水泥混凝土是目前使用*廣泛的大宗建筑材料之一，水泥混凝土所用各種原材料的含量應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格控制，以確保混凝土工程的耐久性[1–2]。在建筑工程中，粉煤灰、礦粉等外摻料被普遍用來部分代替水泥，外摻料的加入量過高，水泥的含量就會(huì)偏低，混凝土就可能出現(xiàn)質(zhì)量問題[3–4]。近年來由混凝土質(zhì)量引起的事故屢見不鮮，其焦點(diǎn)多集中于施工單位或混凝土供應(yīng)商是否為節(jié)約成本而改變了混凝土的配合比，以粉煤灰或其它摻合料來代替水泥。為斷定責(zé)任方，市場(chǎng)上迫切需要利用檢測(cè)技術(shù)驗(yàn)證已澆筑硬化混凝土的配合比，尤其是水泥用量是否符

　　合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。為混凝土事故鑒定提供依據(jù)，確定混凝土配合比尤其是水灰比十分重要，而水泥用量是混凝土配合比的重要參數(shù)，因此測(cè)定硬化混凝土單位水泥用量可以為事故分析、混凝土配合比檢查、混凝土質(zhì)量及耐久性診斷方面提供有價(jià)值的參考數(shù)據(jù)。

　　目前水泥用量的測(cè)定存在較大的技術(shù)困難，國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)對(duì)已硬化混凝土中單位水泥用量的報(bào)道大多集中在水泥用量的減少對(duì)混凝土強(qiáng)度及其它性能的影響方面[5–7]，在硬化混凝土成分分析及單位水泥用量測(cè)定方面幾乎沒有文獻(xiàn)報(bào)道。國(guó)外的方法中有馬來酸和葡萄糖酸鈉溶解法及氧化物分析法[8–10]。有研究基于碳化后和含有一定堿量的混凝土的pH值，應(yīng)用經(jīng)HNO3酸化的丹寧酸溶液著色混凝土測(cè)定水泥含量[11]。還有研究用酒石酸和丹寧酸的混合溶液著色混凝土[12]測(cè)定硬化混凝土中的水泥含量。筆者制作了不同單位水泥用量、不同配合比的混凝土試塊，采用冰鹽酸溶解法測(cè)定混凝土中的單位水泥用量，并考察了摻合料的添加對(duì)水泥用量測(cè)定結(jié)果的影響，給出了測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差。對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量的評(píng)價(jià)與安全鑒定具有重要意義。

　　1 實(shí)驗(yàn)方法

　　1.1 主要儀器與試劑

　　超純水機(jī)：UPH+UPR型，成都優(yōu)普公司;磁力攪拌器：可調(diào)速，四氟攪拌漿;電子天平：AB–104S型，感量為0.1mg，瑞士梅特勒公司;顎式破碎機(jī)：上虞市東關(guān)建材儀器廠;標(biāo)準(zhǔn)篩：2.5mm，1.18mm，150μm，105μm;鹽酸：密度為1.19g/cm3;氫氧化鈉、聚氧化乙烯：分析純;氫氟酸：48%，分析純;

　　硫酸：密度為1.84g/cm3，分析純;實(shí)驗(yàn)用水為三級(jí)水。

　　1.2 硬化混凝土試塊的制作

　　制作硅酸鹽水泥用量分別為200，300，400，500kg/m3的試塊共4組，每組準(zhǔn)備3塊，分別標(biāo)記為T200，T300，T400，T500。制作硅酸鹽水泥用量

　　為300kg/m3，粉煤灰和礦渣粉摻量分別為35%與0%，20%與15%，0%與35%的試塊3組，每組準(zhǔn)備3塊。分別標(biāo)記為TC35–0，TC25–15，TC0–35。不同配合比的混凝土試塊按標(biāo)準(zhǔn)條件養(yǎng)護(hù)28d,原料配合比見表1。

　　1.3 混凝土體積、質(zhì)量、抗壓強(qiáng)度的測(cè)定

　　對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)試塊混凝土，測(cè)量其長(zhǎng)度l、寬度w、高度h，精確到0.1mm，計(jì)算體積V(V=l×w×h)。對(duì)于非標(biāo)準(zhǔn)試塊混凝土，將試塊在水中浸泡24h，充分吸水后，先測(cè)定樣品在水中的質(zhì)量、再將試塊從水中取出，擦干表面水分，測(cè)定在空氣中的質(zhì)量，計(jì)算公式為：

