桥墩抗裂抗腐高性能混凝土试验研究.pdf

7 4 建 筑 技 术 Ar c hi t e c t ur e Te c hn o l o g y 第 4 2卷 第 1 期 2 0 1 1 年 1月 V o 1 4 2 No 1 J a n 2 01 1 桥墩抗裂抗腐高性能混凝土试验研究 刘斌云，张 胜，李 凯，程 ( 北京工业大学建筑工程学院 ， 1 0 0 1 2 4， 北京 ) 博 摘要：针对北方寒冷地区易受海水或化冰盐侵蚀的桥墩块体混凝土进行配合比试验研究。 根据试验分析 在不同水胶比中掺入不同组分的矿渣与粉煤灰时混凝土 的强度 、 抗氯盐侵蚀能力及抗裂性能的变化情况。结果 表明， 混凝土抗裂及抗氯离子侵蚀性能可通过改变胶凝材料中掺合料 的比例实现， 而采用中热水泥并掺入一定 比例 的磨细矿渣和粉煤灰， 可配制出强度等级满足混凝土规范要求 、 抗氯离子侵蚀能力强的高性能混凝土。 关键词 ： 高性能混凝土 ； 抗腐 ； 抗裂 ； 磨细矿渣 ； 粉煤灰 ； 水化热； 氯盐侵蚀 中图分 类 号 ： T U 5 2 8 文 献标 识码 ： A 文 章编 号 ： 1 0 0 0 4 7 2 6 ( 2 0 1 1 ) O l 一 0 0 7 4 0 2 TES T RESEARCH oN Pm R HPC RESI S TI NG CoNTRACTI oN CRACK AND CHLoR E CoRRI S oN L I U B i n - y u n ，ZH AN G Sh e n g ，L I - K a i ，CHE NG- B o ( C o l l e g e o f A r c h i t e c t u r e a n d C i v i l E n g i n e e r i n g ， B e i j i n g U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， 1 0 0 1 2 4， B e ij i n g ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： Ai m t o ma k e c l e a r h o w t o ma k e u p h i g h p e rfo r ma n c e c o n c r e t e wh i c h c a n r e s i s t t h e d e s t r o y e f f e c t o f c h l o r i n e c o r r o s i o n a n d t h e r mo s h r i n k wh i c h a r e a r i s e d t O i c e me l t s a l t s a n d c e me n t h y d r a t i n g h e a t i n n o ah a r e a u n d e r wi n t e r ， s e v e r a l t e s t i n g o n p i e r b l o c k c o n c r e t e a r e c a r r i e d i n t h i s p a p e r Th e t e s t r e s u l t s r e v e a l s t h a t t h e a n t i - t h e r mo-c r a c k i n g a n d a n t i - c o r r o s i o n c o n c r e t e c a n b e ma d e u p b y a p p l y i n g a p r o p e r r a t i o o f c e me n t a n d o t h e r a d d i t i o n a l ma t e r i a l ， a n d a mo d i f i e d c e me n t i s s u i t a b l e f o r ma k i n g t h i s k i n d o f HPC c o n c r e t e Ke y W o r d s ： h i g h p e r f o r ma n c e c o n c r e t e ； C O I T O S i O n r e s i s t a n c e ； a n t i - c r a c k i n g ； s l a g g r i n d i n g fin e ； fly a s h； h y d r a t i n g h e a t ；c h l o r i n e c o r r o s i o n 1 试验方案 表1 混凝土试样配合比 1 1 试验 材料 4 2 5 号硅 酸盐 水泥 与 5 2 5 号 中热 水 泥 ：试验 用砂 细度模数2 6 8 ； 采用级配良好的二级配石灰岩碎石 ； 拌 和用自来水 ， 其氯离子含量为1 2 m g L ； 考虑 lJ Mo h a mm e d T U t 】 的长期试验结果 ， 本试验外加剂采用非聚羧酸盐 系高效减水剂 ， 粉煤灰采用 I 级灰 ； 矿渣粉采用磨细 矿 渣 。 