粉煤灰和矿粉含量对混凝土抗硫酸盐腐蚀影响的试验研究.pdf

2 0 1 5年 第 7期 (总 第 3 0 9期 ) Nu mb e r 7 i n 2 0 1 5 ( T o t a l No 3 0 9 ) 混 凝 土 Con c r e t e 理论研究 THE0RET I CAL RES EARCH d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 5 0 7 0 0 1 粉煤灰和矿粉含量对混凝土抗硫酸盐腐蚀 影响 的试验研 究 聂庆科 - - 。白冰。 。李华伟 ， 韩松 ，王英 辉 ( 1 河北建设勘察研究院有限公司， 河北 石家庄 0 5 0 0 3 1 ； 2 河北省岩土工程技术研究中心， 河北 石家庄 0 5 0 0 3 1 ； 3 北京交通大学 土木建筑工程学院， 北京 1 0 0 0 4 4 ) 摘要 ： 在普通硅酸盐水泥混凝土中加入一定的粉煤灰和矿粉来改善混凝土的抗硫酸盐腐蚀性能是可行的。 研究表明， 掺人 1 0 、 2 0 和 3 0 的粉煤灰能够满足各个强度等级混凝土的抗硫酸盐性能指标 。 对于 $ 9 5矿粉， 在高强混凝土中( C 4 0 、 C 4 5 ) 掺量 达到 3 0 ， 仍然可以满足混凝土抗硫酸盐性能指标 ， 而强度稍低的混凝土( C 3 0 、 C 3 5 ) 中， 经过 1 5 0次硫酸盐侵蚀后试件强度已经 低于 7 0 ， 未能达到标准要求 。 在各个强度等级配合比中， 掺粉煤灰的混凝土抗硫酸盐性能要 明显优于掺矿粉 ， 但掺料掺量增加 后试件抗硫酸盐性能稍有下降。 关键词： 高强混凝土 ； 抗硫酸盐腐蚀； 矿粉； 粉煤灰 中图分类号： T U 5 2 8 O l 文献标志码： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 5 ) 0 7 0 0 0 1 0 3 E ff e c t s o f t h e c o n t e n t of f l y a s h a n d s l a g o n t h e r e s i s t a n c e t o s u l f a t e o f c o n c r e t e NI E Q i n g k e | ， BA dBi n g ， L IHu a w e i f。 ， HA N S o n g ， WANG Y i n g h u i f ( 1 H e b e i R e s e a r c h I n s ti t u t e o f C o n s t r u c ti o n a n d G e o t e c h n i c a l I n v e s ti g a ti o n C o ， L t d ， S h i j i a z h u a n g 0 5 0 0 3 1 ， C h i n a ； 2 T h e T e c h n o l o g y C e n t e r f o r G e o t e c h n i c a l E n g i n e e r i n g o f H e b e i P r o v i n c e ， S h ij i a z h u a n g 0 5 0 0 3 1 ， C h i n a ； 3 S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e r i n g， B e ij i n g J i a o ton g Un i v e r s i t y， B e i j i n g 1 0 0 0 4 4， Ch i n a ) Abs t r a ct ： An t ic o r r os i o n p e r f o r ma nc e b y a d d i n g fly a s h an d s l a g p o wd e r i n t h e o r d i n a r y P o r t l an d c e me n t c o n c r e t e t o i mp r o v e c o n c r e t e wa s s t u d i e d S t u d i e s s h o w tha t t he de mands o f va r i o u s s t r e n g t h o f s e v e r a l c o n c re r e s i s t a n c e t o s u l f a t e c a n b e s a tis fie d by a d d i n g 1 0 ， 2 0 a n d 3 0 f l Y a s h F o r t h e $ 9 5 s l a g p o w d e r ， t h e h i g h s tr e n g t h c o n c r e t e ( C 4 0 ， C 4 5 ) c a l l r e a c h t o the c o n t e n t o f 3 0 a n d s ti l l m e e t the c o n c r