　　將混凝土試塊在105℃的干燥箱中干燥至完全干透，稱量其質(zhì)量，精確到0.1g，記為m。混凝土試塊制作完成后測(cè)定抗壓強(qiáng)度，取3組試塊測(cè)定的平均值作為測(cè)定結(jié)果，測(cè)定結(jié)果見表2。

　　1.4 粉末試料的制備

　　將測(cè)定強(qiáng)度后的混凝土試塊全部用破碎機(jī)進(jìn)行破碎，破碎時(shí)盡量避免水泥損失。先全部通過2.5mm篩，用“四分法”分取四分之一試樣繼續(xù)破碎，取約500g過150μm篩，取約200g試樣待測(cè)，記為試料A。將T400試塊取四分之一破碎，取約500g過1.18mm篩，取約100g試樣待測(cè)，記為試料B;再取四分之一的試樣，破碎，取約500g過105μm篩，取約100g試樣待測(cè)，記為試料C。將取得的試料放在容器中，用磁鐵吸出混入的鐵粉，充分混合均勻，在105℃的干燥箱中干燥2h，冷卻后放入干燥器待測(cè)。

　　1.5 試樣的溶解及原料中可溶性二氧化硅的測(cè)定

　　分別把100mL的冷稀鹽酸(體積比為1∶3)加入到3只250mL的燒杯中(配制的稀鹽酸放在冰箱中，試驗(yàn)時(shí)現(xiàn)用現(xiàn)取)，稱取2g樣品(精確到0.0001g)，用時(shí)約1min慢慢地加到冷稀鹽酸中，用電磁攪拌器連續(xù)攪拌約20min。為了獲得好的沉淀，使用2層定量濾紙貼鋪在布氏漏斗里過濾，過濾完成之前底板和殘?jiān)鼞?yīng)保持適度濕潤(rùn)。調(diào)節(jié)泵的閥門大小以保持一定的濾速，盡量把濾渣都轉(zhuǎn)移到燒杯中，用25mL熱稀鹽酸(1+49)洗兩次，保存濾液。把殘留有濾渣的濾紙也放入燒杯中，確保濾渣沒有損失。往濾渣中加入75mL10g/L熱氫氧化鈉溶液，攪拌，浸軟濾紙，溶解，然后將燒杯置于熱水中保持15min。溶解過程中要攪拌混合物，并將濾紙搗碎，再用定量濾紙過濾所有的固體，用25mL熱稀鹽酸(1+49)洗滌2次，把濾液收集在一起。分別測(cè)定水泥、粉煤灰、礦渣粉、砂、石中可溶性二氧化硅的含量Cs，水泥試樣采用GB/T176–2008方[13]處理，其它材料處理方法同混凝土

　　2 結(jié)果與討論

　　2.1 二氧化硅法測(cè)定單位水泥用量結(jié)果

　　用冰鹽酸溶解混凝土試樣，測(cè)得的單位水泥用量結(jié)果見表3。由表3可知，使用二氧化硅法測(cè)得Cs/C值在

　　0.94～1.43之間，其中未摻入礦粉的混凝土試塊測(cè)得的單位水泥用量與實(shí)際配合比值較為接近，而在摻入粉煤灰和礦粉的試塊中，單獨(dú)摻入礦粉的試樣Cs/C值*高，原因是礦粉水化產(chǎn)物與冰鹽酸反應(yīng)生成的二氧化硅溶解性較強(qiáng)，使得測(cè)定結(jié)果偏高。不考慮摻合料添加對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響，二氧化硅法測(cè)定的水泥用量與實(shí)際值*大偏差為20kg/m3，測(cè)定結(jié)果均在設(shè)計(jì)值的±20kg/m3之內(nèi)。實(shí)際測(cè)定時(shí)采取多次測(cè)量試樣、對(duì)測(cè)定結(jié)果取平均值的方法消除誤差。

