水灰比对硫铝酸盐水泥基混凝土性能影响的试验研究

孙成蛟，赵令轩，尚绪杰

（1. 日照鲁碧新型建材有限公司，山东 日照 276826；2. 日照市荣创新型建材有限公司，山东 日照 276826）

0 前言

硫铝酸盐水泥基混凝土具有快硬、早强、微膨胀、抗渗、抗冻及耐蚀性等特性，在寒冷地区、港口、码头、盐碱地区及水工等工程中具有独特的优势。硫铝酸盐水泥自诞生以来，以其早强、高强、高抗渗、高抗冻、耐蚀、低碱度等特点在各种工程（如沿海大桥、抢修路面等）中得到广泛应用[1-3]，特别是在冬季施工、水工工程、修补工程等特殊工程中应用，更发挥出了其优良的性能。但是，目前对硫铝酸盐水泥混凝土研究相对较少[4-6]。

该文主要研究水灰比对硫铝酸盐水泥基混凝土性能的影响，包括抗压强度和抗渗性，并利用 SEM 对其进行微观机理分析，以便为硫铝酸盐水泥在工程中应用提供一定的技术指导。

1 原材料与试验仪器

1.1 原材料

水泥：天津产硫铝酸盐水泥（R·SAC42.5）。矿粉：山东省日照市日钢 S95 级矿渣，流动度比 116%。粉煤灰：山东省日照市日照发电厂Ⅱ级粉煤灰。表 1 为胶凝材料的化学成分。

表1 胶凝材料的化学成分 wt.%

砂：山东省日照某砂厂河砂，细度模数为 2.65，含泥量 1.3%。

石子：山东省日照市某石料厂 5～31.5mm 连续级配碎石。

1.2 试验仪器

混凝土强制式搅拌机 J-60、混凝土振动台 T2、万能试验压力机 SY-6、全自动抗渗仪 ST1 等等。

2 结果和分析

硫铝酸盐水泥基混凝土配合比见表 2 所示。

表2 硫铝酸盐水泥基混凝土配合比

2.1 水灰比对硫铝酸盐水泥基混凝土力学性能的影响

表3 和图 1 为水灰比对硫铝酸盐水泥基混凝土抗压强度影响的试验结果。从表 3 和图 1 中可以看出：随着水灰比的不断增加，硫铝酸盐水泥基混凝土早期和后期强度都随着下降，即水灰比越大其强度越低；硫铝酸盐水泥基混凝土都具有较高的早期强度，尤其是低水灰比其早强更明显。如：若以 28d 强度为基准，当水灰比为 0.33 的4#试样，1d 强度可达 72% 以上，3d 强度可达 81% 以上；而当水灰比为 0.49 的 1#试样，1d 强度只有 50%，3d 强度只有 65%。另外，硫铝酸盐水泥基混凝土半年（6 月）强度仍在增长，即强度长期稳定性高。

表3 水灰比对混凝土抗压强度的影响

图1 水灰比对混凝土抗压强度的影响

2.2 水灰比对硫铝酸盐水泥基混凝土抗渗性能的影响

水灰比对硫铝酸盐水泥基混凝土抗渗性能影响见表4 和图 2。

表4 水灰比对混凝土抗渗性能的影响

图2 水灰比对混凝土抗渗性能的影响

从表 4 和图 2 中 1#～4# 试样对比可知：随着水灰比的不断下降，其硫铝酸盐水泥基高性能混凝土渗水深度逐渐下降，即水灰比最小的 4# 试样其抗渗性能最强，抗渗性越高。这是因为：混凝土的水灰比越大，其硬化结构中的大孔较多，小孔变少，结构的密实性变差，即内部结构致密性降低。所以，水灰比的大小对硫铝酸盐水泥基高性能混凝土抗渗性能影响较大。

2.3 水灰比对硫铝酸盐水泥基混凝土抗碳化性能的 SEM微观分析

图3(a)、(b)、(c)、(d) 分别是不同水灰比下的硫铝酸盐水泥基混凝土水化 7d 的 SEM 图。从图中可知：随着水灰比的不断增加，其硬化浆体—骨料之间的水化膜逐渐变厚，两者的结合变差，水化产物模糊，分布更无规律匀，同时水化产物之间的搭结越松散；即硫铝酸盐水泥基混凝土水灰比越小，混凝土的内部结构越致密，

图3 不同水灰比下硫铝酸盐水泥基混凝土水化 7d 的 SEM 图

孔隙率越小，孔径分布更加合理，从而提高混凝土的强度、抗渗性和抗碳化等耐久性能。

3 结论

（1）随着水灰比的不断增加，硫铝酸盐水泥基混凝土早期和后期强度都随着下降，即水灰比越小其混凝土抗压强度越高。并且，水灰比越小早期强度提升越明显。

（2）随着水灰比的不断增加，其硫铝酸盐水泥基混凝土抗渗性逐渐下降，即水灰比越小渗水高度越小，抗渗性越强。

（3）SEM 微观分析表明：随着水灰比的下降，其硫铝酸盐水泥基混凝土内部结构越致密、孔隙减少、孔径分布更加合理。