不同养护条件下掺合料对低温混凝土强度发展的影响.pdf

2 0 1 4 年 第 7 期 (总 第 2 9 7 期 ) Nu mb e r 7 i n 2 0 1 4 ( T o ml No ． 2 9 7 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 原 材料及辅助物料 M ATERl AL AND ADM I NI CLE d o i ： 1 0 ． 3 9 6 9 ~ ． i s s n ． 1 0 0 2 — 3 5 5 0 ．2 0 1 4 ．0 7 ．0 2 8 不同养护条件下掺合料对低温混凝土强度发展的影响 田悦 ’ ，李瑶 z ( 1 ． 沈 阳城市建设学院，沈阳 辽宁 1 1 0 1 6 7 ；2 ． 沈阳建筑大学 材料学院，沈阳 辽宁 1 1 0 1 6 8 ) 摘要 ： 针对低温条件下东北地区混凝土施工特点， 采用恒低温一次冻结法和 自然变低温多次冻结法， 研究了在不掺防冻剂的情 况下 ， 不同养护条件下掺合料对低温混凝土强度的影响并测定混凝土在不同龄期的强度值。 结果表明当复掺粉煤灰 1 5 ％和硅灰 5 ％ 时， 混凝土的强度较之不掺加掺合料的混凝土增加 2 8 ． 8 ％， 掺适量的掺合料的混凝土 ， 恒低温养护条件下 1 8 h 可达到抗冻临界强度 6 ．9 MP a ， 变低温条件下 1 6 h 可达到抗冻临界强度 6 ． 7 MP a 。 关键词： 低温混凝土；掺合料 ；抗压强度 ；混凝土抗冻临界强度 中图分类号： T U 5 2 8 ． 0 6 4 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 — 3 5 5 0 ( 2 0 1 4 ) 0 7 — 0 1 0 2 — 0 3 S t ud y o n c ompr e s s i v e s t r e n g t h o f l o w t e m p e r a t u r e c on c r e t e w i t h m i n e r a l a dmi x t u r e TI AN Yu e ， LIYAO ( 1 ． S h e n y a n g U r b a n C o n s t r u c t i o n U n i v e r s i t y ， S h e n y a n g 1 1 0 1 6 7 ， C h i n a ； 2 ． Ma t e r i a l S c i e n c e a n dE n g i n e e r i n gC o l l e g e ， S h e n y a n g J i a n z h uUn i v e r s i ty， S h e n y a n g 1 1 0 1 6 8， Ch i n a ) Ab s t r a c t ： I t r e s e a r c h e d a b o u t t h e e ff e c t s o f mi n e r a l a d mi x t u r e o n t h e c o mp r e s s i v e s ~ e n g t h l o w- t e mp e r a t u r e c o n c r e t e wi t h o u t a n t i f r e e z e ， wi t h u s i ng o n c e a r t i fic i a l fre e z i ng me t ho d a n d na t ur a l f r e e z i n g me t h o d t e s t t h e c o mpr e s s i v e s t r e n g t h o f l o w— t e mp e r a t u r e c o nc r e t e a t di ffe r - e n t a g e ． T h e r e s u l t s h o w e d ： w i t h mi x i n g f l y a s h ( 1 5 ％) a n d s i l i c a f u me ( 5 ％) C an i m p r o v e t h e s t r e n g t h o f l o w — t e m p e r a tu r e c o n c r e t e 2 8 ．