硅灰裹砂法对混凝土性能的影响研究.pdf

2 0 1 1年 第 6期 (总 第 2 6 0 期 ) Nu mb e r 6 i n 2 0 1 l ( To t a l No2 6 0) 混 凝 土 Co nc r e t e 实用技术 P RACT 1 CAL TECHN0LOGY d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 1 0 6 0 4 7 硅灰裹砂法对混凝土性能的影响研究 刘茉莉 ，杨万斌 ， ，刘永清 ，李帅 ，李凯z 。白金剑 ( 1 河北工程大学，河北 邯郸 0 5 6 0 3 8 ； 2 北京工业大学，北京 1 0 0 1 2 4 ) 摘要： 硅灰裹砂法是一种新 的搅拌工艺 ， 本研究简单介绍 了硅灰裹砂法在混凝土中的作用机理 ， 着重研究硅灰裹砂法对混凝土性能的 影响。 研究结果表 明： 在不改变机械设备 ， 不增加人力 、 物力的前提下 ， 硅灰裹砂法较常规方法对掺硅灰混凝土力学性能提高 1 0 - 2 0 ， 并 显著地提高了混凝土抗氯离子渗透性能。 关键 词： 硅灰裹砂法 ；硅灰 ；氯离子 中图分类号 ： T U5 2 8 5 6 文献标 志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 1 ) 0 6 0 1 4 9 0 2 E f f e c t of s a nd c o at e d by s i l i c a f ume per me ab i l i t y of c on c r e t e L I UMo 一 ， Y ANGWa n - b i n ， L I UYo n g - q in g ， L I S h u a i ， L I K a i 2 , B A I J i n i a n ( 1 He b e i U n i v e r s i tyo f E n g i n e e r i n g ， H a n d a n 0 5 6 0 3 8 ， C h i n a ； 2 Be i j i n gUn i v e r s i t yo f T e c h n o l o g y ， B e ij i n g 1 0 0 1 2 4 ， C h i n a ) Abs t r a c t ： S a n d c o a t e d b y s i l i c a f u me i s a n e wl y a g i t a t e t e c h n o l o gy ， t h i s s t ud y b rie fly i n t r o d u c e t h e r o l e m e c h a ni s m o f s a n d c o a t e d b y s i l i c a f u me， ma i n l y f o c u s e d o n t h e e ffe c t o f s a n d c o a t e d b y s i l i c a f u me o n t h e c o n c r e t e Re s u l t s s h o w ： c o mp a r i n g 、 v i t h c o n ve n t i o n a l me tho d。 the s i l i c a fume c o n c r e t e me c h a n i c pe r f o r m an c e i n c r e a s e a bo u t 1 0 - 2 0 ， on t he p r e mi s e o f n o t c han g i n g t h e ma c h i n e r y e q u i p me n t ， n o t i n c r e a s i n g t h e l a b o r a n d ma t e ria 1 At the s a me t i me， the me tho d s and c o a t e d b y s i l i c a f ume g r e a t l y e n h a n c ing i mp e r me a b i l i t y of c on c r e t e， the c o a g u l a t i o n ma t e ria l s r e s p o n s e an d t h e m i x t u r e wo r k a b i l i t y Ke y wor ds ： s and c o a t e d b y s i l i c a f u me ； s i l i c a fume； c h l o r i d e i o n 0 引言 混凝土的施工工艺对混凝土的性能影响很大 。 