免压蒸预应力离心桩用C80高强混凝土抗冻融和抗硫酸盐性能研究.pdf

2 0 1 4年第 9期 9月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA C0NC RE T E AND C EME NT P R 0DUC T S 2 01 4 No 9 S e p t e mb e r 免压蒸预应力离心桩用 C 8 O高强混凝土 抗冻融和抗硫酸盐性能研究 王朝强 ， 谭克锋 l I2 ， 朱建舟 ， 张韶华 一 ， 丁文文 1 ,2 ( 1 西南科技大学材料科学与i程学院， 绵阳 6 2 1 0 1 0 ； 2 四川省非金属复合与功能材料重点实验室一 省部共建国家重点实验室培育基地， 绵阳 6 2 1 0 1 0 ； 3 上海中技桩业股份有限公司， 2 0 0 4 3 4 ) 摘要 ： 为探 索养护制度对采用水泥一 硅灰一 矿渣粉复合胶凝材料 的 C 8 0桩 用高强混凝土耐久性性能的影响规 律 ， 研 究了不 同养护条件下( 蒸汽养护和标准养护 ) C 8 0桩用高强混凝土抗 冻融和抗硫酸盐性能 。 并分析 了不 同蒸汽 养护恒温静 停时间对复合胶凝材料水化程度的影响。试验结果表 明， 蒸汽养护能有效提 高预应力 离心桩 用 C 8 0高 强混凝土早期( 2 8 d ) 强度 ； 标准养护下的预应力 离心桩用 C 8 0高强混凝土抗冻融和抗硫酸 盐性能要优 于蒸汽 养护 ， 其 中水泥 用量 为 4 0 0 k g m3 ， 矿粉与硅灰互掺近 1 ： 1时 ， 抗 冻等级可达 F 4 5 0 ， 抗硫酸 盐等级 可达 KS 1 5 0以上 ； 蒸汽养 护最高恒温不超过 8 0 对提 高水泥基胶凝材料耐久性更加有 利 关 键 词 ： 免 压 蒸 ； 高强 混 凝 土 ； 抗 冻融 ； 抗 硫 酸 盐 Ab s t r a c t ： T o e x p l o r e t h e i n fl u e n c e o f c u ri n g s y s t e m o n t h e p e r me a b i l i t y o f C8 0 h i g h - s t r e n g t h c o n c r e t e wh i c h b a s e d o n c e me n t - s i l i c a f u me - s l a g c o mp o u n d c e me n t i t i o u s ma t e ri a l s ， t h e d u r a b i l i t y o f C 8 0 h i g h - s t r e n g t h c o n c r e t e u n d e r d i f f e r - e n t c u ri n g c o n d i t i o n s( s t e a m - c u ri n g a n d s t a n d a r d c u r i n g ) a r e s t u d i e d ， a n d t h e e f f e c t o f d i f f e r e n t s t e a m c u ri n g the rmo s t a t i c r e s t p e rio d o n t h e h y d r a t i o n d e g r e e o f c o mp o u n d c e me n t i t i o u s ma t e r i a l s i s a l s o s t u d i e d T h e r e s u l t s s h o w t h a t s t e a m- c u ri n g i s p r o p i t i o u s t o i n c r e a s e the s t r e n gt h o f c o n c r e t e i n e a r l y a g e( 2 8 d ) T h e f r e e z i n g t h a w r e s i s t a n c e a n d s u l f a t e r e s i s t a n c e o f c o n c r e t e u n d e r t h e s t a n d a r d c u ri n g i s s u p e ri o r t o t h e s t e a m- c u rin g ，a n d the c e me n t c o n