灰渣混凝土耐久性能试验研究.pdf

2 0 1 1年第 9期 铁道建筑 Ra i l wa y En g i n e e r i ng l 21 文 章 编号 ： 1 0 0 3 1 9 9 5 ( 2 0 1 1 ) 0 9 0 1 2 1 0 4 灰渣 混凝 土耐久性能试验研 究 李化 建 ， 赵 国堂 ， 谢 永江 ， 谭 盐宾 ( 1 中国铁道科学 研究院 铁道建筑研究所 ， 北京1 0 0 0 8 1 ； 2 京沪高速铁路股 份有限公 司 ， 北京1 0 0 0 8 3 ) 摘 要 ： 以 火力 电厂 大量堆 存 的粗颗 粒粉 煤灰 为研 究对 象 ， 在 研 究灰渣 混 凝 土 力 学性 能 的基 础 上 ， 选择 电 通 量 、 氯 离子扩散 系数和 抗硫 酸 盐干 湿循 环 次数 为评价 指标 ， 研 究 了灰渣 混凝 土抗 氯 离子渗 透性 能和 抗 硫 酸 盐侵 蚀 性 能。研 究表 明 ， 5 6 d灰渣 混凝 土 的 电通量 1 0 0 0 C， 氯 离子 扩散 系数 51 0 m s ， 抗 硫 酸盐 干 湿循 环 次数 大 于 K S 1 5 0， 因此 灰渣 混凝 土 可 以 用 于氯 盐侵 蚀 环 境 和 盐 类 结 晶破 坏 环境 下铁路 混 凝土 工程 中。 关键 词 ： 灰 渣混 凝土 力学性 能 耐 久性 中图分 类号 ： U 5 2 8 1 文献 标识 码 ： B 粉 煤灰 已经 成 为铁 路 混 凝 土 中不 可 或 缺 的 组 分 ， 对于 提 高混凝 土 工作性 能 、 降低 混 凝土 水化 热 、 提高 混 凝土 体 积稳定 性 起 到 重要 的作 用 。 。现 在 满 足 技 术 要求 的粉煤 灰越 来越 紧缺 ， 导致 铁 路 混 凝 土 工 程 造 价 增加 ， 且 严重 影 响 工程 工 期 。按 细度 、 烧 失 量 、 需 水 量 比等技术指标同时控制粉煤灰材料质量是制约大量颗 粒粗 、 烧 失量 小 的粉 煤灰 ( 以下 称 为灰 渣 ) 无 法使 用 的 根本原因。大量研究表明， 烧失量小 、 细度大的粉煤灰 能 够 制 备 出 高 工 作 性 能 、 高 耐 久 性 能 的 混 凝 土。 C a r e t t e G G等 曾对 美 国 8种粉 煤 灰和 两种 波特 兰水 泥 配制 的粉煤 灰混 凝土 的新 拌 与硬 化混凝 土 各种 性 能进 行 系统研 究 ， 8种粉 煤灰 的 细度 1 5 3 3 1 9 ， 烧 失 量 0 3 0 2 7 8 。研 究结果表 明高掺量粉 煤灰混 收稿 日期 ： 2 0 1 0 1 2 2 5 ； 修 回 日期 ： 2 0 1 1 0 6 2 0 基金项 目： 京沪高速铁路灰渣秸秆混凝土材料试验研究 ( 2 0 0 8 G 0 3 2 6 ) ； 高速铁 路 高 性 能 混 凝 土 耐 久 性 技 术 措 施 及 检 测 评 定 技 术 研 究 ( 2 0 0 8 G 0 3 1 一 N) 作者简介 ： 李化建 ( 1 9 7 6 一) ， 男 ， 安徽阜 阳人 ， 副研究员 ， 博 士。 凝土引气没有 困难 ， 硬化体的气泡 间隔系数 2 5 mm m m 。根 据 A S T M C 6 6 6 A试 验 经 1 0 0 0 次 冻融 循 环 后 ， 除一 种 情 况 耐 久 系 数 为 6 7以 外 ， 其 它耐 久 系 数 均 很 好 ； 9 1 d湿 养 护 混 凝 土 的 抗 氯 离 子 渗透 能力 ， 电量 均 6 5 0 C； 混凝 土渗 透性 很 小 ， 透 水率接近 1 0 m s 。 。如果按 用 于水 泥和混凝土 中的粉煤灰 ( G B T 1 5 9 6 -2 0 0 5 ) 规定来划分 ， 文中所 用粉煤灰为 级和 级 ， 在很多工程领域均无法使用。 为拓 展粉 煤灰 资 源 ， 系 统 研 究 了 灰渣 的物 理 化 学 特性 以及 灰渣 与外 加 剂 的 相 容性 后 ， 证 明影 响混 凝 土 关 键 指标 是灰 渣 的烧 失 量 ， 而 不 是 细 度 。本 文 在 研 究灰渣混凝土力学性能的基础上， 探讨了灰渣混凝土 的耐久性能 ， 以消除人们对灰渣混凝土在工程 中应用 的担 忧 1灰渣混凝 土试验 1 1 原材 料 灰渣 取 自德州 华能 电厂 ， 其 性能 如表 1 所 示 ， 水 泥 采用琉璃河 P 0 4 2 5水泥 ， 减水剂采用天津雍阳聚羧 4 结束 语 通过对 D 0 8 - 3 2 C型捣 固车液压冷却 系统的设计 改进 ， 提高了散热能力 ， 为用户更好地使用捣固车提供 了保 障。 