e t e r e s i s t a n c e t o s u l f a t e perf o rmanc e i n d e x H o w e v e r ， f o r t h e s l i g h t l y l o w e r s t r e n g t h c o n c r e ( C 3 0 ， C 3 5 ) ， s u b j e c t i n g t o 1 5 0 t i me s o f s u l p ha t e e r os i o nt e s t ， the s t r e n gth i sl owe rt h an 7 0 ， whi c hf a i l e dto me e tthe de mand Onthe o the rh an d， f o r a l l s t r e n g t ht e s t s of s a mp l e， s u l f a t e r e s i s t a n c e o f fly a s h c o n c r e t e i s mu c h be t t e r than the mi n e r a l a d mi x t u r e， b u t the s ul f a t e r e s i s t a nc e o f c o n c re i s d e c r e a s e d s l i g hfl y wi t h the i n c rea s e s o f a d mi x tur e c o nt e n t Ke y wor d s ： h i g h s t r e n g t h c o n c r e t e ； a n t i c o r r o s i o n o f s u l f a t e ； s l a g p o wd e r ； f l y a s h O 引 言 我 国许多地 区( 如新疆 、 甘肃 、 青海等西 部地区 ) 的土 壤类型属于 内陆盐土 ， 其 中地下水 中含有 大量 的硫酸盐 、 氯盐和镁盐等强腐蚀性物质。 地层中腐蚀性材料的存在对 建设于其 中的钢 筋混凝 土结构和建筑桩基础 会产生极大 的腐蚀性危害。 就硫酸盐的腐蚀机理而言， 主要是侵入混 凝土内部 的硫酸盐与水泥石的某些化学成分发生反应 ， 产 生难溶解 的盐 类矿 物而产生体 积膨 胀 ， 形成 膨胀 型 内压 力 ， 而当该应力超过混凝土的抗拉强度时使得混凝 土的强 度下降甚至开裂。 氯盐 ( 氯离子 ) 的腐蚀作用 主要是其 中 的氯离子引起混凝土内的钢筋产生锈蚀， 而钢筋锈蚀后产 生的大量铁锈可在混凝土 内部产生拉应力 ， 最终导致混凝 收 稿 日期 ： 2 0 1 4 1 0 0 1 基金项 目： 国家重点基础研究发展计划( 9 7 3计划 ) 项 目( 2 0 1 5 C B 0 5 7 8 0 0 0 ) 土胀裂 、 剥离和破碎u 。 硫酸盐等腐蚀性材料的存在是影响混凝土长期耐久 性 的一个关键问题 ， 而其影响 因素也 十分复杂 ， 涉及混凝 土的工作条件和环境条件 两个 大 的方 面 J 。 其 中， 混 凝 土的工作条件主要包括混凝 土的配合 比、 水泥 品种 、 添加 剂类型 、 施工方式和受力状态等性 能， 而环境 条件则包 括 侵蚀溶液的种类、 浓度、 干湿交替过程、 冻融循环过程等。 近年来 ， 混凝 土的耐 久性问题 已得 到广泛重视 ， 但 其 研究 的深度 和广度还远远不够 。 这里 ， 涉及 到混凝 土的 腐蚀机理、 影响 因素 、 试验方法 、 试验水 平 、 评价标准 以及 抗腐蚀措施 等。 而 为了达到抗 腐蚀效 果采用 的特殊水 泥 ( 如高抗硫水泥) 的效果不仅显著增加了工程造价， 其抗腐 蚀效果也有待于检验 。 本试验尝试在普通硅酸盐水泥混凝 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 土中加入一定含量的粉煤灰和矿粉来改善混凝土 的抗腐 蚀性能 ， 并进行了抗硫酸盐腐蚀 的耐久性试验研究 。 1 混凝土耐久性试验方案 1 1 试验要求 所配制 的混凝土主要 由水泥 、 矿粉和粉煤灰三种组分 组成 ( 按照要求配合 比配制) 。 主要研 究按上述原则 配制 的混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能 。 水泥采用 P O 4 2 5级水 泥 ， 矿粉采用 $ 9 5级和 $ 7 5级两种进行对 比研究 。 掺合料用量 ： 粉煤灰掺 1 0 4 0 、 矿粉加 2 0 3 0 。 要求水胶 比小于 0 4 ( 实 际配制为 0 4 4 ) 。 混凝土强度等级 为 C 3 0 、 C 3 5 、 C 4 0和 C 4 5等多种 ， 同时进行少 量 C 2 0等级 混凝土的对比试验。 所配制的混凝土要求满足水下混凝土 灌注桩的性能。 根据 G B T 5 0 0 8 2 -2 0 0 9中的硫酸盐侵蚀 试验方法 ， 进行 1 5 0次 浸烘循 环 ， 满足混凝土抗硫 酸盐侵 蚀试 验强度耐蚀系数 0 8 5 。 