通常混凝土 的施工工艺是将水泥、 砂与水同时搅拌。 这种搅拌方法的缺点是： 水泥颗粒易聚成团粒， 水灰比越小团粒越严重。 水泥团粒附于粗 集料上， 粗集料粒径愈大， 水泥团粒越不易破碎， 并且各组分材 料之间也易形成大量气泡， 在拌和过程中， 由于摩擦和撞击作 用 ， 处 于集料 运动方向背面的小水泥 团粒被 有效地 保护起来 ， 粒径大于小水泥团粒几倍或十几倍的粗集料成了小水泥团粒 的保护屏障。 使部分水泥团粒在拌和结束后仍不能破碎， 待硬化 后， 成为水泥块填充集料的孔隙， 影响混凝土的强度。 同时常规 搅拌益增加拌合机的磨损。 硅灰裹砂法则大大弥补了常规方法 带来的缺陷。 本试验着重研究了硅灰裹掺对混凝土力学性能和 抗氯离子渗透性能的影响。 1 试验原材料及试验 方法 1 1 原材料 水泥： 山东山水水泥集团有限公司， P I 5 2 5 级水泥， 其化学 成分见表 1 。 表 1 水泥化学成分 硅灰： 由华联外加剂厂提供， 其化学成分见表 2 。 砂 ： 莱西大沽河砂 ， 表观密度 2 6 g c m ， 含 泥量 1 0 ， 细度 收稿 日期 ：2 0 1 0 1 2 - 0 7 表 2 硅灰的化学成分 模数 2 9 。 石： 山东沂水产石灰岩碎石， 5 1 0 m i l l 及 l O 2 0 m l T l 组合级 配， 5 1 0 m i l l 碎石含泥量 0 3 ， 1 0 2 0 ra i n碎石， 压碎值 1 1 8 ， 表观密度 2 7 0 0 k g m3 , 堆积密度 1 4 8 0 k g m 。 减水剂： 巴斯夫化学建材( 中国) 有限公司， R HE O P L US 3 2 6 缓凝高效减水剂， 减水率 2 5 。 1 2 搅 拌工 艺 水泥裹砂法具体搅拌步骤见( 图 1 ) 。 图 1 掺硅灰混凝土投料流程图 1 3试 验 方 法 1 3 1 混凝土力学性能试验方法 依据 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 ， 抗压试块采用 1 0 0 ra i n的立方块， 抗折试块尺寸为 1 0 0 m mx 1 0 0 m mx 4 0 0 i n m， 每组试件均为 3 块 。 在温度为 ( 2 0 5 ) 的环 境下养护 l d 后拆模 。 拆模 后立即放人温度为 ( 2 0 2 ) 、 相对 湿度为 9 5 以上的标准养护室 中养护。 且养 护室 内试块应放在 1 4 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 支架上 ， 彼此间隔 1 O 2 0 n l l n ， 表面应保持潮湿 ， 不得直接被水 冲淋。 ( 1 ) 立方体抗压强度试验结果计算及确定按式 ( 1 ) 进行 ： ( 1 ) f L 式中： 混凝土立方体试件抗压强度， MP a ； F 试件破坏荷载 ， N； A试件承压面积 ， 1 11 1 1 2 。 ( 2 ) 抗折强度试验结果计算及确定按式( 2 ) 进行： f r = ( 2 ) 式中i 混凝土抗折强度， MP a ； F 试件破坏荷载 ， N； Z 支座 间跨度 ， mm； 试件截面高度， m m； b 试件截面宽度 ， I 1 1 1 1 。 1 3 2 混凝土抗氯离子渗透性能试验方法 依据 G B T 5 0 0 8 0 -2 0 0 2 ( 普通混凝土拌合物性能试验方法 标准 成型， 试件在实验室制作时选用 1 5 0 ra i n的立方体， 1 d后 拆模 ， 试验前 7 d 将试件加工成 Q = l O O mm， H= 5 0m m模块 ， 并用 水砂纸 、 细锉刀 打磨 光滑 ， 然后 继续浸没 于水 中养护至试验龄 期。 在标准养护室内养护共 2 8 d后 ， 测定抗氯离子渗透性能大 小 ， 测定方法采用 电通量法。 1 4 试 验配合 比 硅灰是一种活性较 高的球形粉末 ， 含有 9 0 左右的无定形 二氧化硅， 其平均半径比水泥小两个数量级， 比表面积较大。 作 为一种新型的掺合料， 能改善混凝土的微观结构， 进步提高 混凝土的密实度。 如果硅灰掺量过多， 为了得到相同的流动度， 用水量就必须增加 ， 以至于产生种种弊病。 因此， 硅灰的适宜掺 量一般控制在 1 0 以下【 1 。 在硅灰的使用中发现， 硅灰必须使用 在合适水胶比的混凝土中， 即低水胶比的混凝土2 1 。 