凝胶变化比较明显，腐蚀到90 d时，其C–S–H凝胶结构变得有所松散，在孔隙中能看到少量针状钙矾石和纤维积聚型块状石膏晶体，如图2（b）所示.腐蚀到180d 时，C–S–H凝胶变得更加松散，孔隙中出现的石膏晶体，见图2（c）.
4 结论
（1）自密实混凝土孔隙率较小，平均孔径处于无害孔范围之内，内部结构较密实，使得6个月的抗蚀系数K均小于1；
（2）自密实混凝土内部分布大量的C–S–H凝胶， Ca（OH）2数量较少.在硫酸盐侵蚀180d龄期内，自密实混凝土内部结构未见明显的损伤；
（3）聚丙烯纤维掺量的增加，对自密实混凝土的抗压强度影响不大，孔隙率甚至有所增大，但其硫酸盐侵蚀状态下的耐磨性提高很明显.其正反双重作用效果主要源于其阻裂效应和弱界面效应的共同作用；
（4）相比于单一硫酸盐腐蚀，复合溶液中氯盐的存在延缓了硫酸盐对混凝土的损伤速度.硫酸钠溶液半浸泡时，由于试件的湿度差，促进了硫酸盐对混凝土的损伤速度.
总之，对于在硫酸盐侵蚀状态下水工混凝土结构， 尤其是对耐磨性能要求较高的水工建筑物的某些部位，如高速水流区、水流流态较差及结构应力复杂的部位，采用粉煤灰、聚丙烯纤维复掺配制的较高强度等级的自密实混凝土不失为一种较好的选择.
参考文献
[1]陈蔚凡.关于混凝土结构耐久性设计的若干问题 [C ].中国土木工程学会2006混凝土工程耐久性研究 和应用研讨会.2006.
[2]沈佳燕，施韬，杨杨. 碱一硅酸反应和硫酸盐侵蚀复合作用下的混凝土耐久性[J]科技通报2012，05：120-124；
[3]熊卫士，高飞，韩东.多重因素作用下的混凝土耐久性研究综述[J]，混凝土，2012，05：29-31；
[4]SL352-2006，水工混凝土试验规程[S]；
[5] JTG E30-2005， 公路工程水泥及水泥混凝土试验规程[S]；
[6]金祖权，孙伟，张云生，等.混凝土在硫酸盐、氯盐溶液中的损失过程[J]，硅酸盐学报，2006，34（05）：630-634；
[7]吴中伟，康慧珍.高性能混凝土[M].北京：中国铁道出版社，1999.
作者简介：刘文娴（1979-）女，湖南邵阳人，硕士，讲师，主要从事工程材料、工程造价等方面的教学与研究.
基金项目：中国水利水电建设股份有限公司科研资助项目“水工高耐久性自密实混凝土的制备及其应用
关键技术研究”
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