掺合料对低温混凝土孔径分布的影响.pdf

田悦： 掺合料对低温混凝土孔径分布的影响 7 掺合料对低温混凝土孔径分布的影响 田悦 ( 沈阳城市建设学院 。 沈阳1 1 0 1 6 7) 【 摘要】 目 的针对低温条件下东北地区施工特点， 研究了在不掺防冻剂的情况下， 不同掺合料对 C 3 0幼龄 期混凝土孔径分布的影响。方法 ： 采用压汞法测试了在恒低温一次冻结和 自然变低温多次冻结养护情况下幼龄 期混凝土的孔径分布情况。结论 ： 掺合料可以改善低温混凝土的内部结构 ， 减少多害孔和有害孔的比例 ， 提高少 害孔和无害孑 L 的比例； 混凝土在恒低温 一I O C 养护条件下较之变低温 一1 5 C 5 养护条件下有害孑 L 和多害孔所 占比例高 ， 少害孔和无害孔所占比例低。 【 关键词】 低温混凝土； 掺合料； 孔径分布； 压汞法 【 中图分类号】 T U 5 2 8 0 4 1 【 文献标识码】 A 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 4 ) 0 3 0 0 0 7 04 S T UDY oN THE P oRE S l ZE Dl s TRm UTI oN oF LoW TE M PE RATURE CoNCRETE W I TH M 眦RAL ADM TURE TI AN Yue ( S h e n y a n g U r b a n C o n s t r u c t i o n U n i v ，S h e n y a n g l 1 0 1 6 7 ，C h i n a ) Ab s t r a c t ： T h i s s t u d y r e s e a r c h s a b o u t t h e e f f e c t s o f mi n e r a l a d mi x t u r e o n the p o r e s i z e d i s t r i b u t i o n o f l o w t e m p e r a t u r e c o n c r e t e w i t h o u t a n t i f r e e z e ， w i th u s i n g me r c u r y i n t r u s i o n por o s i me t r y ( M I P )t e s t s a r t i fi c i a l f r e e z i n g a n d n a t u r a l f r e e z i n g t h e p o r e s i z e d i s t r i b u t i o n o f l o w t e mp e r a t u r e c o n c r e t e a t d i ff e r e n t a g e T h e r e s u l t s h o ws t h a t a d mi x t u r e c a n r e d u c e the p o r o s i t y c o mp a r e d wi th t h e low t e mp e r a t u r e c o n c r e t e wi t h o u t a d mi x t u r e Ke y wo r d s：low t e mp e r a t u r e c o n c r e t e； mi n e r a l a dmi x t ur e； po r e s i z e d i s t r i bu ti o n；me r c u ry i nt r u s i o n po r o s i me t r y 目前 人们对 混 凝 土的抗 冻性 问题 的认 识 已经 基 本成熟 ， 而且形成 了较为系统 的学说 ， 各国学者逐渐 认识 到低 温条件 下 幼龄期 混 凝 土 的性 能对 混凝 土后 期的性能影响至关重要， 并对低温条件下幼龄期混凝 土的性能进行了一定的研究， 但是对抗冻临界强度及 幼龄期的微观结构的研究还有很大的争议。