矿物掺合料在高性能混凝土中的应用.pdf

第 7卷第 2期 2 0 1 0年 4月 铁道科学与工程学报 J OURNAL OF RAI L WAY S CI ENCE AND ENGI NEERI NG VO 1 7 NO 2 Ap r 2 0 1 0 矿物掺合料在高性能混凝土中的应用 董梁 ( 中铁十六局集团路桥工程有限公 司， 北京 1 0 0 5 0 0 ) 摘要 ： 通过 室 内试验研 究了在混凝 土中掺入 粉煤灰 和矿 渣粉 来达到降低 混凝 土 内部 的水化热 温升 ， 改善混凝 土工作性 能， 增进后期强度， 同时， 改善混凝土的内部结构， 提高其耐久性， 从而实现客专混凝土的高性能化。 关键词 ： 高性 能； 耐久性 ； 掺合料 中图分类号 ： T U 5 2 8 0 4 1 文献标 志码 ： A 文章编号 ： 1 6 7 2 7 0 2 9 ( 2 0 1 0 ) 0 2 0 0 5 8 0 3 Ap p l i c a t i o n o f mi n e r a l a d mi x t u r e s i n h i g h p e r f o r ma n c e c o n c r e t e DONG L i a n g ( R o a dB r i d g e C o r p o r a t i o n o f t h e 1 6 t h C h i n a R a i l w a y C o n s t r u c t i o n B u r e a u G r o u p， B e i j i n g 1 0 0 5 0 0， C h i n a ) Abs t r ac t ： La b o r a t o r y t e s t wa s ma d e b y mi x i n g f l y a s h a n d s l a g po wd e r Th e r e s u l t s s h o w t ha t i t c a n r e d u c e t h e t e mpe r a t u r e o f c o n c r e t e，i mp r o v e t h e wo r k i n g p e r f o r ma n c e o f c o n c r e t e，t h e l a t e s t r e n g t h a n d t h e i nt e r n a l s t r u c t u r e o f c o n c r e t e a n d i mp r o v e t h e d u r a b i l i t y o f c o n c r e t e，t h e h i g hp e rfo rm a n c e c o n c r e t e o f e x p r e s s pa s s e n g e r l i n e i s a - c hi e v e d Ke y wor ds： h i g h pe rfo rm a n c e；d u r a bi l i t y；a d mi x t u r e 高性能混凝土就是将水泥 、 砂 、 碎石、 水 、 外加 剂和一定掺量的优质矿物掺合料按一定 比例拌和 制成具有高工作性 、 高耐久性和高强度的混凝土。 按照现阶段的认识水平 、 研究成果 以及铁路行业混 凝土标准的具体要求， 高性能混凝土应具备优良的 拌合物性能 、 耐久性能和适宜的力学性能。混凝土 高性能化的实现涉及先进合理 的混凝土配合 比设 计技术和施工技术 ， 其 中配合比设计是主要技术措 施 ， 合理的施工技术是保证配合 比设计思想得以实 现的保障措施。在不增加材料成本的基础上， 延长 混凝土结构使用年限， 减少混凝土结构使用期间的 维修工作是高铁客运专线使用高性能混凝土的主 要 目的。 为此 ， 本文作者在混凝土中掺人不同种类的矿 物掺合料 ， 对混凝土的电能量 、 抗冻性 、 抗渗性和抗 碱 一 骨料反应性等耐久性指标进行研究。 1 试验原材料及配合比设计 1 1 原 材料 水泥为韶峰牌 P 0 4 2 5普通硅酸盐水泥 ； 细 骨料为湘江中砂 ； 粗骨料是白关泉源石场粒度分别 为 5 1 0和 1 O 2 0 mm 两 级 配 花 岗 岩碎 石 ； 外 加 剂为江苏博特牌 J M P C A( I ) 聚羧酸高效减水剂 ； 所选用矿物掺合料包括湘潭电厂 I 级粉煤灰及 $ 9 5 矿渣粉， 拌合用水为饮用水。 1 2配合 比 试验混凝土配合比见表 l 。 