掺粉煤灰混凝土的碳化及抗冻性能试验研究.pdf

文章编号：1 0 0 7 0 4 6 X ( 2 0 1 0 ) 0 2 0 0 1 卜0 3 实验研究 掺粉煤灰混凝土的碳化及抗冻性能试验研究 E x p e r i me n t a l S t u d y o f C a r b o n i z a t i o n a n d F r o s t R e s i s t a n c e o f C o n c r e t e Mi x e d w i t h F l y A s h 杨华美，杨华全 ，王迎春 ，严建军 ( 长江水利委 员会长江科学 院，水利部水工程安全与病害防治工程技术研究 中心 ，湖北武汉4 3 0 0 1 0 ) 摘要：研究了不同水胶比、不同粉煤灰掺量混凝土的碳化及抗冻性能。试验结果表明，随着水胶比和粉煤灰掺量的增加 ，混 凝 土碳 化 深度增加 ，混凝 土碳化 深度按 方程 D=K t b 回归 ，相 关 系数 大 于 0 9 5 ；碳化 深度 与粉煤 灰掺 量及 水胶 比二元 线 性回 归较好 ，混凝 土抗压 强度越 高 ，抗 碳化 性 能越 好 。水胶 比是 影响混凝 土抗 冻性 能的 主要 因素 ，粉煤 灰对 混凝 土 抗 冻性 能具有 不 良影 响。 关键 词 ：混凝 土 ；碳 化 ；抗冻性 能 ；回 归 中图 分类 号 ：TU5 28 5 文 献标 识 码 ：A Abs t r a c t ：Ca r bo ni z a t i o n a n d f r os t r e s i s t a n c e p e r f o r m a n c e o f c o nc r e t e wi t h di f f e r e nt wa t e r b i n de r r a t i o a n d fly a s h c o nt e nt wa s s t u di e d Re s ul t s s ho w t h a t t h e c a r bo ni z a t i o n de pt h o f c o nc r e t e i nc r e a s e d wi t h i nc r e me nt o f wa t e r - b i n d e r r a t i o a n d f l y a s h c o nt e nt Th e f i t t i ng c or r e l a t i o n c oe f f i c i e nt s o f c o n c r e t e c a r bo ni z a t i o n d e pt h wi t h a ge we r e h i g h t h a n O 9 5 b y r e gr e s s i o n e q u a t i o n D K t ” Th e r e l a t i on s h i p o f c on c r e t e c a r b on i z a t i o n de p t h wi t h fly as h c o nt e n t a nd wa t er bi n d e r r a t i o wa s d e s c r i be d we l l by bi n a r y l i n e a r r e g r e s s i o n e q ua t i o n Hi gh e r c o nc r e t e c o mpr e s s i v e s t r e ng t h，b e t t e r c o nc r e t e c a r bo n i z a t i on r e s i s t a n c e The wa t e r - b i n de r r a t i o wa s t he p r i ma r