综上 ， 选择 了硅灰掺量为 5 ， 水胶比为 0 3的配合比， 试验材料搅拌方法 采用硅灰裹砂法。 具体配合比： 水泥为 4 7 5 g ； 硅灰为 2 5 g ； 砂子 为 7 5 0 g ； 石子为 1 0 0 0 g ； 水为 1 5 0 g ； 减水剂为 7 5 g 。 2 试验结果与分析 2 1 水泥裹砂法对掺硅灰混凝土力学性能的影响 由表 3试验结果数据可以看出， 硅灰裹砂法较常规方法对 掺硅灰混凝土强度都有所提高。 混凝土抗压强度 3 、 7 、 2 8 d分别 提高了 1 0 、 1 5 、 1 2 左右。 混凝土抗折强度 3 、 7 、 2 8 d 分别提 高了 1 0 、 1 8 、 1 5 左右。 由大量研究者对混凝土界面区结构 和性能研究经验表明： 提高混凝土界面区结构的黏结力可提高 混凝土的力学性能3 】 。 硅灰裹砂法能提高混凝土强度是因为改 变投料和搅拌顺序后， 水泥硅灰和砂石骨料的接触面大大增加， 使硅灰的四大效应( 填充效应， 火山灰效应， 晶核效应 ， 流变效 应) 得到更好的发挥， 即硅灰的粒径很小， 能填充集料间的孔隙。 在硅灰掺量最佳状态时， 由于硅灰的火山灰活性和界面区内的 C a ( OH) 晶体发生反应， 其界面结构致密程度较水泥浆本体结 构要好。在低水灰比的情况下， 对混凝土性能的提高不仅仅表 现在界面区的改善， 而且在很大程度上表现在水泥浆体本身结 构的致密性， 混凝土集料间的黏结力增加 ， 在宏观上提高了混 凝土的抗压抗折强度 。 1 5O 表 3 搅拌工艺对掺硅灰混凝土性能的影响 2 2 硅灰裹砂法对掺硅灰混凝土抗氯离子性能的影响 图 2显示： 硅灰裹砂法对混凝土抗氯离子性能影响很大， 抗氯离子性能提高了近一倍。 众所周知混凝土的薄弱区是集料 之间的界面区， 而氯离子渗透主要取决于混凝土的连通孔隙和 集料与浆体界面区的连通孔隙。 硅灰裹砂法将水泥、 砂、 石和水 分次投入搅拌机， 先将集料与部分水拌和 ， 在一定范围内进行 表面湿度处理， 先投入硅灰， 其次投入水泥搅拌 ， 使骨料表面黏 附一层较小水灰比的水泥硅灰皮壳， 即“ 造壳混凝土” ， 然后投 入剩余水搅拌， 使骨料周围的水泥皮壳与水充分混合糊化， 水泥 皮壳阻止了水分外泌和骨料离析、 沉降， 相应减少了混凝土内 部原始裂缝尺度和数量 ， 改善了混凝土内部孔结构 ， 减少孔隙 率。 同时由于硅灰的火山灰活性与界面区C a ( OH) 反应生成c s _ H 凝胶 ， 进一步提高了界面区结构的致密程度。 从而在很多程度上 抑制了氯离子的渗透， 提高了混凝土抗氯离子性能 s l 。 U 、 咖 昭 圆 常规方 法 硅灰裹砂 法 图 2 搅拌工艺对掺硅灰混凝土抗工作氯离子性能的影响 3结 论 ( 1 ) 水泥硅灰裹砂法较常规方法对掺硅灰混凝土抗压强度 3 、 7 、 2 8 d分别提高了 8 、 1 3 、 1 0 左右 ； 抗折强度 3 、 7 、 2 8 d分 别提高了 l O 、 1 5 、 1 2 左右。 ( 2 ) 水泥裹砂法改善了混凝土内部孔结构， 减少孑 L 隙率， 提 高 了混凝 土的抗氯离子渗透性能 。 ( 3 ) 水泥裹砂法较常规方法促进了胶凝材料的反应 ， 使硅 灰的 四大效应得到充分的发挥。 参考文献 ： 【 1 】蔡路， 陈太林， 王浩硅灰增强混凝土抗氯离子渗透性能研究 E 方 交通 ， 2 0 0 6 ( 8 ) ： 3 - 5 2 】泰伦斯 C 赫兰 关于硅灰和高性能混凝土的一些思考 J 】 混凝土， 2 0 0 4 ( 9 ) ： 1 - 1 3 【 3 3 马一平 提高水泥石集料界面黏结强度的研究【 J 1 建筑材料学报， 1 9 9 9 。 2 ( 1 ) ： 2 9 3 2 【 4 1孙家瑛， 陈志源 ， 吴初航 ， 等眭 灰裹石掺粉煤灰提高混凝土路用性 能研究【 J J 山东建材学院学报， 1 9 9 9 ， 1 3 ( 4 ) ： 3 3 8 3 4 0 。 5 】 孙家瑛， 陈志源 ， 吴初航硅灰裹石掺掺混合材体系对混凝土抗氯离 子渗透能力影响研究I J 】 混凝土， 2 0 o 0 ( 8 ) ： 2 8 3 0 作者 简介 联 系地址 ： 联 系电话 刘茉莉( 1 9 8 4 一 ) ， 女 ， 研究生， 研究方向： 混凝土结构耐 久性 。 河北省邯郸市光明南大街 1 9 9 号 河北工程大学土木工程 学院( 0 5 6 0 3 8 ) l 5 l 7 5 0 7 81 8 9 枷渤姗瑚猢 啪o 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m