t e n t i n 4 0 0 k g m ， mi n e r a l p o wd e r a n d s i l i c a fu me mi x e d c l o s e t o 1 ： l ，u n d e r t h e s e c o n d i t i o n s ， the me c h a n i c a l p r o p e r t y a n d wo r k i n g p e r f o rm a n c e of the n o n a u t o c l a v e d C8 0 c o n c r e t e a l l me e t the s t a n d a r d r e q u i r e me n t s ， t h e f r o s t r e s i s t a n c e l e v e l c a n r e a c h F 4 5 0 。 a n t i s u lf a t e c o r r o s i o n p e rfo rm a n c e l e v e l mo r e tha n KS 1 5 0 I n a d d i t i o n 。 wh e n t h e h i g h e s t c u ri n g t e mp e r a t u r e i s b e l o w 8 0 ， i t i s mu c h b e t t e r f o r t h e i n c r e a s e o f i mp e r me a b i l i t y o f c o mp o u n d c e me n t i t i o u s ma t e ria l s Ke y wo r d s ： No n a u t o c l a v e d ； Hi g h - s t r e n gth c o n c r e t e ； F r e e z i n g t h a w r e s i s t a n c e ； S u lf a t e r e s i s t a n c e 、 中图分 类号 ： T U 5 2 8 3 1 文献 标识 码 ： A 文章编号 ： 1 O 0 o 一 4 6 3 7 ( 2 0 1 4 ) 0 9 一 O 6 0 5 0前 言 预应力高强混凝土离心桩是一种桩身采用高 强混凝土再配 以高强度 、低松弛专用预应力钢筋 ， 离心成型后经特殊养护工艺制成的桩基材料。我国 2 0世纪 8 0年代后期开始大量应用预应力高强混凝 土管桩( 简称 P H C桩) 。 但随着预应力离心桩的应用 领域和服役环境变得越来越恶劣 。 例如寒冷地区混 凝土的抗冻耐久性劣化或失效等 。土壤 、 地下水 、 海 水 、腐烂的有机物及工业废水 中都含硫酸根离子 ， 它们渗入混凝土 内部会与水泥的水化产物发生化 学反应 ， 引起膨胀 、 开裂 、 脱落等现象 严 重影响混 凝土的耐久性和使用寿命 t l - 3 1 。曹建 国、周永祥 、 J G e i s e l e r h和胡曙光、 田耀 刚等人研究 了矿物掺合料 基金项 目： 四川省教育厅 项 目( 1 0 z d l 1 0 4 ) 。 一 6 一 对高强混凝 土抗冻融和抗硫酸盐侵蚀性能 的影 响 及其作用机理 ， 但他们均限于单一 自然环境 、 标准 养 护 和蒸 汽 养护下 进 行 的研 究 ， 而 对 于蒸 汽 养护 和标准养护二者之间的抗冻融及抗硫酸盐关 系研 究还较少 。因此 ， 本文重点就标准养护和蒸汽养护 对 免 压 蒸 C 8 0桩 用 高 强 混 凝 土 抗 冻 融 和抗 硫 酸盐 性能及掺合料等 因素对管桩 混凝 土耐久性 的影 响 开 展研 究 。 1 实验原 材料 、 样 品制 备及测 试方 法 1 1 原 材料 ( 1 ) 水 泥 ： 采用 浙 江产 P O 5 2 5级水 泥 ， 化 学 组 成见表 1 ， 经检测其安定性合格 ； 标准胶砂试件 3 d 抗折强度为 6 3 MP a ，抗压强度为 3 3 M P a ； 2 8 d抗折 强度 为 9 1 M P a ， 2 8 d抗 压 强度 为 6 2 2 MP a 。 ( 2 )砂 ：表观密度为 2 6 6 0 k #m ，堆积密度为 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 王朝强 ， 谭克锋， 朱建舟 ， 等免压蒸预应力离心桩用 C 8 0高强混凝土抗冻融和抗硫酸盐性能研究 1 4 5 0 k g m ， 细度模数为 2 8 ， 属中砂 ， 颗粒级配 良好 ； 含泥 量 为 1 3 ， 属于 类 砂 。 ( 3 ) 石子 ： 表观 密度为 2 8 5 0 k g m 。 ， 堆积 密度为 1 5 8 0 k g m。 ， 粒 形较好 ， 颗粒级配符合 5 - 2 5 m m连续 粒级 ， 质量 良好。 ( 4 ) 矿 粉 ： 密度 为 2 8 6 k g m ， 流动 度 比为 1 0 3 ， 7 d 活性指数为 8 3 2 ， 2 8 d活性指数为 9 8 6 ， 其化学组成 见表 l 。 ( 5 ) 硅灰 ： S i O 2 含量 9 0 ， 其化学组成见表 1 。 ( 6 ) 减水剂 ： 萘系减水剂 ， 减水率为 2 1 。 ( 7 ) 水 ： 普 通 自来水 。 表 1 胶 凝 材 料 的 化 学 组 成 Mg O S 0 3 烧失量 1 6 1 3 61 1 6 0 0 2 0 0 40 5 47 2 3 9 一 1 2 样品制备及测试 1 2 1 C 8 0桩用高强混凝土配合 比 C 8 0桩用高强混凝土配合 比见表 2 。 表 2 C 8 0桩用高强混凝 土配合 比 k g m 1 2 2 测试 方法 表 2中三组混凝土试件的成型尺寸为 l O O m mx l O O m mx l O O m m， 成 型后覆 盖 薄 膜 ， 1 d后 拆 模 。养 护 制度为 ： 标准养护 ： 移人标准养护室养护至 7 d和 2 8 d测试龄期； 蒸养养护： 需测 1 d 脱模强度， 再移 入标准养护室养护 2 8 d龄期测试 。混凝土抗压强度 试验按照 G B T 5 0 0 8 1 2 0 0 2 普通混凝土力学性能 试 验 方法 标准 进 行 。 耐久性能制样及测试( 抗冻融 、 抗硫酸盐 ) 按照 G B T 5 0 0 8 2 2 0 0 9 ( 普通混凝土长期性能和耐久性能 试 验方法 标 准 进 行 。 净浆试件尺寸为 2 0 mmx 2 O m mx 2 O mm。成型后 1 d脱模 ，脱模后置于( 2 0 1 ) o c 、相对湿度不低于 9 5 的养护箱中养护至相应龄期 。净浆试件破型后 用无水 乙醇浸 泡 。 然后磨细后过 2 0 0目筛 ， 并置于 干燥皿 中备用 ， 测其 X R D和 S E M。 2实验 结果分 析 2 1 力 学性能 结果 表 3为试件 2 8 d抗压强度试验结果。 从表 3 可知： 矿物掺合料的合理复掺可有效 增加混凝土后期强度； 养护制度对混凝土强度影 响较大 ，随着蒸养 8 0 时静停时间的不断增加 ， 混 凝土强度先增后降 ， 其 中， 蒸养 8 O ， 静停 4 h时的 2 8 d强度最好 与标准养护 2 8 d强度相当。 蒸养条件 下 ， 硅灰和矿粉在混凝 土体系中能发挥 良好的火 山 灰 效 应 和 密 实 作 用 ， 优 化 孔 径 分 布 ， 减 少 混 凝 土 结 构 中的连通孔含量 ， 提高水化产物 的密实度 ， 并减 少界面过渡区内大尺寸 C a ( O H ) ： 晶体含量 。 但高温 养护也可引起混凝土产生的内部应力 、 水化产物不 均匀分布 、 水 的定 向迁移以及内部气泡的膨胀与破 裂等都对混凝土强度不利 O l ， 而在对蒸养 8 O 、 静 停超过 4 h后 的净浆试样进行 S E M图( 如图 l 图 3 ) 分析发现 ： 针状水化硅酸钙和钙矾石等已经部分由 细长状向短小的圆柱状发生分解 。 故其强度出现倒 缩现象。另外 ， 免压蒸下 ， l 4组的蒸养 8 0 静停 4 h 时 的桩 用 C 8 0高 强混 凝 土 的早 期 力 学 强度 远远 大 于预应力离心桩 的生产要求 ， 从而可取消蒸压养护 中的二次养护工艺。 2 2 抗冻融实验结果 考察 1 3组标准 和蒸养 8 0 4 h试块快速冻融 5 0 0次后的相对动弹性模量和质量损失率 ，实验结 果 见 图 4 图 9 由图 4 图 9可知 ，快速冻融 2 5 0 3 0 0次之前 ， 标 养和蒸养混凝 土的相对 弹性模量基本处于 1 0 以内 ， 质量损失率也都在 0 5 左右 ， 但超过 3 0 0次 后 ， 相对弹性模量大幅下降 ； 同时 ， 质量损失率也都 超过 1 ， 且蒸养较标养下降更快 。在冻融作用前 ， 表 3 2 8 d抗压强度试验结果 一7一 一 一 一 一 一 c ； 一 一 一 一 一 一 一 泥灰粉 一 矿 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m