矿物掺合料对混凝土毛细吸收作用影响的试验研究.pdf

2 0 1 4 年 第 3期 (总 第 2 9 3 期 ) Nu mb e r 3 i n 2 01 4( To t a l No 2 9 3) 混 凝 土 Co n c r e t e 原材料及辅助物料 M ATERI 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 3 0 2 4 矿物掺合料对混凝土毛细吸收作用影响的试验研究 马志鸣 ，赵铁军 ，王鹏刚 2 王本臻 ( 1 青岛市市政工程设计研究院有限责任公司，山东 青 岛 2 6 6 1 0 0 ；2 青岛理工大学，山东 青岛 2 6 6 0 3 3 ) 摘要 ： 研究粉煤灰 、 矿粉等矿物掺合料的种类及掺入量对混凝土毛细吸收作用的影响， 将其按一定 比例掺入混凝土中， 同时 等量替代混凝土中的水泥。 通过混凝土毛细吸收试验 ， 并绘制混凝土试件毛细吸水量随时间变化曲线 ， 试验结果表明， 掺人一定 比例 的粉煤灰 、 矿粉可 以有效的降低试件的毛细吸收系数， 提高其抗渗透性能 ， 当粉煤灰掺量( 等量替代水泥 ) 为 3 0 、 矿粉掺量 为 5 0 s ， 混凝土试件的抗渗透性能最好。 关键词 ： 毛细吸收；粉煤灰；矿粉 ；耐久性 中图分类号 ： T U 5 2 8 0 4 1 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 4 ) 0 3 0 0 8 7 0 3 St u d y o n c on c r e t e c a p i l l a r y a b s o r p t i o n e ffe c t m ix w i t h m i n e r a l a dm i x t u r e s MAZ h i mi n g ， Z H A 0：r i e j u ， WA N GP e n g g a n g ， W AN GB e n z h e n ( 1 Qi n g d a o Mu n i c i p a l R n g i n e e r i n gDe s i g nI n s t i t u t e ， Qi n g d a o 2 6 6 1 0 0 ， C h i n a ； 2 Qi n g d a oT e c h n o l o g i c a l Un i v e r s i t y， Qi n g d a o 2 6 6 0 3 3 ， C h i n a ) Abs t r a c t ： S tud y t h e e f f e c t o f fl y a s h， s l a g t o t h e c a pi l l a r y a bs o r pt i o n i n c o nc r e t e M ix a c e r t a i n p e r c e n t a ge mi ne r a l p o wd e r t ha t e q u i va l e n t s u bs t i t ut e t h e c e me n t i n c o nc r e t e Th o ug h t h e c a pi l l a ry wa t e r a b s orpt i o n t e x t ， d r a wi n g t h e c a pi l l a r y wa t e r a b s o r p t i o n c u r v e， t h e r e s ul t s h o we d t h a t t he c a p i l l a ry a bs o rpt i o n c o e ffi c i e n t s i g ni fic a n t l y de c r e a s e d wi t h t h e fly a s h a n d s l a g mi x An d t h e c o n c