粉煤灰与矿渣粉对水工混凝土抗氯离子渗透性的影响_陈嘉伟.pdf

：粉粉煤煤灰灰与与矿矿渣渣粉粉对对水水工工混混凝凝土土抗抗氯氯离离子子渗渗透透性性的的影影响响陈嘉伟（朝阳市阎王鼻子水库工程建设管理局，辽宁 朝阳）摘要本文应用 法及 直流电量法试验探究粉煤灰、矿渣粉对水工混凝土抗氯离子渗透性的影响规律，结合试验数据深入分析电通量、氯离子扩散系数、初始电流之间的相关性。研究表明，粉煤灰与矿渣粉的掺入会明显降低其抗氯离子渗透性，在特定龄期范围内混凝土氯离子扩散系数、电通量及初始电流之间具有显著相关性。关键词氯离子；初始电流；扩散系数；矿物掺合料；抗渗透性中图分类号文献标识码文章编号 （）收稿日期 作者简介陈嘉伟（），男，辽宁朝阳人，工程师，主要从事水利水电工程、水库管理及水生态方面工作。氯离子会导致内部钢筋锈蚀和混凝土结晶膨胀，钢筋的锈蚀膨胀效应会降低其与混凝土之间的黏结性能，并进一步引起混凝土开裂剥落 。所以，抗氯离子侵蚀是面广而量大的水工结构应重点考虑的问题。掺矿渣粉、粉煤灰等掺合料能够显著增强混凝土渗透性，现已广泛用于港口、海工、水工等工程领域。在不改变浆体流动性的情况下，粉煤灰可以减小用水量和水泥石孔隙率，具有优化孔隙结构的作用；另外，粉煤灰中的、等具有化学活性的玻璃体可以参与二次水化生成水化硅铝酸钙等产物，可以减小水泥基体内部孔隙，强化水泥石与骨料之间的界面过渡区，增强抗氯离子渗透能力。矿粉也具有改善混凝土渗透性的效应，并且复掺明显优于单掺的作用效应，如郑建岚等以应力水平、矿渣与粉煤灰复掺、粉煤灰单掺等为变量，探讨分析了外界荷载与氯离子侵蚀双重作用下构件内部的钢筋锈蚀程度，结果显示矿物掺合料的掺入能够大大降低钢筋锈蚀率，并结合试验数据提出抗锈蚀性能最优的配合比；廖灵青等建立了多因素综合作用下，大掺量与粉煤灰混凝土抗渗性测算模型；石新波认为混凝土中矿粉与粉煤灰总掺量 、复掺比例 时其抗氯离子渗透性最优；赵瑞霞提出矿粉和粉煤灰的最优掺量区间处于 和 ，二者的总掺量介于 之间；魏宏云等通过氯离子扩散系数试验探究了掺合料、养护龄期对混凝土抗氯离子渗透性的增强作用；刘宝举等利用电通量试验分析了养护湿度、养护龄期及矿物掺合料掺量对抗氯离子渗透性能的影响。一般地，随着龄期的延长混凝土的氯离子渗透性能逐渐下降，这是因为龄期影响混凝土孔隙的分布特征、结构组成以及胶凝材料水化进程。龄期越长水化形成的产物就越多，水泥石中的孔隙被更多的产物所填充，连通的毛细孔隙不断减少或封闭，对氯离子渗入逐渐发挥阻碍作用，并且抗渗透性受掺合料发挥作用的时间影响表现出一定时间效应。因此，本文应用 法及 直流电量法，深入探究水工混凝土受不同掺合料的影响作用，并结合试验数据探讨分析氯离子扩散系数、电通量、初始电流之间的相关性。研究方法 试验材料试验材料主要有大连小野田 级水泥，铁岭市清河金淼粉煤灰精选厂生产的 类级粉煤灰，大连金桥超细粉制造厂生产的 级矿渣粉。试验用大连建材厂生产的区中砂（细度模数 ）和粒径 的石灰岩碎石，级配良好，压碎指标 ，科之杰聚羧酸高效减水剂，掺量 ，固含量 ，减水率 ，拌合水用当地自来水。