8 ％． W i t h fi t t i n g a s mi x t u r e ． the c o n c r e t e r e a c h e d r e s i s t an t fr e e z i n g c r i t i c a l s ~e n g t h o f 6 ．9 M P a i n 1 8 h u n d e r一 5 ℃ a n d 6 ． 7 MP a i n 1 6 h u n d e r 5 -一1 5℃ ． Ke y wo r d s ： l o w— t e mp e r a t u r e c o n c r e t e ； mi n e r a l a dm ix t u r e ； c o mp r e s s i v e s t r e n gth； r e s i s t ant f r e e z i n g c r i t i c a l s t r e n g t h 0 引言 进而确定低温混凝土的最优养护制度。 目前人们对混凝土的抗冻性问题的认识 已经基本成 熟 ， 而且形成 了较为系统的学说 ， 各 国学者逐渐认识到低 温条件下幼龄期混凝土的性能对 混凝 土后期 的性 能影 响 至关重要 ， 并对低温条件下幼龄期混凝土的性能进行了一 定 的研究旧 。 幼龄期的冻害对混凝土后期耐久性 的影响很 大 ， 如何在混凝土幼龄期时提高混凝 土的密实性进而提高 强度， 是一直探讨的问题[ 3 ] 。 而粉煤灰和硅灰同属具有活性 的混凝土矿 物掺合料 ， 掺人混凝土 中可 以取代部分水泥 ， 并以细颗粒充当细骨料或细骨料的填料， 改善新拌混凝土 流动性 ， 增强黏聚性 ， 减少泌水和骨料分离 ， 从而增强混凝 土的密实性 ， 改善 内部结构 ， 提高强度 ， 其后期 的二次水化 反应 ， 能显著提高后期强度及增加抗腐蚀能力等耐久性问 。 本试验在保持外加剂掺量不变的情况下， 通过改变掺合料 的掺量和掺加方式来测定掺合料对低温混凝土强度发展 情况的影响及对抗冻临界强度和达到抗冻临界强度时间 的影 响 ， 采用二种 养护方式 ( 恒低 温养护 、 自然变低温 养 护 ) 来测定不 同养护制度情况下混凝土的强度发展情况 ， 收稿 日期：2 0 1 4 _ o 1 4 基金项 目：国家 自然科学基金项 目( 5 1 0 7 2 1 2 2 ) 1 02 1 原材料及试验方法 1 ． 1 原材料 水泥为沈阳房产水泥厂生产的P O 3 2 ． 5 级水泥； 水为 采用普通 自来水 ； 粗集料为石灰岩碎石 5 ~ 2 0 ml y l ， 最大粒 径为 2 0 mm， 连续颗粒级配 ； 细集料选用河砂 ， 属 中砂 ， 细 度模数 为 2 ． 8 ， 级配 良好 ， 属 I I 区 ； 粉煤灰 F A为 沈河热 电 厂生产 的 I 级 粉煤 灰 ； 硅灰 s F为青海华 电铁合金股份有 限公司生产 的硅灰。 高效减水剂为 F N ． 1 ， 早强剂为N a S O 。 1 ． 2试 验 方 法 ( 1 ) 混凝土组成情况 固定外加剂掺量 ， 调整粉煤灰和硅灰的掺量进行配制 。 ( 2 ) 养护条件 ①室外 自然变低温养护： 选择初冬和早春时节， 温度 变化范 围为一 1 5 ～ 5 ℃为养护条件。 ② 冰箱 内恒低温 养护 ： 调节冰箱温度为恒 ( 一 1 0 ~ 1 ) ℃ 为养护条件。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 1 外加剂与矿物掺合料掺量 ， 早强剂 高效减水剂 粉煤灰 硅灰 骊 掺量 ／ ％ 掺量 ／ ％ 掺量 ／ ％ 掺量 ／ ％ ( 3 ) 抗压强度测定 分别 于低 温养护龄期为 1 、 3 、 7 d ， 一 7 d + 7 d ， 一 7 d + 2 8 d 测 出不同掺量和不 同掺加方式的矿物掺合料混凝土强度 发展情况。 ( 4 ) 抗冻临界强度测定一 抗冻 临界强度为混凝土抗冻害的最小强度 ， 指新浇筑 的混凝土达 到某一初始 强度 ， 然后 遭到冻结 ， 当恢复正温 养护后 ， 混凝土 的后期强度继续增长 ， 经 2 8 d 标准养护后 ， 其后期强度可达到设计标准值 的 9 5 ％以上 ， 这一受冻前的 初始强度即为抗 冻临界强度l 5 l ， 达到抗 冻临界 强度 的时间 为幼龄期 。 一 次冻结 法 ： 将具有一定初始强度的混凝土置于规定 的负温下养护一定时间 ( 如 3 、 7 d ) 后 ， 转 为正温再标养一 定 时间， 考察其强度损失和耐久性。 冬季室外冻结法 ： 将具有一定初始强度的混凝土置于 冬季 室外 养护一定 时间( 如 3 、 7 d ) 后 ， 转为正 温再标 养一 定时间 ， 考察其强度损失和耐久性。 2 试验 结果与分析 2 ．1 恒低温养护条件下掺合料对混凝土强度的影响 掺人不 同掺量掺 合料 的混凝土试件成型后在标养 室 养护一定时间达到一定抗冻临界强度， 然后放人恒一 1 O℃ 冰箱养护 ， 并在混凝土表面覆盖塑料薄膜 ， 防止水分过分 蒸发_匍 。 在恒低温条件下掺人不同掺合料时混凝土不同龄 期的强度见图 1 。 7O 6 O 5O 4 0 魁 星 3 0 辐 2 O l O O 1 d 3 d 7 d—— 7 d + 7 d— — 7 d + 2 8 d 龄 期 图 1 恒低温养护条件下掺合料对混凝土抗压强度的影响 从 图 1 可以看 出， 掺入掺合料的混凝土与未掺矿物掺 合料 的混 凝土 相 比较 ， 强度 变化 不大 。 在 掺合 料掺 量为 1 0 ％ ～ 2 0 ％时随着粉煤灰掺量 的增 大， 混凝土 的强度 逐渐降 低 ， 当粉煤灰掺量超过 1 5 ％尤为 明显 ， 这是 由于水泥早期 水化只是部分水泥形成网格相互胶接来增加强度 ， 水化慢 会影响早期强度增长 ， 当粉煤灰等量取代水泥 ， 并 掺量过 高时， 粉煤灰需水率低， 使其富余水增多， 增大了混凝土孑 L 隙率， 从而降低了混凝土的强度值。 而由图可看出， 在养护 2 8 d 后混凝土强度和未掺粉煤灰的强度相近甚至超过未掺 粉煤灰的强度 ， 这是 由于粉煤灰混凝土经过定龄期( 7 ～ 2 8 d ) 的养护 ， 粉煤灰颗粒分散于水泥浆体中， 在玻璃微珠表面 形成一层较坚硬 的水化凝胶 ， 与水泥浆体结合密实 ， 故 中 后期粉煤灰混凝土强度增加较快。 在掺量为 5 ％～ 1 0 ％时随 着硅灰掺量的增大 ， 混凝 土的强度先增高再逐渐 降低这是 由于硅灰掺量高 ， 会增加需水量 ， 进而降低了混凝土的强 度 ， 所 以掺量不宜超过 8 ％， 但强度普遍高于未掺硅灰的混 凝 土强度 。 当复掺粉煤灰 ( 超 量取 代水泥 1 5 ％) 硅灰 ( 等量 取代水泥 5 ％) 时 ， 混凝土 的强度在不 同龄期都有很大的提 高 ， 这是 因为 当掺人适宜掺合料 时， 由于其密实填充效应 ， 改善了混凝土 内部孔结构 ， 使孔径细化 ， 隔断大孑 L 通道 ， 减 少可冻水量 ， 使混凝土强度在低温下持续发展 。 2 ．2 变低温养护条件下掺合料对混凝土强度的影响 掺人不同掺合料的混凝土在一 l 5 ～ 5℃变低温 自然养 护条件下抗压强度的发展情况见图 2 。 