y f a c t o r i nflue nc i ng fro s t r e s i s t a nc e o f c o n c r e t e ，whi l e fly a s h i n c o nc r e t e wa s ba d f or c o nc r e t e f r o s t r e s i s t a n c e Ke y wor ds ：c o n c r e t e c a r bo ni z a t i o n f r os t r e s i s t a nc e r e g r e s s i o n 0概 述 混凝土在使用过程中，空气中二氧化碳 ( C O ) 不断 向混凝土内部的孔隙和毛细管中渗透，与水泥水化过程中 产生的氢氧化钙 ( C a ( O H ) z ) 发生化学反应，生成碳酸钙 ( C a C O )的作用称为混凝土碳化。混凝土碳化不仅会加 大不可逆收缩川 ，导致混凝土开裂，同时会导致孔隙中液 相的p H值降低，当混凝土碳化厚度达到钢筋表面时，就要 破坏在高碱环境中钢筋表面产生的钝化膜保护层，使钢筋 粉煤灰可改善混凝土的某些性能，如降低水化热、提 高耐硫酸盐侵蚀能力、抑制碱一 集料反应等等，但粉煤灰 掺量的增加对混凝土的抗碳化性能和抗冻融能力却有不良 影响 ，且粉煤灰对混凝土碳化性能影响尚具争议 。 。本 文主要探讨了粉煤灰掺量、水胶比对混凝土碳化及抗冻性 能的影响，这对进一步弄清粉煤灰混凝土的碳化机理及抗 冻性能影响规律具有一定的理论意义。 1原材料及试验方法 产生锈蚀 。 1 1原材料 混凝土受到外界环境不断变化的温度和湿度反复作用 时，混凝土表面会开裂和剥落并逐步深入到内部而导致混 凝土的整体瓦解，并最终丧失其性能，混凝土抵抗这种冻 融破坏的能力称之为抗冻性 ，抗冻性是评价混凝土耐久 性的一个重要参数。 水泥： 水泥为华新水泥股份有限公司生产的4 2 5中热硅 酸盐水泥，其品质检验结果见表 1 ，检验结果表明，其品 质满足国标 中热硅酸盐水泥，低热硅酸盐水泥， 低热矿 渣酸盐水泥 ( G B 2 0 0 2 0 0 3) 中热水泥的相关要求。 表 1 水泥品质检验结果 2 2 0 1 0 粉 煤灰 l 1 粉煤灰： 粉煤灰为重庆珞璜电厂生产的I 级粉煤灰。其 品质指标见表 2 。检验结果表明，珞璜电厂 I级粉煤灰 的品质满足 用于水泥和混凝土中粉煤灰( G B 1 5 9 6 9 1 ) I级粉煤灰的要求。 表 2 水泥品质检验结果 集料：粗集料和细集料均为花岗岩人工集料。试验混 凝土采用三级配， 级配比例为大石： 中石外 石=5 0 ： 2 0 ： 3 0 。 外加剂：采用浙江龙游外加剂厂生产的z B l A缓凝 高效减水剂，掺量为胶凝材料重量的0 7 0 ，引气剂采用 青岛科力建材有限公司生产的 P c 一 2 ，引气剂掺量以使混 凝土含气量达到 3 5 0 一 4 5 0 为准。检验结果表明，外 加剂均满足国标 混凝土外加剂G B 8 0 7 6 1 9 9 7 一等品 的技术要求。其中z B一 1 A的减水率为2 2 。 1 2 试 验方 法 按照 水工混凝土实验规程 ( D L T 5 1 5 0 2 0 0 1 ) 规 范进行试验， 抗压强度试件尺寸为1 5 0 ra m 1 5 0 m m X 1 5 0 m m 。 快速碳化试验试件 ( 1 0 0 m1 0 0 m x 4 0 0 m) 在标准养护 条件下养护至规定龄期，在 ( 6 0 2 )烘干，放人温 度为 ( 2 0 5 )，湿度 ( 7 0 5 O 0 ) ，二氧化碳 ( C O z ) 浓度为 ( 2 0 3 O 0) 的标准碳化箱内，测定 3 d 、7 d 、 1 4 d 、2 8 d的碳化深度。