试验配合比通过单掺 矿渣粉、粉煤灰及复掺 矿渣粉与 粉煤灰配制水工混凝土，设计 、三种不同水胶比，对比分析混凝土渗透性受粉煤灰、矿渣粉的影响作用，试验配合比及其坍落度如表。测试方法 电通量主要试验流程为：将养护至一定龄期的试件真空饱水 后沿轴向施加 直流电压，然后配置 和浓度 o 的 溶液注入电解槽内，接通电源记录试验开始时的初始电流，此后每隔 测量一次，通电总时间 ，结合电流测量数据计算 内的总电量。参照氯离子电迁移快速试验法进行测定，试验操作方法如下：在试验前一天将养护至规定龄期高 的试件取出，采用切割机将其制成高 的标准试件，磨平端面，真空饱水 后装入橡胶筒内，然后利用两个环箍固定使试件侧面密封。向试验槽中安放阳极板及装有试件的橡胶筒，将浓度 o 的 注入橡胶筒内并使其能够完全浸没试件，再向试验槽注入 o 的 和 混合液，控制槽内与橡胶筒内液面平齐。接通电源，调整直流电压 ，记录时间，测量初始电流和并 年 月第 卷 第 期 地下水o ，o.联电压，试验过程中混凝土两端外加电压 ，试件浸入试验槽中的溶液内，结合初始电流值设定通电时间。通电结束后取出试件劈成两半，配置 o 的 喷涂在劈开面上，并计算渗透深度及扩散系数。表 试验配合比与拌合物性能编号水胶比材料用量 水水泥粉煤灰矿粉砂石减水剂掺量 坍落度 试验结果与分析 矿物掺合料的影响掺粉煤灰和矿渣粉水工混凝土的氯离子扩散系数及电通量试验数据，如图。图 不同矿物掺合料的抗氯离子渗透性结果表明：（）粉煤灰的掺入明显提高了混凝土早龄期（）的氯离子扩散系数与电通量值，而龄期达到 时试验数据明显下降，这是因为掺 粉煤灰改变了混凝土早龄期毛细孔隙特征，掺入的粉煤灰细化了水泥基体内的毛细孔径，毛细孔通道也有所延长；另外，用粉煤灰等量替代水泥相当于减少了浆体中总的水化物，这在一定程度上提高了水泥浆体总的孔隙率。混凝土中的毛细孔通道长度、孔径分布以及毛细孔隙率是影响电通量的主要因素，孔隙率变化区间不变时，细孔通道长度及孔径分布更多地决定了电通量，通道越长、孔径越细则电通量越小。所以，水化早期粉煤灰的掺入虽然能够优化内部孔径结构，但也使得毛细管孔隙率明显增大，加之掺量较高达到 ，粉煤灰提高内部孔隙率的负向效应强于优化孔径分布的正向效应，故早龄期掺 粉煤灰会使其抗氯离子渗透性能明显降低。标准养护 时，粉煤灰发挥火山灰效应生成沉积于孔隙中的二次水化产物，虽然无法填充所有的大孔隙，但能够阻碍大孔与较小毛细孔相连，在一定程度上减小开口程度，虽然掺 粉煤灰组相较于基准组的孔隙率较高，但其长期渗透性低于基准组。（）掺 矿渣粉可以明显增强混凝土抗渗透性，这是因为矿渣粉的填充效应延长了毛细孔通道，使得水泥基体内的毛细孔径更加细化，并且矿渣粉在碱激发情况下具有较高的活性，这进一步降低了混凝土孔隙率，水泥基体变得更加密实，故掺 矿渣粉能够有效降低氯离子扩散系数与电通量值。（）双掺 矿渣粉与 粉煤灰也可以明显增强抗渗透性，并且复掺条件下的增强作用与单掺相比未表现出明显的复合效应。