　　2.2 粉煤灰與礦粉的摻加對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響

　　對(duì)摻加了35%粉煤灰與0%礦渣、20%粉煤灰與15%礦渣、0%粉煤灰與35%礦渣混凝土的水泥用量進(jìn)行測(cè)定，以考察粉煤灰及礦渣的添加量對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響。由表3看出，只加入粉煤灰，對(duì)水泥用量測(cè)定結(jié)果影響較小，原因可能為粉煤灰中SiO2的含量較低，參與水化反應(yīng)生成水化產(chǎn)物的量較少，與冰鹽酸反應(yīng)被溶解的部分很少，因此可認(rèn)為粉煤灰的加入對(duì)測(cè)定結(jié)果幾乎無影響。而由摻加礦渣粉的試料的測(cè)定結(jié)果發(fā)現(xiàn)，礦渣粉的加入使測(cè)定結(jié)果偏高，尤其在礦粉加入量為35%時(shí)，Cs/C值*高。原因可能是由于礦粉中SiO2含量較高，水化反應(yīng)的程度也較高，其水化產(chǎn)物被溶解，造成測(cè)定結(jié)果偏高。因此對(duì)于摻加了礦渣粉的混凝土，采用此方法有一定的局限性。

　　2.3 試料粒度對(duì)結(jié)果的影響

　　將T400樣品分別過105μm，150μm，1.18mm篩，然后進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)定的水泥用量結(jié)果見表4。

　　由表4可知，試料尺寸為105μm和1.18mm的試樣，測(cè)定結(jié)果與設(shè)計(jì)值的偏差比150μm粒度要大，原因?yàn)檩^大粒度的試樣使得水化產(chǎn)物與冰鹽酸反應(yīng)不充分。而顆粒過細(xì)會(huì)使原料中砂、石等骨料參與反應(yīng)量增大，從而使得結(jié)果偏高。而150μm粒度下樣品的測(cè)定結(jié)果偏差小些，因此在實(shí)際應(yīng)用中可采用粒度略大于150μm的試料，并不是試料顆粒越細(xì)越好。

　　2.4 原料中可溶性二氧化硅的測(cè)定

　　分析水泥、粉煤灰、礦渣粉及砂、石中可溶性二氧化硅的質(zhì)量,水泥試樣采用GB/T176–2008方法處理,其它材料處理方法同混凝土，測(cè)定結(jié)果見

　　表5。

　　由表5可知，在制備混凝土試塊的原料中，除水泥外，礦粉的二氧化硅含量比較高，因此摻入礦粉的混凝土試塊測(cè)定結(jié)果偏差*大，上述結(jié)果也驗(yàn)證了2.2中的討論。

　　2.5 測(cè)量精密度

　　對(duì)7組試塊測(cè)定單位水泥用量，分別平行測(cè)定5次，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差見表6。

　　由表6數(shù)據(jù)可知，平行測(cè)定5次的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在2.4%以內(nèi)，表明測(cè)定結(jié)果的精密度較高，方法的重復(fù)性較好。

　　2.6 干擾因素

　　混凝土中的許多成分會(huì)干擾水泥含量分析，其中巖石、礦物質(zhì)或者礦物摻合料都會(huì)因其不同的溶解性而影響水泥含量的測(cè)定，它們的溶解性依賴于樣品的細(xì)度、水灰比、水化程度和混凝土齡期，露置于高pH值環(huán)境也會(huì)影響礦物質(zhì)的溶解性。某些可溶性物質(zhì)可以在一定條件下溶解生成可溶性二氧化硅，包括黑硅石、蛋白石、玉髓石、玻璃質(zhì)火山巖、應(yīng)變石英(強(qiáng)應(yīng)變)、石英巖、碎裂的巖石(糜棱巖、千糜巖)、片麻巖、頁巖、硬砂巖等。另外，硅灰的加入也會(huì)影響測(cè)定結(jié)果。

　　3 結(jié)論

　　對(duì)未摻加礦粉的混凝土試塊，采用二氧化硅法測(cè)得的水泥用量結(jié)果與設(shè)計(jì)的配合比值基本吻合，粉煤灰的添加對(duì)測(cè)定的水泥用量結(jié)果影響不大，礦渣粉的添加使得測(cè)定結(jié)果偏大。試料的加工尺寸對(duì)結(jié)果有影響，顆粒不應(yīng)太粗，也不能太細(xì)，選擇150μm的粒度比較合適。此方法測(cè)量精密度較高。對(duì)于摻加礦渣粉等礦物的混凝土中水泥用量的測(cè)定可能需要更多的補(bǔ)充方法，對(duì)測(cè)定結(jié)果進(jìn)行綜合判斷從而給出*為可靠的結(jié)果。

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