r e t e s a mpl e s h a v e a g o o d pe r f o r ma nc e o n pe n e t r a t i o n r e s i s t a nc e K e y wo r d s ： c a p i l l a ry； fl y - a s h； mi n e r a l p o wd e r ； d u r a b i l i ty 0 引言 1 原材料与配合比 混凝土结构是一种多孔 的胶凝材料 ， 以其优异的力学 性能和 良好的经济价值 ， 已广泛用于建设行业中。 但是 由于 混凝土材料 内部的结构特点 ， 在外界环境作用下 ( 如毛 细 吸收作用 、 冻融循环作用及干湿循环作用等 ) ， 易发生耐久 性劣化 ， 导致混凝土结构耐久性不足 ， 达不 到设计使用 寿 命。 根据 国内外大量研究试验表明， 毛细吸收作用是影响混 凝土结构耐久性 的重要原因 ， 在毛细吸收力的作用下 ， 水分 迅速侵人到混凝土结构内部， 同时氯离子 、 硫酸根离子等 有害物质又以水分为介子侵入t 昆 凝土结构 中 ， 造成 昆 凝 土 体 积膨胀破坏 、 内部钢筋锈蚀 ， 从而导致? 昆 凝土结构 的耐 久性破坏【 l _ 。 将粉煤灰 、 矿粉等掺合料掺入混凝土中是改善混凝 土 结 构耐久性 问题 的有效途径 3 - 4 ， 但是 均未考 虑矿物掺合 料及其掺人量对混凝土毛细吸收作用的影 响 ， 本试验立 足 于此 ， 将一 定 比例 的粉煤灰 、 矿粉掺人 混凝 土 内部 ， 同时 保证水胶 比不变， 等量替代原配合比中的水泥质量。 通过 毛细吸收试验 ， 定性定量的分析矿物掺合料对混凝土毛细 吸收作用的影响， 对其在实际工程中的应用提供合理的试 验依据5 - 6 。 本试验用材料均来 自青 岛本地 ， 同时根据试验 目的和 要求 ， 本试验设计 了不 同粉煤灰 和矿粉掺人量 的混凝土配 合 比。 设计粉煤灰掺人 比例分别为 0 、 1 5 、 3 0 、 5 0 ， 矿粉 的掺人 比例分别为 0 、 1 5 、 3 0 、 5 0 、 6 5 ， 矿物掺入量等 量替代混凝 土中的水泥含量。 具体配合 比如表 1 所示 。 表 1 混凝土配合比设计 k g J m 2 试验 内容及试验 方法 毛细吸收试验示意图如图 1 所示 ， 将混凝土试件切割 成 5 0 mmx l O 0 m mx l 0 0 m m 的立方体 ， 对试件进行 烘干处 理 ， 待试 件处 于完全 干燥 状态 下 ， 用石 蜡将试 件 尺寸 为 收稿 日期 ：2 0 1 3 - 0 9 - 3 0 基金项 目：9 7 3 项 目( 2 0 0 9 C B 6 2 3 2 0 3 ) ； 国家 自然科学基金发展项 目( 5 0 7 3 9 0 0 1 ) 87 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m ( b ) 图 1 毛细吸收试验测定装置 5 0 mmx 1 0 0 mm的四个侧面密封 ， 保证 混凝 土试件在毛细 吸收作用下 ， 内部水分沿一维方 向迁移 。 本试验持续时间 为 1 2 h ， 从试件底部与水分开始接触 时计 时 ， 然后分别在 0 、 l 、 2 、 3 、 4 、 5 、 6 、 7 、 8 、 9 、 1 0 、 l 1 、 1 2 h时将试件取 出， 待测定 试件质量后继续进行试验 。 最后对所得试验数据进行处理 ， 绘制不同配合 比试件毛细吸收量随时间变化 曲线 ， 同时经 数据拟合得毛细吸收系数 。 3结果分析与讨论 3 1 粉煤灰 产量对 混凝土毛 细吸收作 用的影响 为研究粉煤灰掺量对混凝土毛细吸收作用 的影响 ， 将 一 定 比例 的粉煤灰( 0 、 1 5 、 3 0 、 5 0 ) 等量替代原混凝 土 中的水泥 ， 通过毛细吸收试验 ， 得到掺入不同粉煤灰 的混 凝土试件毛细吸收量随时间的变化曲线 ， 如 图 2 所示。 