幼龄期 的冻 害对 混凝 土后 期耐 久性的影 响很 大 ， 如何 在混 凝 土幼龄期时提高混凝土的密实性进而提高强度， 是一 直探讨的问题。而粉煤灰和硅灰同属具有活性 的混 凝土矿物掺合料， 掺人混凝土中可以取代部分水泥， 并以细颗粒充当细骨料或细骨料的填料 ， 改善新拌混 凝土流动性 ， 增强黏 聚性 ， 减少 泌水 和骨 料分 离 ， 从 而 增强混凝土的密实性 ， 改善内部结构， 提高强度， 其后 期的二次水化反应， 能显著提高后期强度及增加抗腐 蚀能力等耐久性。文中采用压汞法测试 了在恒低温 一 次冻结和 自然变低温多次冻结养护的条件下， 不同 掺合料对 C 3 0幼龄期混凝土孑 L 径分布的影响。 1 原材料及试 验方法 1 1 原材料 水泥为沈阳房产水泥厂生产的普通硅酸盐水 泥 3 2 5 ； 水 为普通 自来 水； 粗集料 为石灰 岩碎石 5 2 0 m m， 最大粒径为 2 0 m m， 连续颗粒级配； 细集料选用 河砂 ， 属中砂 ， 细度 模 数 为 2 8 ， 级配 良好 ， 属 区 ； 粉 煤灰 F A为沈河热电厂生产的 I 级粉煤灰 ； 硅灰 s F为 青海华 电铁合金股份有限公司生产的硅灰 高效减水 剂为 F N一 1 ， 早强剂为 N a s 0 。 1 2试验 方法 ( 1 ) 混 凝 土组 成情 况 ， 见 表 1 。固定 外 加 剂掺 量 ， 调 整粉煤灰和硅灰 的掺量进行配制 ， 见表 2 。 表 1 试验 混凝土配合 比 ( 2 ) 养护条件。室外 自然变低温养护： 选择 初冬和早春时节， 温度变化范围为5 一1 5 为养 护条件 ； 冰箱内恒低温养护： 调节冰箱温度为恒 一l 0 8 低温建筑技术 2 0 1 4 年第 3 期( 总第 1 8 9 期) 1 为养护条件。 表 2 混凝土外掺料组成情况 试件编号 A B C D E F G H ( 3 ) 养护方法。一次冻结法 ： 将具有一定初始 强度的混凝土置于规定的负温下养护一定时间( 如 3 、 7 d ) 后， 转为正温再标养一定时间， 考察其强度损失和 耐久性 。 冬季室外冻结法 ： 将具有一定初始强度的混凝土 置于冬季室外养护一定时间( 如 3 、 7 d ) 后， 转为正温再 求 崔 卜 毯 1 0 0 8 0 羹 6 0 4 0 2 0 O 混凝土试件 ( a ) 1 d 标养定时间， 考察其强度损失和耐久性。 ( 4 ) 试验方法。文中采用压汞法测得混凝土孔 径分布。汞压法( M I P ) 主要是根据压人多孔材料系统 中的汞的数量与所加压力之间的函数关系， 计算孔 的 直径和不同大小孔的体积。 2恒低温 一1 0 养护条 件下掺合 料对混 凝土孔径 分 布的影响 利用压汞法测得的掺合料对低温混凝土孑 L 结构 特征的测试， 在混凝土试件在冰箱恒低温 一I O C 养护 达到 l d 、 7 d 、 一 7 d+ 2 8 d龄期及达到抗冻临界强度时 ， 用元水乙醇浸泡终止水化 ， 取小块水泥石浆体烘干后 进行压汞试验， 水泥石孔径分为4级： 孑 L 径小于 2 0 n m 以下 的为无 害孔 ， 2 05 0 n m之 间为 少 害孑 L ， 5 0 2 0 0 n m之 间为 有害 孔 ， 大于 2 0 0 n m的 为 多害 孔 ， 不 同 掺合料不同龄期的水化浆体中孔径分布率见图 1 。 求 锝 餐 混凝土试件 ( b )7 d I INMIIIIII 垂 1薰 A B C D E F G H A B C D E l 混凝土试件 混凝土试件 【 c ) 一 7 d+ 2 8 d ( b ) 幼龄期 a ：无害孔b ：少害孔 c ：有害孔d ：多害孔 图l 恒低温一 l 0 条件下掺合料对混凝土孔径分布影响 从图 1 可 以看 出随着粉煤 灰和硅 灰掺量 的增 加 ， 混凝土浆体的有害孔和多害孔总的百分数逐渐降低， 随着养护时间的增加 ， 混凝土的有害孔和多害孔百分 比逐渐降低而无害孔和少害孔的比例逐渐升高。 