抗冻性试验采用 1 0 0 m x 1 0 0 m x 4 0 0 m棱柱体试件，标准养护至试验龄期前 4 d ，取出 试件浸泡于 ( 2 0 3)q C水中，至试验龄期放人冻融试 验机试件箱中进行试验。每 5 0次冻融循环测定一次相对 动弹性模量及质量损失率，当冻融至预定的循环次数或相 对动弹性模量下降至初始值的6 0 或质量损失率达 5 0 0 时试验结束。 2混凝土-眭能试验结果及分析 2 1抗压强度 图 1 及图2 分别为混凝土抗压强度与水胶比、粉煤灰 掺量的关系曲线。试验结果表明，混凝土抗压强度与水胶 比、粉煤灰掺量均大致呈线性关系。水胶比较高时，强度 曲线斜率相对较大，且随着龄期的增长越来越陡，即随着 水胶比的降低，龄期的增长，强度增长率增大， 这是因为 在早龄期时，粉煤灰的掺量对抗压强度的影响是主要因素， 后期则水胶比是主要影响因素。从不同粉煤灰掺量的试验 】 2 D LASH 2 2 01 0 结果来看，随着粉煤灰掺量的增加，强度曲线的斜率增大。 也就是说，在粉煤灰掺量较大的情况下，水胶比对强度的 影响更为显著，这是由于此时胶凝材料中水泥用量随水胶 比的变化差别较大的缘故。 水胶比 图 1 抗压强度与胶水比关系曲线 F ( C + F ) = 3 0 粉煤灰掺量 图 2 抗压强度与粉煤灰掺量关系曲线 。w( C + F)= O 4 0 2 2碳化性能 混凝土的碳化深度与碳化龄期的关系可用幂函数关系 式表示：D = K t 。混凝土碳化试验成果及经时方程回归 参数见表 3 ，混凝土碳化深度与粉煤灰掺量 ( x 。 ) 及水胶 比 ( X z ) 的回归方程见表 4 。 表 3 混凝土碳化试验成果及经时方程回归参数 水 粉煤灰 不同碳化历时的碳化深度 咖 参数 相关 系数 胶比 掺量 3 d 7 d 1 4 d 2 8 d K b r 表 4 混凝土碳化深度与粉煤灰掺量及水胶比的回归方程 黔 鳃 眇 9 9 9 9 9 9 9 9 9 0 O O 0 O O 0 O O 8 5 l l 6 4 l n v 8 6 1 6 1 8 9 6 7 7 l 2 2 3 2 2 2 2 3 O 0 0 0 l 0 0 O O 8 8 2 8 1 l O l 5 O 1 2 O 8 9 7 l 6 l O 6 2 O l 4 l 5 7 7 7 7 O 6 7 8 8 ， 4 2 4 9 9 4 0 H 加 加 l 7 1 O I 9 7 9 l 0 f = i H 。 5 8 7 9 ；)l 5 0懿 0 加 如 0 如 如 由表 3可知 ，水胶比为 O 4 0时 ，基准混凝土具有良 好的抗碳化性能；随着粉煤灰掺量的增加和水胶比的增大， 混凝土碳化深度逐渐增加；混凝土碳化深度随龄期增加而 增加，碳化深度与龄期的回归方程相关系数好，均在0 9 5 以上。 由碳化深度与龄期的回归方程参数可以看出，反映混 凝土早期碳化性能的K值基准混凝土远小于粉煤灰混凝土， 即基准混凝土的早期抗碳化性能明显高于粉煤灰混凝土的 抗碳化性能，这是因为粉煤灰早期的水化惰性，粉煤灰的 微集料效应对混凝土的致密性影响甚微，以致粉煤灰混凝 土早期碳化性能降低。当水胶比相同时，掺粉煤灰混凝土 的K值基本随粉煤灰掺量的增加而增大。这是因为粉煤灰 取代水泥使得水化生成的氢氧化钙 ( C a ( O H ) ) 总量减少以 及粉煤灰的二次水化消耗部分氢氧化钙 ( C a ( O H ) )，以致 混凝土内部有效碱量 ( 即氢氧化钙 ( C a ( O H ) z ) 浓度 )降 低” ，致使混凝土的抗碳化能力下降。b 值随粉煤灰掺量 大体呈递增趋势，且均在 0 1 0 4 之间，小于通常认为的 0 5 。这也说明混凝土碳化深度随着粉煤灰掺量增加而 增大。 由表 4可知， 碳化深度与粉煤灰掺量及水胶比二元线 性回归较好，相关系数均在 0 9 7以上。随着龄期的增长， 回归参数 a 逐渐减小。b 、c 逐渐增大，且 c b值越来越 大。