参 考 文 献 1 王午生 铁 道线 路 工程 M 上 海 ： 上 海科 学技 术 出 版社 ， 1 9 9 9 2 韩志青 ， 唐定全 抄平起拨道捣 固车 M 北京 ： 中国铁道 出 版社 ， 1 9 9 7 3 傅文智 ， 毛必显 抄平起拨道 捣固车 M 北京 ： 中 国铁道 出 版社 ， 2 0 1 0 4 畅建 民 提高 D 0 8 3 2型捣 固车系统精度的措施 J 铁道建 筑 ， 2 0 0 9 ( 9 ) ： 1 0 9 1 1 1 5 李增强 O 8 3 2型 捣 固车液压 作业 系统 压力 不 稳 的原 因及 解 决办法 J 铁道建筑 ， 2 0 0 7 ( 4 ) ： 1 0 3 1 0 4 ( 责任 审编 王红) 2 0 1 1 年第 9期 灰渣混凝土耐久 性能试验研究 1 2 3 灰 的活化 灰活 性 尚 未得 到 发 挥 ； 对 于 C 4 0为 基 准 的混 凝 土 ， 养 护龄期 的系数 也 随着灰 渣掺 量 的增 加而 增 加 ， 即7 0 9 9 6( 灰渣 掺 量 为 0 )7 5 7 0 6( 灰 渣 掺 量 为 3 0 )l 5 0 0 C外 ， 其余 的混凝 土 均 1 5 0 0 C， 最 小 为 8 7 0 C， 混 凝 土 抗 渗 性 属 于极 低 水 平 。 由于灰渣 的掺入 ， 灰渣一水泥体 系水化较 慢 ， 在 2 8 d 时， 体系 中尚未形成致密结构 ， 到 5 6 d ， 灰渣与水泥水 化 的氢氧化钙逐渐发生火山灰反应 ， 形成更多 的水化 产物 ， 细化体系中的孔结构 ， 增加氯离子在体 系中的传 输 位 垒 。 按 照 铁 路混凝 土结构 耐久 性设 计规范 ( 报 批 稿 ) 的要求 ， 灰 渣混凝土可 以满足铁路工程 混凝土 大多数要求。 表 4 灰渣混 凝土电通量试验结果 注 ： 铁路混凝土结构耐久性设计 规范 ( 报批稿 ) 规定 的不 同混 凝土强度等级和不同使用年限混凝土 的电通量要求 。 2 3 灰 渣 混凝 土抗 氯离 子渗 透 系数 灰渣混凝土抗氯离子扩散系数如表 5所示。养护 龄期从 2 8 d到 5 6 d ， 混凝土抗氯离子扩散系数显著降 低 ， 对于 灰渣 混凝 土 ， 降低 幅 度更 为显 著 。氯离 子扩 散 系数 被应 用 于评 价 氯 盐侵 蚀 环 境 下 混 凝 土 的 耐 久 性 ， 混凝土结构耐久性设计 规范 ( G B T 5 0 4 7 6 -2 0 0 8 ) 和新修订 的 铁路混凝土结构耐久性设计规 范 均采 用氯离子扩散系数指标 。按照 铁路混凝土结构耐 久性设计 规范 对 氯离子 扩散系数 的规定 如表 6所 示 ， 对比可知， 除 了 H 4 0 0 3以外 ， 其它混凝土能够满足 L 1 环 境 等 级 下设 计 使 用 年 限 为 6 0年 的 要 求 ， 而 H 5 0 0 1H 5 0 0 3能够满 足 L l ， L 2 ， L 3环境等 级下设 计 使用年限为 1 0 0年 的要求。 灰渣混凝土氯离子 扩散系数较小 的原 因有 两方 面 ： 一是灰渣 中铝含量较高 ， 能够 固化一部分氯离子， 这 主要是 以化学 固化 为 主 ； 二 是灰 渣 的加入 ， 细 化 了灰 渣混凝土孔结构 ， 阻碍了氯离子在体系中的传输 。 表 5 灰 渣混凝土抗氯离子渗透性能 c l 一 扩散系数 (1 0 m s ) 式样编号 28 d 5 6 d 1 2 4 铁道建筑 表 6 氯盐环境 下混凝土 抗氯离子渗透性指标 2 4灰 渣 混凝 土抗硫 酸 盐侵 蚀性 能 混凝 土试 件在硫 酸 盐溶 液 中 自然 浸泡 直至 发生 性 能 劣化 和破 坏 ， 通常需 要很 长 时 间 ， 一般 浸 泡 l2年 后 混凝 土试 件 才发 生 破 坏 。 因此 ， 为 快 速 确 定 混 凝 土 的抗硫酸盐侵蚀性能， 以便指导实际工程应用 ， 采用硫 酸 盐干 湿循 环 的办法 。灰渣混 凝 土抗硫 酸 盐干 湿循 环 的性 能如 表 7 。 由结 果 可 知 ， 混 凝 土 试 件 在 经 过 1 5 0 次 硫 酸盐 干湿循 环后 ， 其 质量 都有 少量 增加 ， 而 未 出现 质 量 降低 ， 通 过 对混凝 土 试件 观察 ， 发现 混凝 土试 件 外 观 良好 ， 未出现表面或棱角剥落等情况 ， 如图 4所示 。 