当单掺粉煤灰 1 0 时， 混凝土浆体的有害孔和多 害孔总的百分数为 5 2 2 3 ， 未掺粉煤灰的混凝土为 6 4 9 8 ， 当养护 1 d时单掺粉煤灰 1 0 时混凝土浆体 的有 害孑 L 和 多害 孑 L 总 的百 分 数 为 64 9 8 ， 7 d为 5 0 ， 而 一 7 d转正温养护 2 8 d为2 8 5 7 ； 无害孔和少 害孔的百分数为 3 6 0 2 ， 7 d为 5 0 ， 而 一 7 d转正温 养护 2 8 d为7 2 4 3 。当单掺硅灰 5 时， 混凝土浆体 的有害孑 L 和多害孑 L 总的百分数为 4 8 6 ， 未掺硅灰的 混凝 土为 6 4 9 8 ， 当养护 1 d时单 掺 硅灰 5 时混 凝 土浆体的有害孔和多害孔总的百分数为4 8 6 ， 7 d为 4 1 4 3 ， 而 一 7 d转 正温养 护 2 8 d为 2 6 3 l ； 无 害孔 和少害孑 L 的百分数为 5 1 4 ， 7 d为 5 8 5 7 ， 而 一7 d 转正温养护 2 8 d为 7 3 6 9 。当复掺粉煤灰 1 5 和硅 灰 5 时， 养护 1 d时， 复掺粉煤灰和硅灰的混凝土的 有害孔和多害孔的百分率为 2 7 4 6 ， 7 d为 2 1 3 l ， 而 一 7 d转正温 养护 2 8 d为 1 3 6 6 。 这是由于超细活性矿物掺合料具有优异的形态 效应 、 微集料效应和火山灰效应。在低温混凝土中掺 加矿物粉体后 ， 增加了水化产物的数量， 改善了产物 形态 ， 其微观表现为其孔结构无论是从孔的数量多少 或是各级孑 L 的级配上都要优于为未掺加掺合料的混 凝 土 ， 从 图 l 可 以明显看 出相对于普通混凝土 ， 掺加 多 3 l 巧 5 3 一 m 3 加 一 3 一 3 m 一 刺 剂水灰E 酬 恢 早效粉茬 商 同 圈目目垦H nH嘲 目旨邑G 同川 豳 目目岜F 啊 目 图图 目 目且 E 冈H翻 豳闲 D 日喇 圈 圈目目且 C 门川 励 豳 圈 图 瞽目阻 B 日 翻 圈目且A 舳 柏 O 口H 圈目目 垦H I 啊 翻 圈 目目且G _f 啊 溯 豳 圈垦F 1 口 翰 图 圈 皿 皿E 网H 圈 圈 垦D 一 同 团 翻皿 删C n H 翻 豳 且B 一 向 H 翻 翰 A 蚰 加 O 日 悦： 掺合料对低温混凝土孔径分布的影响 9 种矿物掺合料混凝土中浆体的粗大的孔得到细化， 孔 结构分布得到进一步优化。 3 变低温 一1 5 5 养 护条 件下 掺合 料对 混 凝 土 孔 径分 布的影响 利用压汞法测得掺合料对低温混凝土孔结构特征 的影响， 把预养 6 h有一定强度的混凝土试件在室外变 低温 一l 5 5 养护达到 l d 、 7 d 、 一 7 d+ 2 8 d龄期及达 到抗冻临界强度时， 用无水乙醇浸泡终止水化 ， 取小块 水泥石浆体烘干后进行压汞试验。水泥石孔径分为4 级： 孑 L 径小于 2 0 ri m以下的为无害孑 L ， 2 0 5 0 n m之间为 少害孑 L ， 5 0 2 0 0 n m 之 间为有 害孑 L ， 大 于 2 0 0 n m 的为多 害孑 L ， 不同龄期水化浆体中孔径分布率见图2 。 