同时 对 毛细吸收数据进行线性拟合 ， 得 到不 同配合 比混凝土试 件的毛细吸收系数 ， 如图 3 所示 。 g 导 0 0 5 l 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 吸水 时间 h 图 2不 同 配合 比试件 毛细 吸收 量 随时 间变化 蓝线 由冈 2 数据可知 ， 在毛细吸收作用下 ， 不 同试件 的毛细 吸收量随着时间的增加而增加， 在与水接触的前 4 个小时内， 试件的毛细吸收曲线近似于直线。 当粉煤灰掺入量 为 0 时 ， 其 1 2 h的毛细吸收总量为 G = 1 3 8 0 g m2 ， 毛细吸收系数A = 4 0 8 6 5 g ( m h 他 ) 。 粉煤灰 当掺入量为 1 0 时 ， 试件毛细吸 收量 为 G = 6 7 0 g m ， 约为空 白试件的 1 2 ； 毛细吸收系数 为 = I 9 9 5 6 g ( m h ) ， 约 为空 白试件 的 1 2 ， 由上诉数据 可 知 ， 在毛细吸收作用下 ， 向混凝 土中掺入较 小比例的粉 煤 8 8 O 1 0 20 30 4 0 50 粉煤灰 掺量 图 3 不同配合比混凝土试件毛细吸收系数 灰 即可有效的改善混凝土的抗渗透 眭能。 当粉煤灰掺量分别 为 3 0 和 5 o ,j - ， 试件 的毛细吸收量分别为 G = 6 0 0 g m 和 G = 6 8 5 0 8 1 1 1 ； 毛细吸收系数分别为 A ： 2 2 4 2 5 6 g ( m h ) 和 A = 2 2 4 2 5 6 g ( m2 h 他 ) ， 可知当粉煤灰掺入量为 3 0 时， 试件的毛细吸收作用最小 ； 当粉煤灰掺入量 为 5 0 时， 试件 的毛细吸收作用最大。 由上述试验数据可知 ， 当粉煤灰掺入量 为 0 - 3 0 时 ， 粉 煤灰的掺人可 以有效 的提高混凝土试件的抗渗透性能 ， 在 毛细吸收作用下 ， 侵入到试件 内部 的水分有较大 幅度的降 低 ， 这是由于粉煤灰的火 山灰活性与混凝土中的水泥发生 二次水化反应 ， 同时由于其独特的球状颗粒形态提高了混 凝土材料的和易性 ， 改善混凝土的孔结构使其更加密实 ， 在 毛细吸收作用下 ， 水分进入混凝土内部含量随着混凝土 内 部通道的减小而减小。 当粉煤灰掺人量超过 5 0 时 ， 粉煤灰 的掺人对混凝土抗渗透性产生不利的影响 ， 与其他粉煤灰 掺入量 的毛细吸收数据 比较 ， 粉煤灰掺量为 5 0 试件 的毛 细吸水量和毛细吸水 系数均呈突变式增加 ， 分析其原因有 ： 当粉煤灰掺入过量时 ， 粉煤灰 的存在减缓 了水泥水化反应 速率 ， 同时使骨料与水泥砂浆 的黏结程度降低 ， 从而导致 混凝土密实度和强度均大幅度降低 ， 使其内部孔隙率增加 ， 在毛细吸收作用下 ， 水分迅速通过孔道侵入到试件 内部 ， 造成毛细吸收量和毛细吸收系数均有大 幅度的提高【 9 I 。 根据试验结果分析可知 ， 对于实际工程 中考虑粉煤灰掺入 含量时 ， 应对混凝土力学性能和耐久性能综合考虑 ， 宜选 用的粉煤灰掺入量为 0 - 3 ， 对 于超过 5 0 的较大掺人量 ， 应考虑粉煤灰对耐久性不利的影响 。 3 2 矿粉掺量对 于混凝 土毛 细吸收作 用的影 响 为研究矿粉掺量对混凝土毛细吸收作用的影 响， 将一 定比例的矿粉( 0 、 1 5 、 3 0 、 5 0 、 6 5 ) 等量替代原混凝土 中的水泥 ， 得 到掺人不同矿粉的混凝 土试件毛细吸收量随 时间的变化曲线 ， 如 图 4 所示 。 同时对毛细吸收数据进行 线性 拟合 ， 得到不同配合 比混凝 土试件的毛细吸收系数 ， 如图 5所示 。 由图 4可知 ， 不 同矿粉掺入量 的混凝 土试 件 ， 其毛细 吸收量均随着时间的增加而增加 。 当矿粉掺入量 为 0 时 ， 试件毛细吸收量 G = I 3 8 0 g m2 , 经数据拟合后得其毛细吸收 系数 A = 4 0 8 6 5 4 g ( m h ) 。 