经 过 干湿循 环 交替作 用 的混凝 土 试件 的抗 压强 度则 低 于清水 中的对比试件。由图 5可知 ， 在不 同循环次数 时 ， 经历 干 湿循 环交 替 的 混凝 土试 件 强 度 均 出现 明 显 降低 ， 纯水泥混 凝土试 件强 度最高损失率达 1 5 ， 灰 渣混凝土强度损失率最高为 1 3 。由此可知 ， 虽然掺 灰渣混凝土抗压强度低 于纯水泥混凝土 ， 但其在硫酸 盐干湿循环交替作用下的强度损失率基本都低于纯水 泥混凝土 ， 说 明灰渣的掺人能有效提 高混凝土抗硫酸 盐 侵蚀 能力 。 表 7 混凝土抗硫酸 盐干湿循 环侵蚀性能的影响 3 结论 1 ) 采用添加 3 0 5 0 的灰渣 ， 可以制备出坍落 度 1 8 02 1 0 m E、 含气量 2 4 、 强 度等级 C 3 0 C 5 0的混 凝土 。 2 ) 在相 同胶 凝 材 料 下 ， 添加 3 0 的灰 渣 ， 混 凝 土 可以达到相同强度级别 ， 当灰渣掺量 为 5 0 时 ， 混凝 土 降低一 个 强度 等级 。 图 4经 1 5 0次硫 酸盐干湿循环交替 作用的灰渣混凝土试件外观 2 ( 1 6 纂12 4 0 25 5 0 75 1 O0 1 25 1 50 于湿 循环 次数 次 图 5 混凝土抗硫酸盐干湿循环 抗 压强度损失率 3 ) 灰渣混凝土具有较 高的抗氯离子渗透性 和抗 硫 酸盐 干湿 循环 性能 ， 可 以应 用 于 氯 盐 环 境 和 盐类 结 晶破坏 环境 。 参 考 文 献 1 赵 国堂 ， 李 化 建 高 速铁 路 高性 能 混凝 土 应 用 管 理 技 术 M 北京 ： 中国铁道 出版社 ， 2 0 0 9 2MA L H O T R A M V H i S h e r f o r ma n e e h i g h v o l u me f l y a s h c o n c r e t e：ma t e r i a l s ，mi x t u r e p r o po r t i o ni n g，p r o pe r t i e s，c o ns t r u c t i o n p r a c t i c e ， a n d c a s e h i s t o r i e s z O t t a w a ： 2 0 0 8 3C A R E T T E G G， B I L O D E A U A， C HE V R I E R R L ， e t a 1 Me c h a ni c a l pr o pe r t i e s o f c o n c r e t e i n c o r p o r a t i n g hi g h v o l u me s o f fly a s h f r o m s o u r c e s i n t h e U S J 1 A C I M a t e r i a l s J o u r n a l ， 1 9 9 3 ， 9 0 ( 6)： 5 3 5 5 4 4 4C A R E T T E G G， B I L O D E A U A， C HE V R I E R R L， e t a 1 Du r a bi l i t y o f c o n c r e t e i n c o r p o r a t i n g hi g h v o l ume s o f fly a s h f r o m s o u r c e s i n t h e U S J A C I Ma t e r i a l s J o u r n a l ， 1 9 9 4 ， 9 1 ( 1 ) ： 3 l 2 5 谭盐宾 ， 李化建 ， 谢 永江 ， 等 烧失量和细度对粉煤灰 浆体 流 变特性 的影 响 J 铁 道建 筑 ， 2 0 1 0 ( 2 ) ： 1 2 7 1 2 9 6 中华人 民共 和国铁道部 铁 路混凝 土结 构耐久 性设计 规 范 ( 报批 稿 ) s 北京 ： 中国铁 道出版社 ， 2 0 1 0 7 中华人 民共和 国住 房 和城 乡建设 部 G B T 5 0 4 7 6 -2 0 0 8 混凝土结构 耐久 性设 计规 范 s 北京 ： 中 国建筑工 业 出版社 ， 2 0 08 ( 责任 审编 王红)