1 2 试 样制 备 共1 8 组试样 ， 1 8 组水胶比为0 3 0 ， 9 1 8 组为O 3 5 ， 编号为1 ， 3 ， 4 号试样的外加剂掺量为l 4，其他掺量 均 为1 。具体配 合比 ( 水泥： 砂： 石 ) 采 用情况见 表 1 。 1 3测试 项 目 水化热 、 抗拉抗压强度 ， 混凝土氯离子 电通量测 试以及 试件绝 热温升 测试 。 2试 验 结 果分 析 2 1各 因素对混凝 土抗裂 性能 的影响 抗 裂影 响主 要体 现在 胶凝 材 料 的水 化热 方面 ， 其 收稿 日期： 2 0 1 0 1 2 2 7 基金项目： 北京市教委科技创新平台项 目( P X M2 0 1 0 _ 0 1 4 2 0 4 _1 0 9 4 3 5) 作者简 介： 刘斌云 ( 1 9 6 3 一 ) ， 男， 江两永新人， 副教授 ， 主要研究方 向为结构 健康诊治与混凝土耐久性研究 e m a i l ： l i u b i n y u n b j u t e d u c n 编号 配合比 水泥 矿渣 粉煤灰， 1 1 ： 1 1 8 ： 1 9 5 1 0 0 _ _ 2 1 ： 1 1 8 ： 1 8 O 4 5 5 5 3 1 ： 1 5 9 ： 1 98 3 O 7 0 4 1 ： 1 5 9 ： 1 9 8 2 0 8 O 。 5 1 ： 1 3 8 ： 2 2 5 3 0 5 5 l 5 6 l ： 1 3 8 ： 2 25 3 O 5 0 2 O 7 1 ： 1 3 8 ：22 5 3 5 5 5 1 0 8 1 ： 1 3 8 ：22 5 3 5 5 0 1 5 9 l ： 1 7 8 ：23 O l o o 1 O 1 ： 1 7 8 ：2- 3 0 4 0 6 0 1 1 1 ： 1 78 ：2-3 O 3 O 7 O 1 2 1 ： 1 7 3：2 1 5 2 O 8 0 1 3 1 ： 1 7 8：2-3 O 6 5 3 5 1 4 1 ： 1 78 ：2_3 O 5 5 45 1 5 l ： 1 7 8：2 3 O 3 0 6 0 1 0 1 6 1 ： 1 7 8：2_3 O 3 O 5 5 1 5 1 7 1 ： 1 7 8 ： 2-3 O 3 0 5 O 2 O 1 8 1 ： 1 7 8：23 0 3 5 5 5 1 0 测试 结果见 图 1 。 ( 1 )当掺入5 0 的粉煤灰时 ， 其 1 ， 3， 7 d 水化热可 分别降低3 6 ， 3 0 和3 0 ， 掺量增加时， 其水化热进一 步降低。 当胶凝材料中掺人7 5 的磨细矿渣粉 ， 其1 ， 3 ， 7 d 水化热可分别降低4 5 ， 3 5 和3 5 。当掺用3 0 水 泥$ I： I 7 0 混掺料( 含粉煤灰 、 磨细矿渣 ) 时 ， 其1 ， 3 ， 7 d 水 2 0 1 1 年 1 月 刘斌云 ， 等 ： 桥墩抗裂抗腐高性能混凝土试验研究 7 5 3 ( ) 0 2 50 2 0 o 】 5 O 1 00 5 0 O l 2 3 4 5 6 7 8 9 1 O l 1 1 2 l 3 l 4 1 5 1 6 1 7 1 8 试 样 编 号 图 1 不同水泥胶凝 材料不同龄期水化热状况图 化热 可分别 降 低6 5 ， 3 1 和 2 8 。 ( 2 )粉煤灰比磨细矿渣的降低水化热效果更好。 ( 3 )大掺量 的粉煤灰 、 磨细矿渣及混掺料可显著 降低胶凝材料的早期水化热 ，进而改善混凝土的抗裂 性能。 若适量掺入引气剂 ， 还可大大改善其抗冻性能f2 3 】 。 ( 4 )水泥 品种对水化热有明显影响 ， 从4 2 ： 5 号硅 酸盐水 泥 与5 2 5 号 中 热水 泥 的试验 对 比结 果可 知 ， 4 2 5 号普通硅酸盐水泥2 8 d 龄期绝热温 升比为5 2 5 号中热 水泥绝热温升高出1 0 。 2 2掺 合料 对 混凝土 干 缩性 能 的影 响 对试样7 ， 1 1 ， 1 6 ， 1 8 四组进行干缩试验 ，试验结果 表明 ，第7 组试样3， 2 8， 9 0 ， 1 8 0 d 的干缩值比其他三组 的都大( 图2 ) ， 表明水泥用量多的混凝土试件的干缩值 比水泥用量小的干缩值大。同时发现掺矿渣与粉煤灰 混凝土 的干缩值小于只掺矿渣混凝土的干缩值。 0 4 o 3 o - z 熠 釜 0 l 0 试 样 编 号 图 2不同龄 期不同试样 混凝土的干缩值 2 - 3 掺 合 料对 混凝 土 力学性 能 的影 响 对5 ， 1 l ， 1 5 ， l 6 ， l 7 ， 1 8 六组试样进行 力学试验 ， 并 作对比分析 结果表明 ： ( 1 )加掺合料的混凝土抗压强度相对于不掺 的均 有所降低 ： ( 2 )水 胶比 为0 。 