表 1 试验混凝土配合 比 T a b l e 1 P r o p o r t i o n i n g o f t e s t e d c o n c r e t e 配合比 ( k g m ) 编号 水泥矿渣粉 粉煤灰 砂 石 减水剂 水 X 一01 3 8 0 1 0 0 7 1 4 1 0 7 2 3 4 2 1 4 4 X 一0 2 31 2 8 4 8 4 7 1 4 l 0 7 2 3 4 2 1 4 4 X 一0 3 2 4 0 】 7 2 68 7 1 4 】 0 7 2 3 4 2 1 44 收稿 日期 ： 2 0 1 0 0 11 8 作者简介 ： 董梁( 1 9 7 0一) ， 男 ， 河北唐山人， 高级工程师 ， 从事项 目管理工作 第 2期 董梁 ： 矿物掺合料在高性能混凝土中的应用 5 9 2 试验结果与分析 2 1 不同的矿物掺合料在不同龄期的电通量变化 图 1所示为 3种配合 比设计 的混凝土在标准 养护后所制作的标准 电通量试件在 2 8 ， 5 6和 8 4 d 龄期检测得到的电通量试验结果 。 8 0 o 6 o 0 阅 4 o o 2 o o O 图 1 三种 配合 比在 不同龄期 电通 量的变化 F i g 1 C h a n g e s o f t h r e e mi x p r o p o r t i o n s a t d i f f e r e n t e l e c t r i c flu x 从图 1可以看出 ： 3种混凝土配合 比均具用较 小的电通量 ， 混凝土的电通量 随着龄期增长呈逐步 降低的趋势 。这主要 是因为混凝土 中掺入一定数 量矿物掺合料并选取了较低的用水量 ， 由于活性掺 合料颗粒小 ， 从而填充到水泥颗粒 的空隙 中， 进而 填充了混凝土内部毛细孔 ， 并将毛细孔分割成若干 微细孔 ， 使毛细孔数量减少 ， 孔隙和孔径变小 。活 性掺合料还与水泥 的水化产物 氢氧化钙进行 二次 水化， 水化产物填充孔隙， 使混凝土的密实度提高。 在显微镜下观察发现 ： 掺用 活性掺合料 的混 凝 土的孔洞明显少于不掺掺合料 的基准混凝土的孔 洞 ， 而 5 6 d之后 ， 电通量基本没有什么变化。这主 要是因为 5 6 d后 ， 混凝土水化作用基本停止 ， 水化 产物不再增加。 2 2 不同的矿物掺合料的抗冻性变化 混凝土的抗冻性 是指混凝土在水饱和状态下 能经受多次冻融循环作用而不被破坏的性能 ， 抗冻 性可间接反映混凝 土抵抗环境 水浸人和抵抗冰晶 压力 的能力。因此 ， 抗冻性 常作为评价混凝土耐久 性的重要指标。 图2所示为3种配合比在不同龄期抗冻试件 相对动弹性模量的变化情况。 l o 0 9 0 8 0 帽 莨7 O 6 0 5 O l 0 o l 5 0 2 ( ) 0 抗冻次数 图 2 相 对动弹性模量的 变化 F i g 2 Ch a n g e s o f RDME 从图2可以看出： 3 种配合比的相对动弹性模 量 随着 冻 融循 环 次数 的增加 而 降低 ， 但 都 大 于 6 0 ， 而 3种配合 比的质量损失率分别为 0 4 7 ， 0 2 6 和0 1 3 ， 都小于5 ， 3 种配合比的2 0 0次 抗冻性都符合要求。原因是 ： ( 1 ) 由于胶材用量 、 水胶 比以及混凝土影响混 凝土抗冻性能， 而高效减水剂降低了水胶比， 使混 凝土的 自由水减少 ， 硬化混凝土中留下的毛细通道 少 ， 降低了混凝土受冻融循环破坏的概率。 ( 2 ) 掺合料的掺入降低了混凝土的孑 L 隙率， 使 混凝土的密实度大大提高， 也增加 了混凝土的抗冻 性 。 ( 3) 经 检 测 3种 配 合 比 的 含 气 量 分 别 为 2 8 ， 2 6 和 2 4 ， 也说 明高效减水剂 引入 的 空气在混凝土内部具有更好的气泡结构。这些微 小空间可以作为体积膨胀 的“ 缓 冲阀” ， 降低和延 缓其他物理膨胀 ( 如盐结晶 ) 和化学反应膨胀 ( 如 碱 一骨料反应和硫酸盐反应等 ) 。 此外 ， 试件抗冻性试验结果也表 明： 在气泡质 量有保证 的前提下 ， 控 制混凝 土 的含 气量 2 一 4 与混凝土具有 2 0 0次的抗冻性要求具有较好 的 相关性 。 2 3 不 同的矿物掺合料的抗渗性变化 混凝土的抗渗性是指混凝土在压力水作用下 抵抗渗透的能力 ； 抗渗性反映混凝土抵抗外界溶液 性物质侵入的能力。按表 1所示试验配合 比成型 的 3组试件在标 准养护条件下的混凝 土的抗渗性 试验结果见表 2 。 根据 客运专线预应力 混凝 土预制梁暂行技 术条件的要求 ， 混凝土试 件的抗 渗等级不小 于 P 2 0 。从表2可以看出： 在水压为0 2 M P a 时， 试件 均未发生透水现象 ， 劈开试件的透 水高度为 1 9 铁 道 科 学 与 工 程 学 报 2 0 1 0年 4月 2 2 m m， 说明混凝土具有 良好的密实性， 混凝土 的 抗渗等级不小于 P 2 0 。 