可见，混凝土碳化早期，粉煤灰掺量对碳化深度起着 主要的作用，而后期水胶比成为主要影响因素，这与粉煤 灰、 水胶比对混凝土抗压强度的影响规律一致，证明混凝 土碳化深度与抗压强度存在着良好的线性关系 。 2 3抗冻性能 混凝土抗冻试验结果见表 5 ，以混凝土冻融前动弹性 模量为 1 0 0 。由表 5可见，随着粉煤灰掺量的增加和水 胶比的增大，混凝土抗冻性能明显降低。随着龄期的增长， 抗冻性能明显提高。水胶比在 0 5 0以内，粉煤灰掺量不 超过 3 5 时，其相对动弹性模量较高，质量损失率较小， 混凝土具有良好的抗冻性能；即使粉煤灰掺量高达 5 0 ， 9 0 d冻融循环次数仍达 2 5 0 ，但其相对动弹性模量下降， 质量损失率增大。当粉煤灰掺量为 5 0 ，水胶比由0 5 0 升至 0 5 5 ，混凝土抗冻性能显著下降。这说明粉煤灰掺 量的增加对混凝土抗冻性能具有不良影响，但水胶比是影 响混凝土抗冻性能的主要因素。 表 5 混凝土抗冻试验结果 3 结 论 ( 1 ) 混凝土水化早期，粉煤灰的掺量对抗压强度的 影响是主要因素，后期则水胶比是主要影响因素；在粉 煤灰掺量较大的情况下，水胶比对强度的影响更为显著。 ( 2) 随着粉煤灰掺量的提高和水胶比的增大，碳化 深度逐渐增加。混凝土碳化深度随龄期增加而增加，按经 时方程回归，相关系数好。粉煤灰降低混凝土早期抗碳化 性能。碳化深度与粉煤灰掺量及水胶比二元线性回归较好， 混凝土碳化深度与抗压强度存在着良好的线性关系。 ( 3 ) 水胶比是影响混凝土抗冻性能的主要因素；粉煤 灰对混凝土抗冻性能具有不良影响，随着粉煤灰掺量的增 加抗冻性能降低。 参考文献 1 杨华全 ，李文伟水工混凝土研究与应用 M】 北京：中国水利水电 出版社，2 0 0 5 ：1 7 8 1 7 9 & 2 0 1 - 2 0 2 2 杜晋军，金祖权，蒋金洋粉煤灰混凝土的碳化研究 J 粉煤灰， 2 0 0 5 ( 6)：9 1 1 【 3 】王培铭 ，朱艳芳，计亦奇等掺粉煤灰和矿渣粉大流动度混凝土的 碳化性能建筑材料学报，2 0 0 1 ，4( 4 )：3 0 5 - 3 1 0 4 C e n g i z D u r a n A t i s A c c e l e r a t e d c a r b o n a t i o n a n d t e s t i n g o f c o n c r e t e ma d e w i t h fl y a s h J C o n s l r u c t i o n a n d B u i l d i n g Ma t e r i a ls ，2 0 0 3 ：1 4 7 - 1 5 2 5 L i n h u a J i a n g ， B a o y u L i n ， Y u e b o C a i A mo d e l f o r p r e d i c t in g c a r b o n a t i o n o f h i g h - v o l u me fl y a s h c o n c r e t e M C e me n t a n d C o n c r e t e R e a s e r c h ， 2 0 0 0： 6 9 9 7 0 2 6 许辉，谢友均，龙广成等引气粉煤灰混凝土抗冻融耐久性的研究 J 粉煤灰，2 0 0 4( 6 )：3 - 5 作者简介： 杨华美，女 ( 1 9 8 6 一 )，湖北潜江人，长江科学院在读硕士 研究生；通讯地址：武汉市黄浦大街 2 6 9 号长江科学院，邮编： 4 3 0 0 1 0 ， E ma i l ：y a n g h u a me i l 9 8 6 0 2 2 5 l 6 3 c o m 收稿日期： 2 0 0 9年 l O月 2 2日 2 2 0 1 0 粉煤灰 1 3