7O 6 O 5O 40 营 3 0 2 O 1 O 0 7 d—— 7 d + 7 d— — 7 d + 2 8 d 龄期 图 2 变低温养护条件下掺合料对混凝土抗压强度的影响 由图 2可以看出 ， 在变低 温养 护的条件下 ， 不 同掺合 料对 于混凝土的强度 的影 响发展情况 和恒低温条件养 护 的规律是一致 的， 但在相 同掺合料 和相同养护龄期的情况 下 变低 温养护条件下混凝土的强度要 比恒低温养护 条件 下要高 ， 这是 由于混凝土一直在恒低温情况下养护对混凝 土 的内部结构造成损伤和强度损失 ， 而在 自然变低温条件 下 ， 自然温度 的变化使混凝土经历 了冻融循环 ， 能使混凝 土更好 的水化。 2 ．3 低温条件下掺合料对龄期混凝土抗冻临界强 度及达到抗 冻临界 强度 时间的影响 本试验对于不 同掺合料对混凝土抗冻 临界 强度采用 一 次冻结法及冬季室外冻结法获得 ， 具体数据见图 3 。 1 03 一 一 一 一 5 8 O 5 一 加 一 一 一 4 4 4 4 4 4 4 4 A B C D E F 3 H 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 鼎 呔 馄 凝 土 试 件 图 3 不养护条件下掺合料对混凝土抗冻临界强度的影响 从 图 3 可 以看 出 ， 不论在恒低温还是 自然变低 温养护 条件下 ， 掺人 1 0 ％ 粉煤灰和掺人 5 ％硅灰的混凝 土与未掺 矿物掺合料的混凝土相比较 ， 抗冻临界强度值和抗冻临界 龄期变化不大， 复掺粉煤灰( 超量取代水泥 1 5 ％) 硅灰( 等 量取代水泥 5 ％) 时 ， 混凝土在低温条件下抗冻临界强度值 与抗冻临界龄期有所降低。 随着矿物掺合料掺量的增加， 抗冻临界强度值变化 并不是很大 ， 但抗冻临界时间延长 ， 当粉煤灰掺量超过 1 5 ％尤为明显 ， 恒低温养护条件下 1 8 h 可达到抗冻临界强度 6 ． 9 MP a ， 变低温条件下 1 7 h可达 到 抗冻临界强度 6 ． 7 MP a ， 这是 由于粉煤灰掺量过高 ， 因为水 化慢会影响早期强度增长 ， 而硅灰掺量高 ， 会增加需水量 ， 对早期抗 冻性不利 ， 而 当掺量适宜时 ， 由于其密实填充效 应 ， 细化孔径 ， 隔断大孔 通道 ， 改善混凝土 内部孑 L 结构 ， 减 少可冻水量， 使混凝土强度在低温下持续发展 ， 尽早达到 抗冻临界强度 ， 缩短抗冻临界龄期 。 通过图 3的对比可以看出 ， 在恒低温条件下养护的混 凝土较在 自然变低温下需要更高的抗冻临界强度 ， 才能保 证不受冻害， 这是因为当混凝土在变低温养护时混凝土经 过多次自然条件下的冻融循环使混凝土更好的水化， 而使 混凝土的抗冻临界强度很低就能满足不受冻害的要求 ， 而 当混凝土在一直处在恒低温条件下进行养护时混凝土水化 进行 的不是很好 ， 综上原 因 自然变低温养护更适合冬季施 工。 在负温下掺加高活性矿物质活性掺合料 ， 并经正温预养 之后有利于改善孔结构 ， 有助于混凝土的早期结构的形成 ， 使骨料界面和次级骨料界面显微结构得到了很大改善 ， 进 而有利 于降低冰点 ， 维持 了充分 的液相 ， 从而有条件使水 泥在负温下水化。 早期结构形成后 ， 水泥石基体内孔结构 向 孔径小的方向移动 ， 在微小的变化过程中水泥石 内的毛细 孔体系可视为一封闭体系， 增加了基体内部的液相量， 使水 泥石内的冰点降低， 进而冰胀作用减弱， 加速了水泥的水化 作用。 在自然变负温条件下， 对体系中水而言， 小孔中水分 子的熵比大孑 L 中的大， 增加了水分子的活性， 获得的自由能 上接第 1 0 1 页 [ 2 12张燕． 活性粉末混凝土( R P C ) 的结构工程应用及发展空间I J 1 ． 