当矿粉掺量为 1 5 时 ， 试 件毛 细吸收量 G = 9 9 0 g m ， 毛细吸收系数 A = 2 9 8 0 7 g ( m h ) 。 当矿粉掺人量为 5 0 时 ， 试件毛细吸收量 G = 4 0 0 g m ， 毛细 吸收系数 4 ： l 1 8 4 1 9 g ( m h ) 。 由上述试 验数据 可知 ， 当 一 一 一 一 囵 ，Lr，L。=rL 如 如 如 搽 导 悍 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 0 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 吸水 时 间 ， h “ 图 4不同配合比试件毛细吸收量随时间变化 曲线 45 0 4 0 0 35 0 3 oo 2 5 0 200 嚣1 5 o l O O 5 O O 0 1 0 2 O 3 O 4 0 5 0 6 0 7 0 矿粉掺量， 图 5不同配合比混凝土试件毛细吸收系数 矿物掺入量 为 0 - 5 0 时 ， 在毛细吸收作 用下 ， 随着矿粉掺 入量的增加 ， 试件的毛细吸收量和毛细吸收系数均呈下降 趋势 ， 并且矿粉的掺人量越大 ， 试件 的抗渗透性越强 。 分析 其原 因有 ， 由于矿粉 的细小颗粒 形态 ， 掺 入混凝 土后对 其 内部的缝 隙孔洞进行填充 ， 从而提高了混凝土的密实度 ， 在 毛细吸收作用下 ， 可 以有效 的抵抗水分 的侵入 ， 使其毛细 吸收量 和毛细吸收系数均降低。 对 比 5 0 矿粉掺人量毛细吸收试验数据可知 ， 当矿粉 掺入量超 过 6 5 时 ， 试件 毛细吸收量 G = 7 0 0 g m ， 毛细吸 收系数 A = 2 1 1 0 3 g ( m2 h ) ， 试件 的毛细吸收量和毛细吸 收系数均有较大的提高 ， 试件 的抗渗透性能降低 。 分析其原 因有 ， 随着 矿粉 的继续 添加 ， 混凝 土早期养护阶段试件 的 收缩增大产生微裂缝 ， 同时矿粉掺入 的不利作用越为明显 ， 导致水分在 毛细吸收作用 下进入试件 内部的含量和速率 均上升。 对于实际工程中考虑矿粉的掺入量时， 宜选用不超 过 5 0 的掺人量 ， 可以有效 的保证混凝土结构的抗渗透性 能 ， 从而提高其耐久性 。 4结 论 ( 1 ) 向混凝土 中掺人 一定 比例的粉煤灰 ， 在毛细吸 收 上接第 8 6页 参考文献 ： 【 1 张波志， 王社良， 张博 再生混凝土基本力学性能试验研究 J j _混 凝土 ， 2 0 1 1 ( 2 ) ： 4 6 【 2 】 邢振贤 ， 刘云霞 ， 蔡宁峰再生混凝土技术研究与应用效益分析【 J J 混凝土， 2 0 1 3 ( 5 ) ： 9 3 9 6 ， 1 0 0 【 3 】曹万林， 梁梦彬， 董宏英， 等 再生混凝土冻融后基本力学性能 试验研究 J 1 自然灾害学报， 2 0 1 2 ( 6 ) ： 1 8 4 1 9 0 【 4 李厂军 ， 郑秀梅 ， 王文仲 ， 等 寒冷地区再生混凝土抗压强度试 验研究 J 1 混凝土， 2 0 1 2 ( 7 ) ： 3 7 3 8 ， 4 2 【 5 】 郑秀梅， 李厂军， 支秀兰 电化学除盐对钢筋与混凝土间黏结力 的影B N J 混凝土， 2 0 1 1 ( 6 ) ： 4 6 4 8 ， 5 1 作用下 ， 混凝土试 件的抗渗透性 随着粉煤灰掺入量 的提高 而增加 ， 当粉煤灰掺量为 3 0 时 ， 试件 的抗渗透性最优 。 当 粉煤灰掺入量超过 5 0 时， 试件的毛细吸收量和毛细吸收系 数均有较大幅度的提高， 对混凝土抗渗透 生 产生不利影响。 ( 2 ) 混凝土 中以一定矿粉等量替代 混凝土 中的水泥 ， 在毛细吸收作用下 ， 混凝土抗水分侵入的能力 随着矿粉掺 入量 的增加而增加。 当矿粉掺人量超过 5 o m ， 试件 的抗渗 透性有所降低。 ( 3 ) 对于实 际工程 中粉煤灰 、 矿粉等矿物掺合料 的掺 量 ， 在保证满 足工程设计要求前提下 ， 应充分考虑其对混 凝土抗渗透性的影响 ， 从而保证混凝土结构 的耐久性能。 参考文献： 1 关鹏 ， 汪廷秀干湿循环下混凝土氯离子传输模型研究l J 1 混凝 土， 2 0 1 2 ( 1 1 ) ： 7 - 1 1 2 金伟良， 赵羽习j 昆凝土结构耐久性研究的回顾与展望 浙江 大学学报： 工学版， 2 0 0 2 ， 3 6 ( 4 ) ： 3 7 1 3 8 0 【 3 】黎鹏平 ， 潘峻 ， 范志宏 ， 等 粉煤灰和矿粉对 C 5 0自密实混凝土 氯离子扩散系数的影响 混凝土， 2 0 1 2 ( 1 0 ) ： 1 0 2 0 4 洪乃丰 混凝土中钢筋锈蚀与防护技术( 3 ) 氯盐与 冈 筋锈 蚀破坏l J 1 工业建筑 ， 1 9 9 9 ， 2 9 ( 1 0 ) ： 6 0 6 3 5 樊云昌 ， 曹兴国 混凝土钢筋腐蚀的防护与修复 M 北京 ： 中国 铁道出版社， 2 0 0 1 ： 8 - 1 3 6 】马志鸣， 赵铁军， 赵彦迪， 等 静水压力下混凝土中氯离子传输 特征试验研究l J 1 公路 ， 2 0 1 2 ( 1 2 ) ： 1 6 8 1 7 1 【 7 】A B D U L R A Z A K H， C H A I H K， WO N G H S N e a r s u r f a c e c h a r a c t e r i s t i e s o f c o n c r e t e c o n t a i n i n g s u p p l e me n t a r y c e me n t i n g ma t e r i a l s J Ce me n t a n d Co n c r e t e Co mp o s i t e s ， 2 0 0 4： 8 8 38 8 9 【 8 陆安群， 邓敏 ， 莫立武 粉煤灰水泥压实体早期水化和孔隙结构 的演变【 J 1 混凝土 ， 2 0 1 2 ( 1 1 ) ： 2 4 2 7 9 H O S S A I N K M P r o p e r t i e s o f v o l c a n i c p u m i c e b a s e d c e m e n t a n d l i g h t we i g h t c o n c r e t e J C e me n t a n d C o n c r e t e Re s e a r c h ， 2 0 0 4： 2 8 3 2 9】 作者简介 联 系地址 ： 联系电话 ： 马志鸣( 1 9 8 7 一 ) ， 男， 硕士研究生， 研究方向： 混凝土结 构耐久性。 山东省青岛市崂山区深t 略 2 2 2 号 天泰金融广场 A座 1 3 楼( 2 6 6 1 0 0 ) 1 5 1 6 6 0 46 7 7 5 【 6 】王文仲 ， 郑 秀梅 ， 李广军 ， 等 寒冷地区再生混凝土抗冻性能试 验研究f J j 昆凝土 ， 2 0 1 2 ( 1 0 ) ： 3 0 3 1 ， 3 5 【 7 】杨曦 ， 吴瑾 ， 梁继光再 生混凝土抗拉强度与抗压强度关系的试 验研究【 J 1 _ 四川建筑科学研究 ， 2 0 0 9 ( 1 0 ) ： 1 9 0 1 9 2 【 8 肖建庄 ， 兰阳 再生混凝土单轴受拉性能试验研究 J 建筑材料 学报 ， 2 0 0 6 ， 9 ( 2 ) ： 1 5 4 1 5 8 作者简介 ： 联系地址 联系电话 郑秀梅( 1 9 7 6 一 ) ， 女， 教副授， 硕士 ， 主要从事高性能与 智能混凝土研究。 黑龙江省佳木斯大学三区 A院建筑工程学院( 1 5 4 0 0 2 ) 1 8 2 4 5 47 8 6 9 6 8 9 - O O 0 O O O O 们加 仰加 一 g 暑 一 咖 导 _+ 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m