3 0 的试 样 中 ， 除矿 渣掺 量 大 于 7 0 的两组以外 ，其他各组2 8 d 抗压强度均满足桥墩 混凝土的强度要求。水胶比为0 3 5 的试样 中， 除粉煤灰 掺量大于3 5 的两组外 ，其余各组也都满足墩体强度 C 4 5 要 求 ： ( 3 )所 有试样 的9 0 d 抗压强度均达 tJ C 4 5 强度要 求 。 2 4掺 合料对 混 凝土 抗 氯离 子侵蚀 性 能的 影响 针对2 3 中六组试样进行抗氯离子侵蚀试验 ， 结果 表明 ： ( 1 )其他相 同条件下 ， 只掺矿渣时混凝土的2 8 d 电通量要小于既掺矿渣又掺粉煤灰的电通量值 ，并随 掺合料取代水泥用量比例 的增大而减小。 ( 2 )混 凝 土9 0 d 的 电通 量均 小 于2 8 d 的电通 量 ， 说 明 随水 化 反应 的进行 ， 混 凝 土逐渐 趋 于致 密 。 ( 3 )掺矿渣和粉煤灰 的6 组混凝土 的电通量均小 于5 0 0 库仑 说明试验混凝土具有 良好的抗氯离子侵蚀 能力 ， 足以满足桥梁混凝土相关规范对抵抗除冰盐 中氯离子侵蚀的性能要求。 ( 4 )氯离子扩散的数量随深度而递减 ，混合掺有 矿渣和粉煤灰 的混凝土的氯离子扩散 系数比仅掺7 0 矿 渣或 仅掺 5 0 粉 煤灰 的混 凝土 要小 。 3 结语 ( 1 )混凝土抗裂及抗氯离子侵蚀性能可通过改 变胶凝材料中掺合料的比例来实现 。 大比例单掺粉煤 灰或单掺磨细矿渣可 显著降低胶凝材料 的早期水化 热 ， 对后期水化热也有较大 的降低作用 ， 采用 同时掺 有水泥 、 矿碴 、 粉煤灰等胶凝材料配制 的混凝土 ， 可配 制出绝热温升小并利于改善混凝土抗裂性 能的低 热 混 凝 土 。 ( 2 )在 降 低 水 化热 方 面 ， 中热 水 泥 要 优于 硅 酸 盐 水泥 。利用 中热水泥 ， 采用0 3 0 0 4 0 的水胶 比 ， 掺加 5 5 左右的磨细矿渣和 1 5 左右的粉煤灰 ，可配制出 强度等级满足桥梁混凝土设计规范要求的高性能混凝 土， 并具有良好的抗氯离子侵蚀能力。 参 考 文 献 1 Mo h a mm e d T U ，H a ma d a HD u r a b i l i t y o f c o n c r e t e ma d e wi t h d i ffe r e n t wa t e r -r e d u c i n g c h e mi c a l a d mi x t ur e s i n t i d a l e n v i r o nme n t J A C I Ma t e r i a l s J o u rna l ， 2 0 0 3 ， 1 0 0 ( 3 ) ： 1 9 4 - 2 0 2 2 S c h i n d l e r k， F o l l i a r d K 3 H e a t o f h y d r a t i o n r n 0 d e l s f l0 r e e me n t i t i o u s m a t e r i al s J AC I M e H al s J o u rna l , 2 0 0 5 ， 1 0 2 ( 1 ) ： 2 4 - 3 3 3 刘萍华， 许志敏 ， 殷波大掺量粉煤灰高性能混凝土试验研究 J 扬 州 大学学报( 自然科学版) 2 0 0 7 ( 2 ) ： 6 8 - 7 1 4 屠柳青 ， 张国志 ， 夏卫华 ， 等抗氯盐污染 高性能混凝 土及评价方 法研究 J ， 混凝土， 2 0 0 4 ( 2 ) ：3 3 - 3 5 5 T a r e k U d d i n Mo h a mm e d ， T o m Ya mi ， Hi d e n o fi Ha ma d a C h o fi d e d i ff u s i o n ， mi c r o s t r u c t u r e a n d mi n e r alo g y o f o o n e r e t e a f t e r 1 5 y e a r s o f e x p o s u r e i n t i d a l e n v i r o n m e n t J A C I Ma te r i als J o u rnal， 2 0 0 2 ，9 9( 3 ) ：2 5 6 - 2 6 3 6 刘秉京 混凝土结构耐久性设计 M 北京 ： 人民交通出版社， 2 0 0 7 7 潘莉莎，邱学青，庞 煜霞 ， 等 减水 剂对混凝土 耐久性影响 的研 究 进展 f J 混凝土 ， 2 0 0 7 ( 1 ) ： 4 8 5 0 = 一 皿 删 啜 r l g 一 d壤 西 掰 蘸 7 一 血 吼 皿 = = = 二 = = = = = 二 = = U