表 2 水压为0 2 MP a时混凝土抗渗性试验结果 Ta b l e 2 C o n c r e t e i mp e r me a b i l i t y t e s t r e s u h s 2 4 不同的矿物掺合料的抗碱 一骨料反应性 碱 一骨料反应即骨料中具有碱活性的物质在 混凝土中的碱性条件下发生化学反应 ， 生成的产物 吸水发生体积膨胀 ， 从而破坏混凝土结构。碱 一骨 料反应也是导致混凝土耐久性下降的重要原 因之 。一 0 混凝土的抗碱 一骨料反应性 主要与砂石料的 碱活性 、 混凝土的总碱含量以及矿物掺合料的品质 和含量有关。当骨料为活性时 ， 应根据骨料活性进 行混凝土总碱含量 的控制和混凝 土碱 一骨料反应 抑制效能试验 。 3 结论 ( 1 )在混凝土 中掺入矿物掺合料 ( 粉煤灰或 矿渣粉) ， 同时采用高效减水剂可以配制出符合客 运专线要求的高性能混凝土。 ( 2 )矿物掺合料 的掺量主要根据混凝土的强 度和耐久性要求取用。单独掺用粉煤灰时 ， 本试验 粉煤灰的掺量为 2 1 ； 复合掺粉煤灰和矿渣粉时， 其掺量可适当增加， 本试验配合比复合比例分别为 3 5 和 5 0 ， 其 中粉煤灰和矿渣粉的复合 比例根 据混凝土强度要求 、 用途 、 拌合物状况和浆体含量 进行适当调整。 ( 3 )客运专线混凝土配合比设计时 ， 应分别对 电通量、 抗冻性 、 抗渗性及抗碱 一骨料反应性等进 行耐久性试验研究 。 参考文献： 1 吴中伟 高性能混凝土 M 北京： 中国铁道出版社， 1 9 99 WU Z h o n g w e i H i 曲 p e rf o r m a n c e c o n c r e t e M B e i j i n g ： C h i n a R a i l w a y P r e s s ， 1 9 9 9 2 邱凯 自密实混凝土配合比设计与应用 J 贵州水 力发电 ， 2 0 0 3 ， 1 7 ( 3 ) ： 3 1 3 3 Q I U K a i D e s i g n& a p p l i c a t i o n o f m i x p r o p o r t i o n of C O I l c r e t e w i t h s e l f c o mp a c t n e s s J G u i z h o u Wa t e r P o w e r ， 2 0 0 3 ， 1 7 ( 3 ) ： 3 1 3 3 3 张青 ， 廉惠珍 ， 王 昌 高性能混凝土配合比研究与 设计 J 建筑技术， 1 9 9 9 ， 4 0 ( 1 ) ： 6 7 6 9 Z H A N G Q i n g ， L I A N H u i z h e n ， WA N G C h a n g R e s e a r c h o n h iIg hp e r f o rma n c e c o n c r e t e mi x d e s i g n J A r c h i t e c - t u r e T e c h n o l o g y ，1 9 9 9 ， 4 0 ( 1 ) ： 6 76 9 4 姜德民， 高振林 高性能混凝土的配合 比设计 J 北 方工业大学学报， 2 0 0 1 ， 1 3 ( 9 ) ： 7 7 7 9 J I ANG De - mi n， GAO Z h e n l i n Hi g hp e rf o r ma n c e c o n - c r e t e mi x d e s i g n J J o u rnal o f N o rt h C h i n a U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， 2 0 0 1 ， 1 3 ( 9 ) ： 7 7 7 9 5 周虎， 安雪晖， 金峰 低水泥用量混凝土配合比设 计试验研究 J 混凝土， 2 0 0 5 ， 2 7 ( 1 ) ： 4 1 4 2 Z HOU Hu， AN X u e h u i ， J I N F e n g E x p e ri me n t a l s t u d y o f l o w c e me n t d o s a g e s e l fc o mp a c t i n g c o n c r e t e mi x d e s i g n J C o n c r e t e ， 2 0 0 5 ， 2 7 ( 1 ) ： 4 1 - 4 2