1 2试验计 划和依据 试验配合 比设计共 5个强度等级 ( 即 C 2 0 ， C 3 0 ， C 3 5 ， 1 2 4 0和 C 4 5 ) 。 C 2 0强度等级只进行抗硫酸侵蚀试验 ， 主要 用于与其他强度等级试验进行结果 比较 。 粉煤灰等级选用 I 级。 抗硫酸盐侵蚀试验每个 配合 比干 一 湿循 环 1 5 0次 。 试验根据 G B T 5 0 0 8 2 -2 0 0 9 及相关规范进行试验。 2 抗硫酸盐腐蚀试验 结果与分析 2 1 混凝土的工作性 能 在配制的混凝土试件中， 各配合比混凝土的工作性能 如表 1 4 ， 可见所配制的各强度等级混凝土的主要性能基 本能够满足要求， 但当矿粉掺量较多时会使得强度等级较 低的混凝土的流动性变差( 例如 C 3 0混凝土， 见表 1 ) 。 对 于强度等级较低 的混凝土 ， 掺入较多的粉煤灰亦能满 足工 作性能的要求( 见表 5 ) 。 表 1 C 3 0普通硅酸盐混凝土基本性能 表 2 C 3 5普通硅酸盐混凝土基本性能 2 表 3 C 4 0普通硅酸盐混凝土基本性能 表 4 C , 4 5普通硅酸盐混凝土基本性能 表 5 不同强度等级下混凝土工作性能 ( 粉煤灰掺量为4 0 ) 2 2 混凝 土的抗硫酸盐腐蚀 试验 按照以上原则得到的各配合 比混凝土 的 2 8 d抗压强 度与经过 1 5 0次干 一湿循环硫酸盐侵蚀后 的抗压强度结 果见表 6 - 9 ， 同时给出 1 5 0次硫酸盐侵蚀后强度与 2 8 d 强 表 6 经硫酸盐侵蚀后 C 3 0混凝土的抗压强度 C 3 0无掺 5 5 0 8 ( 2 3 0粉煤灰掺量 1 0 5 5 2 1 一 C 3 0 粉煤灰掺量 2 0 4 7 5 6 3 7 1 5 C 3 0$ 7 5 矿粉掺量 1 0 5 3 1 7 3 4 6 3 C 3 0$ 7 5 矿粉掺量 3 0 5 0 7 6 2 7 4 0 C 3 0$ 9 5矿粉掺量 3 0 5 4 4 6 3 3 1 7 7 8 1 6 5 1 5 4 0 6 0 9 表 7经硫酸 盐侵 蚀后 C3 5混凝土 的抗压 强度 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 8 经硫酸盐侵蚀后 C 4 0混凝土的抗压强度 表 9经硫酸盐侵蚀后 G 4 5混凝土的抗压强度 度比( 用百分数表示 ) 。 表 6 - 9给出不 同强度等级 的混凝土在掺入 不同的粉 煤灰或矿粉后 ， 经过 1 5 0 d的硫酸盐干湿循环后的抗压强 度以及强度退化程度变化趋势。 可 以看 出， 对于粉煤灰 而言 ， 掺人 1 0 的粉煤 灰能够 满足各个强度混凝土的抗硫酸盐性能指标。 混凝土中粉煤 灰掺量增至 2 0 时 ， C 3 0 、 C 3 5和 C 4 0试件在 1 5 0次硫酸盐 侵蚀后试件强度均符合耐 久性设计要求 。 然而 ， 当 C 4 5试 件粉煤灰掺量为 2 0 时 ， 经历 1 5 0次硫 酸盐 干湿循环后强 度下降较大 ， 未能达到标准要求。 对于 $ 9 5矿粉而言， 在高强混凝土中( C 4 0 、 C 4 5 ) 掺量 达到 3 0 ， 仍然可 以满足混凝土抗硫酸盐性 能指标。 而强 度稍低的混凝土( C 3 0 、 C 3 5 ) 中， 1 5 0次硫酸盐侵蚀后试件 强度已经低于7 0 ， 未能达到标准要求。 对于 $ 7 5矿粉 ， 掺量超过 1 0 ， 1 5 0次硫酸盐侵蚀后试 件强度已经低于7 0 ， 无法达到使用要求 ， 建议不要使用。 此外 ， 各个强度配合 比中， 掺粉煤灰 的混凝土抗 硫酸 盐性能要明显优于掺矿粉。 但掺合料掺量增 加 ， 试件 抗硫 酸盐性能稍有下降。 对于抗硫酸盐来说， 矿物掺合料优选 的排序为 ： 粉煤灰 $ 9 5矿粉 $ 7 5 矿粉 。 综 合 以 上结 果 ， 作者 认为在硫 酸盐侵 蚀较严重 的地 区 ， 混凝土 中粉 煤灰掺量 应 以 2 0 为 限 ， $ 9 5矿粉不 应超 、 ， ： ，j 产 ) 、 ， ； ； 0 t； 、一 、 ； 过 3 0 ， $ 7 5 矿粉对混凝 土抗硫 酸盐性 能影 响较 大 ， 建议 避免使用或使用较小掺量。 3 结论 根据试验结果 ， 可以得到 以下结论 ： ( 1 ) 混凝土中掺用一定量的粉煤灰， 依然能够满足材 料 的力学性能 和耐久性能。 掺加 1 0 、 2 0 、 3 0 的粉煤 灰 能够满足各个强度混凝 土的抗硫酸盐性能指标 ， 即在 1 5 0 次硫酸盐侵蚀后试件强度均符合耐久性设计要求。 ( 2 ) 各个强度配合 比中， 掺粉煤灰 的混凝 土抗硫 酸盐 性能要明显优于掺矿粉。 但随掺合料掺量增 加 ， 试 件抗硫 酸盐性能稍有下降。 ( 3 ) 对 于抗硫 酸盐 ， 矿 物掺合 料优选 的排序 为： 粉煤 灰 $ 9 5 矿粉 $ 7 5矿粉 。 在硫 酸盐侵蚀较 严重 的地 区， 混凝 土 中粉煤灰 掺量应 以 2 0 为限 ， $ 9 5矿粉不 应 超过 3 0 ， $ 7 5矿粉对混凝土抗硫酸盐性能影响较大 ， 建议避免 使用或使用较小掺量。 