垂 I II H 百 I I 云1 H i园垂 I W 18o 百 I 6 I I I 云I 五 1 0 o 8 0 簧 6 O 4 0 2 0 O 混凝土试件 ( a ) l d 混凝 土试件 ( b )7 d 混凝土试件 【 c ) - 7 d+ 2 8 d 混凝 土试件 ( d ) 幼龄期 a ：无 害孔b ：少害孔c ：有害孔d ：多害孔 图2 变低温一 l 5 5 条件下掺合料对混凝土孔径分布影响 从图 2中可以看出， 在变低温 一l 5 一 5 C养护条 件下， 无论单掺粉煤灰、 硅灰还是复掺粉煤灰、 硅灰都 可以显著降低低温混凝土的孑 L 隙率， 使混凝土中的无 害孔 和少 害孔 比例 增 多 、 有 害孑 L 和多 害孔 比例 降低 ， 但是通过恒低温 一1 O 养护条件和变低温 一1 5 5 C养护条件下掺合料对低温混凝土孔径分布影响的 对比可知变低温 一l 5 5 养护的混凝土有害孔和多 害孑 L 的比例要低于恒低温 一1 0 C 养护的混凝 土， 少害 孑 L 和无害孔的比例高于恒低温 一I O C养护的混凝土， 这是由于当混凝土一直处在恒低温养护条件下 ， 对混 凝土的水化程度都很大的影响， 使混凝土的内部结构 造成损失， 而且混凝土采用恒低温养护只有一次冻融 循环， 对混凝土的孔径分布影响不大。自然变负温养 护的混凝土 ， 由于变 温条件下增 加 了水 泥石 体 系中 的 自由能差， 使水泥粒子和水分子有反应 的能量和动 力 ， 所以在变负温养护条件下的混凝土比恒负温养护 条件下的混凝土强度有更大幅度的增加， 更能改善混 凝土的内部结构， 使混凝土更加密实。 4结语 文中采用压汞法， 研究 了在不同养护条件下不同 掺合料种类、 不同的掺加方式对低温混凝土的孑 L 径分 布的影响 。得 到以下结论 ： ( 1 ) 掺合料可以改善低温混凝土的内部结构 ， 减少多害孔和有害孔的比例， 提高少害孔和无害孔的 比例， 较之未掺掺合料的低温混凝土， 当单掺粉煤灰 1 0 时 ， 混凝土浆体的有害孔和多害孔总的百分数为 5 2 2 3 ， 未 掺 粉煤 灰 的 混凝 土 为 6 4 9 8 ， 而且 随着 粉煤灰掺量的增加 ， 混凝土浆体的有害孔和多害孔总 的百分数逐渐降低。 ( 2 ) 当单掺硅灰 5 时， 混凝土浆体的有害孔和 多害孔总的百分数为 4 8 6 ， 未掺硅灰 的混凝 土为 6 4 9 8 ， 而且随着硅灰掺量的增加， 混凝土浆体的有 害孔和多害孔总的百分数 逐渐降低 ； 当复掺粉煤灰 1 5 和硅灰 5 时， 复掺粉煤灰和硅灰的混凝土的有 害孔和多害孔的百分率为 2 7 4 6 ， 7 d为 2 1 3 1 ， 而 一 7 d转正温养 护 2 8 d为 1 3 6 6 。 ( 3 ) 混凝土在恒低温 一1 0 养护条件下较之变 低温 一1 5 5 养护条件下孔隙率要高， 有害孔和多 害孔所 占比例高， 少害孑 L 和无害孔所占比例低， 所 以 冬季施工更适合室外变低温养护。 参考 文献 1 叶铭勋 ， H o o t o n R D 矿碴 、 粉煤灰 和硅 灰对硬化 水泥浆体孔 隙 1 0 低温建筑技术 2 0 1 4年第 3期( 总第 1 8 9期) 环氧树脂 结构胶低温 固化技术及展望 刘攀， 何明胜 ( 石河子大学水利建筑工程学院 新疆石河子8 3 2 0 0 0) 【 摘要】 以环氧树脂( E P ) 的固化机理为切人点， 重点从环氧树脂固化热效应、 低温固化剂两个方面综述 了近年来环氧树脂结构胶低温固化技术的研究进展和应用现状， 并对环氧树脂结构胶低温固化技术的研究应用 进行了展望 ， 提出利用微波固化技术、 光固化技术及引用化学热源( C HS ) 实现环氧树脂结构胶在更低温度条件下 快速固化的猜想。 【 关键词】 环氧树脂； 低温固化剂； 微波固化技术； 光固化技术； 化学热源 【 中图分类号】 T U 5 2 8 0 4 4 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 4 ) 0 3 0 0 1 0 0 3 建筑结构加固技术是对既有建筑进行加固以提 高其性能的一种手段， 它在有效提高建筑物的安全性 及耐久性的同时， 还能大大延长建筑物的使用寿命 ， 并省去用于工程重建的巨额费用。