水胶比的影响不同水胶比时，复掺粉煤灰和矿渣粉水工混凝土的抗氯离子渗透性及电通量试验数据，如图。图 不同水胶比的抗氯离子渗透性从图 可以看出，水胶比越大则复掺 矿渣粉和 粉煤灰组的渗透性越好，表明混凝土的抗氯离子渗透性逐渐下降。这是因为提高水胶比会增大水泥基体内部的毛细孔隙率，连通的毛细孔及硬化水泥浆体渗透性也会增大。另外，拌和时骨料表面能够吸附一层水膜，并与水泥浆体构成界面过度区，而内部存在的孔隙与裂缝也会将使得抗氯离子渗透性下降。相关性分析根据欧姆定律，在电压恒定时电阻与电流成反比，混凝土试块完全饱水时同样适用欧姆定律。本研究在 法和 直流电量法试验中所使用的电压为 、恒定电压，所以饱水混凝土的电阻与电流之间成反比，电阻的大小在很大程度上体现了抗渗性能的高低。渗透性高的混凝土试块电阻小而电流高，渗透性低的混凝土试块电阻大而电流小。本文结合以上试验数据分析了氯离子扩散系数与初始电流、电通量之间的相关性，结果发现在不同龄期条件下，初始电流与电通量之间呈现出显著的线性关系，这种变化关系与前人研究成果一致。随着龄期的延长氯离子扩散系数与电通量整体表现出相似的变化趋势，二者存在较好相关性。因此，为了降低测试结果受试验过程的干扰作用，适当缩短试验操作周期，在分析渗透性时可以选择 法和 直流电量法中的初始电流为评定指标。结语（）粉煤灰的掺入不利于改善混凝土早龄期（）抗氯离子渗透性，而龄期达到 时粉煤灰发挥火山灰效应使得抗氯离子渗透性逐渐提高；单掺 矿渣粉和双掺 矿渣粉、粉煤灰均能够明显增强混凝（下转第 页）第 卷第 期地下水 年 月上的标养室，养护至 时取出测试试件的孔隙率和强度，该试验条件能够保证水泥充分水化和强度达到设计要求。结语试验对比了搅拌植生混凝土中的 种方法，即裹浆法与造壳法，结果显示在制备植生混凝土时裹浆法表现出更好的适用性，采用该方法配制的胶结浆体能够稳定、均匀地包裹在集料表面，拌合物表面呈玻璃光泽状。研究分析了植生混凝土实测孔隙率与抗压强度受静压、插捣、振动 种成型方式的影响，结果表明 种成型方式的最佳成型压力、插捣次数、振动时间分别为 、次和。通过对比发现，各成型方式配制的植生混凝土实测孔隙率都接近于设计值，并以静压成型配制的混凝土强度最高，该方式配制的植生混凝土综合效果最优。参考文献李义强，李智，赵斌，等 多孔质混凝土植被恢复组合结构与材料性能研究 材料导报 （）：黄文杰，焦楚杰，彭兰，等 植生混凝土的制备工艺与物种选择 新型建筑材料（）：娄可可，卢志萍，康爱红，等 植生型生态混凝土成型工艺及边坡防护施工技术 施工技术（）：杨永民，何永刚，刘晓飞，等 多孔生态混凝土孔隙水环境碱性降低措施研究 广东水利水电（）：（上接第 页）（）反倾边坡的岩层倾向于坡内，因此未有沿着岩层滑动破坏条件，但支护初期，支护结构导致边坡变形量不大，之后边坡土体便由于自身重力产生临空方向变形，从而导致上层覆土与岩层的接触面形成薄弱界面，使边坡发生破坏。并沿坡走向至北为顺倾边坡，更易产生滑动变形。