参考文献 ： 1 D U L， L U K E F A H R E ， N A R A N J O A T e x a s d e p a r t m e n t o f t r a n s p o r t a t i o n fly a s h d a t a ba s e a n dt h e d e v e l o p me n t o f c h e mi c a l c o mp o - s i t i o nb a s e d fl y a s h a l k a l i s i l i c a r e a c t i o n d u r a b i l i ty i n d e x J J o u r n al o f Ma t e ri a l s i n C i v i l E n g i n e e ri n g ， 2 0 1 3 ， 2 5 ( 1 ) ： 7 0 7 7 E 2 3 B A G H E R I A R， Z A N G A N E H H C o m p a r i s o n o f r a p i d t e s t s f o r e va l u a t i o n o f c h l o rid e r e s i s tan c e o f c o n c r e t e wi t h s u p p l e me n t a r y c e me n t i t i o u s ma t e ri a l s l J I J o u ma l o f Ma t e r i a l s i n Ci v i l E n g i n e e r i n g， 2 01 2， 2 4： 11 7 51 1 8 2 3 B H - r Y J I ， T A Y L O R P C 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 s i n g bl e n d e d c e me nt s o r s u p p l e me n t a r y c e me n t i tio u s ma t e ria l s， p o r t l a nd c e me nt a s s o c i a t i o n Re s e a r c h De v e l o p me n t S e ria l No 2 91 6a 2 0 o 6 4 c H u N G Y， S H I N H T h e r mal s tr e s s e s o f P C C p a v e m e n t s c o n t a i n i n g fl y a s h and s l a g J J o u m a l o f T r a n s p o r t a t i o n E n g i n e e ri n g ， 2 0 1 2 ， 1 3 8 ( 7 ) ： 8 9 3 9 0 1 5 3 J A I N J A， N E I T H A L A T H N C h l o r i d e t r ans p o rt i n fl y a s h and g l a s s p o wd e r mo d i fie d c o n c r e t e si n flu e n c e o f t e s t me tho ds o n m i c r o s t r u c t u r e J C e m e n t and C o n c r e t e C o m p o s i t e s ， 2 0 1 0 ， 3 2 ( 2) ： 1 4 81 5 6 第一作者 ： 联系地址 ： 联系电话 ： 聂庆科( 1 9 6 5一) ， 男， 教授级高级工程师， 主要从事土 木工程设计和研究工作。 河北石家庄市建华南大街5 8号( 0 5 0 0 3 1 ) 1 3 6 9 3 5 96 40 5 _ 重 圈 西 安 ： 拒 绝 扬 尘给 商 混 站 盖 上 “ 盖 ” 记者从近日召开的长安区商混企业扬尘污染防治现场会上了解到， “ 加盖” 、 “ 远程监控” 等防尘措施将在全市商混企 业 中推广 。 由于敞开式作业 ， 商混站很容易造成扬尘 污染 。 特别是堆放 区， 刮风起尘几乎成了不可避免 的事。 而全市大约有三分 之一的商混站集 中在长安区 ， 为了彻底杜绝商混站的扬尘污染 ， 长安区治污减 霾办将 3 9个商混站纳入 网格化监管体系 ， 要求全部建成封闭式防尘棚 ， 并安装远程视频监控 。 记者在商混企业扬尘污染防治现场会看到 ， 企业安装 了防尘棚后 ， 所有的物料全部堆放在棚内 ， 即便 刮风 ， 尘土也全 部被封闭在防尘棚内。 而传送物料的传送带也全部是封闭式的， 确保输送环节不会产生任何扬尘。 西安市治污减霾办有关负责人表示， 长安区是全市首个要求所有的商混站实现全封闭式防尘管理的区县， 目前来 看 ， 防尘效果十分不错。 “ 加盖” 、 “ 远程监控” 等 防尘措施将在全市商混企业中推广。 ( 西安晚报) 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m