其中， 建筑结构胶 粘钢法、 碳纤维布加 固法、 结构胶补缝植筋等方法是 目前常用于建筑结构加 固修复的重要手段。建筑结 构胶加固技术具有诸如 ： 施工快捷方便、 作业工期较 短、 施工时不会破坏原有结构、 不占用空间、 不影响建 筑物立面效果等许多优 良的特性， 因此， 近些年来该 项技术在建筑结构加固修复领域深受推崇， 并得到了 广泛 的应用 。 在建筑结构胶中， 环氧树脂结构胶是应用最多的 一 种建筑结构胶。普通环氧树脂结构胶的固化要求 1 5 及其以上的温度， 而我国北方大部分地区从 l 0月 到来年的4月长达半年之久气温较低， 这很大程度地 限制了普通的环氧树脂结构胶使用， 令急需加固与维 修的应急工程、 生命线工程等陷入无法施工的困境。 为解决北方寒冷地 区冬季建筑结构加固施工的 技术难题 ， 急需针对 “ 实现环氧树脂结构胶低温快速 固化 ” 的技术课题进行 深入 的探 讨和研究 。文中通过 简述环氧树脂固化的基本原理， 从环氧树脂固化热效 应 、 低温 固化剂两个方 面对环 氧树脂结 构胶低温 固化 技术进行综述， 针对现阶段存在的问题 ， 提出利用微 波固化技术、 光固化技术及引用化学热源( C H S ) 促进 环氧树脂低温快速固化的猜想。 1 环氧树脂的基本 固化机理 环氧树脂作为结构胶中的一种反应 中间体， 必须 通过聚合、 固化或交联才形成为一种三维网状结构。 其主要有两种固化历程： 用催化均聚使树脂分子直接 偶联， 或用一种反应性 中间介质交联。但是， 由于 环氧树脂固化反应的原理尚不完善， 根据选用 固化剂 类型的不同， 认为它一般通过四种途径的反应而成为 热固性产物心 】 。这4种途径分别为： 环氧中的环氧 基开环后相互连接； 环氧中的环氧基和固化剂中的 活性氢官能团发生交联反应 ； 环氧中的环氧基和 固 化剂中的芳香或脂肪羟基发生交联反应； 环氧中的 环氧基或羟基和固化剂中所带的活性基团发生交联 反应 。 环氧树脂的固化通常是一类伴随着热效应 的化 学反应， 而化学反应大多对温度条件 比较敏感， 所 以 在其固化过程中， 受到温度因素变化的影响， 环氧树 脂的固化速度、 胶凝时间等都具有明显的线性变化特 征。同时， 由于环氧树脂本身的固化温度( 固化温度 是指树脂固化的最佳温度， 在此温度下树脂可以在最 率的影响 J 硅酸盐学报， 2 0 0 5 ， 1 5 ( 2 ) ： 1 8 2 O 2 j 唐明， 李晓 压汞测孔评价 昆 凝土材料孔隙分形特征的研究 J 沈阳建筑工程学院学报， 2 0 0 1 ， 1 7 ( 4 ) ： 2 7 2 2 7 5 3 阮燕， 方坤河， 等 高掺量粉煤灰碾压混凝土的孔结构研究 J 粉煤灰综合利用， 2 0 0 3 ， ( 2 ) ： 2 3 2 6 4 李淑进， 赵铁军， 吴科如 混凝土渗透性与微观结构关系的研 究 J 混凝土与水泥制品， 2 0 0 4 ， ( 2 ) ： 6 8 5 龙广成， 谢友均， 尹健， 等 掺矿物掺合料结构混凝土性能与其 L 隙率的关系研究 J 铁道科学与工程学报， 2 0 0 6 ， 3 ( 3 ) ： 6 5 6 8 6 连丽 混凝土娃微结构的研究 1 ) 武汉： 武汉理工大学建筑 材料与工程专业 ， 2 0 0 6 7 刘伟， 邢锋， 谢友均 水灰比、 矿物掺合料对混凝土孔隙率的影 响 J 低温建筑技术， 2 0 0 6 ， ( 1 ) ： 9 1 1 8 曹辉 低温高性能混凝土性能与应用研究 D 北京： 北京矿 业大学 ， 2 0 0 9 9 刘润清， 刘宇， 等 低温混凝土早期内部水化结构形成的研究 J 混凝土， 2 0 1 2 ， ( 1 2 ) ： 2 1 2 3 收稿 日 期 2 0 1 3 1 2 0 9 作者 简介 悦( 1 9 8 2一) ， 女 ， 辽宁锦 州人 ， 博 士研究生 研究办向 ： 低温混凝 土和新 型墙体材料 。