山 东建材， 2 0 0 4 ， 2 5 ( I ) ： 4 6 — 4 8 ． 【 3 1耿春雷， 许零， 陈红岩， 等． 活性粉末混凝土的研究与工程应用 进『 J J ．材料导报 A： 综述篇， 2 0 1 2 ， 2 6 ( 3 ) ： 7 0 — 7 3 ． [ 4 1 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【 s 1 ． 【 5 】时术兆， 齐砚勇， 严云， 等． 活性粉末混凝土的配合比试验研究l J 1． 混凝土 ， 2 0 0 9 ( 4 ) ： 8 3 — 8 6 ． 】 0 4 大 ， 这样就增加 了体系 中的 自由能差 ， 进而加速了负温下 水泥水化硬化， 所以强度要高于恒低温养护的混凝土[7 J 。 3结 论 ( 1 ) 在不改变外加剂掺量的条件下 ， 当粉煤灰掺量 1 0 ％～ 2 0 ％时 ， 随着粉煤灰掺量 的增加 ， 低温条件下混凝 土 强度逐渐降低 ， 当粉煤灰掺量超过 1 5 ％尤为 明显 ； 当硅灰 掺量 5 ％～ 1 0 ％时 ， 混凝土的抗压强度先增 加后 降低 ， 所 以 粉煤灰掺量不宜超过 1 5 ％， 硅灰不宜超过 8 ％； 当复掺粉煤 灰 1 5 ％和硅灰 5 ％时， 混凝土的强度较之不掺加掺合料的 混凝土有很大 的增加 ， 增加 2 8 ． 8 ％， 随着养 护时间 的增 长 混凝土 的强度将会继续增长。 ( 2 ) 掺适量 的掺合料的混凝土 ， 恒低温养护条件下 1 8 h 可达到抗冻临界强度 6 ． 9 MP a ， 变低温条件下 1 7 h可达到 抗冻 临界强度 6 ． 7 a ， 通过试验可知不 同组分 的混凝土 的抗冻临界强度值不相同。 ( 3 ) 对 比恒低温养护条件下和变低温养护条件下 掺合 料对混凝土强度及抗冻临界强度和达到抗冻临界强度 的时 间的影响可知， 自然变低温养护更适合冬季混凝土的养护。 参考文献： ⋯ 1 F U M I N O R I T ， K WA N G R Y U L H _ A s t u d y o n t h e c o n c r e t e u s i n g fl y a s h a s a p a r t o f fi n e a g g r e g a t e [ J ] ． S u mma r i e s o f T e c h n i c a l P a p e r s o f A n n u a l M e e t i n g ， 2 0 0 0 ( 3 ) ： 2 5 3 — 2 6 1 ． [ 2 ]KWAN GR YUL H， F U MI NOR 1 A p r o p e r t i e s o f p o r e s t r u c t u r e o n t h e c o n c r e t e u s i ng f l y a s h a s a p a rti ~ r e p l a c e me n t f o r f i n e a g g r e g a t e ． C e me n t S c i e n c e a n d C o n c r e t e T e c h n o l o g y J a p a n C e me n t A s s o c i a — t i o n ， 2 0 0 1 ( 5 2 ) ： 8 6 — 8 7 ． 『 3 ]3 杨英姿 ， 等． 负温混凝土的受冻临界强度及其耐久性[ J ] ．武汉理 工大学学报， 2 0 0 9 ( 2 ) ： 3 7 — 4 1 ． [ 4 ]鞠丽艳， 张雄． 掺多元复合矿物外加剂高性能混凝土研究l J 1 _ 同 济大学学报 ： 自然科学版， 2 0 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