（）支护结构对边坡稳定性起到重要作用，并起到显著影响。且监测点 和 的位移变化基本相似，说明边坡南部区域与东部区域的土质成分大致相同，而监测点 变形位移小于监测点 和。说明库岸边坡中部区域的稳定性强于库岸边坡东部和南部区域。参考文献熊启东，李成芳，孔凡林 库岸边坡抗滑桩上滑坡推力试验研究 重庆建筑 （）：赵兰浩，杨庆庆，李同春 地震作用下土质库岸边坡失稳运动及初始涌浪数值模拟方法 水利发电学报 （）：李强 程瑞林 某库岸边坡稳定性预测及治理研究 黑龙江水利科技 （）：邓建华，李守雷，李小顺 西南地区某库岸边坡监测及稳定性分析 地下空间与工程学报 ：（上接第 页）方式进行检测，以此科学地判断水泥搅拌桩的整体质量和加固强度。表 水泥搅拌桩的无侧限抗压强度时限 无侧限抗压强度 水泥掺量 结语综上所述，国家水利工程项目不断增加，但随之而来的问题也在不断增加，想要充分发挥出工程本身的作用和价值，就要加强对地形的分析，以此强化施工效果和质量。水闸是水利工程项目必不可少的存在，不仅会对国家农业生产造成最直接的影响，也会影响到工业生产等方面的发展。围垦水闸所处的环境较为特殊，高质量的基础处理是确保这一类型水闸可持续发展的关键，从目前来看，水泥搅拌桩 工法在水闸基础处理效果突出。参考文献王建强 水泥搅拌桩软基处理技术在施工质量控制方面的措施分析 价值工程 （）：刘伟，王鹏飞，陈承明 长江沿岸深层软土双向水泥搅拌桩施工技术 广东建材 （）：黄文集 海岸铁路项目水泥搅拌桩处理盐渍软土地基试验方法 珠江水运（）：韩斌武，李振强 近海软基地区水泥搅拌桩施工工艺与质量控制 绿色科技 （）：（上接第 页）土抗氯离子渗透性，双掺相较于单掺矿渣粉的复合效应不显著。（）水胶比越大则复掺 矿渣粉和 粉煤灰试件的渗透性越好，表明混凝土的抗氯离子渗透性逐渐下降，水胶比是抗氯离子渗透性的主要影响因素之一。通过相关性分析发现，混凝土电通量、氯离子扩散系数以及初始电流均存在良好的相关性。为了降低测试结果受试验过程的干扰作用，适当缩短试验操作周期，在分析渗透性时可以选择 法和 直流电量法中的初始电流为评定指标。参考文献谢友均，马昆林，龙广成，等 矿物掺合料对混凝土中氯离子渗透性的影响 硅酸盐学报 （）：黎鹏平，潘峻，范志宏，等 粉煤灰和矿粉对 自密实混凝土氯离子扩散系数的影响 混凝土 ：史才军，王德辉，贾煌飞，等 石灰石粉在水泥基材料中的作用及对其耐久性的影 响 硅 酸 盐 学 报 （）：郑建岚，佘嘉佳，王国杰 荷载与氯化物耦合作用下高性能混凝土中钢筋锈蚀试验 武汉大学学报（工学版）（）：廖灵青，唐滢，彭雪雁 大掺量高性能混凝土氯离子扩散系数的多因素耦合模型 山东工业技术 （）：石新波 矿物掺合料对高性能混凝土抗氯离子渗透性能的影响 低温建筑技术（）：赵瑞霞 海工混凝土抗氯离子渗透性的研究 新型建筑材料 （）：朱战伟，霍立飞，胡守旺，等 高性能混凝土氯离子渗透性细观数值模拟 交通科学与工程 （）：魏宏云，周卫峰，李源渊 掺加矿粉和粉煤灰的混凝土渗透性能分析 公路工程 （）：第 卷第 期地下水 年 月