水泥细度对混凝土劣化性能的影响.pdf

第 1 3卷第 4期 2 0 1 0年 8月 建筑材料学报 J OURNAL OF BUI L DI NG MATE RI ALS V0 1 1 3，No 4 Aug ： 。 2 0 1 0 文 章编 号 ： 1 0 0 7 9 6 2 9 ( 2 0 1 0 ) 0 4 0 5 2 0 0 4 水泥细度对 混凝土劣化性能的影响 赵 晖 。 ， 吴晓明 。 ， 高 波 。 ， 刘冠 国 ( 1 _ 江苏省 交通科学 研究 院 ，江苏 南 京 2 1 1 1 1 2 ； 2 长大 桥梁健 康检测 与诊断技 术交通行 业重 点实验 室 ，江苏 南京 2 1 1 1 1 2 ) 摘 要 ：研 究 了水泥细度 对混凝 土初始坍 落度 、 抗 压 强度 、 碳化性 能 、 氯 离子扩散 性 能 、 干湿循 环损 伤 的影响 结 果表 明： 水泥细度提 高， 混 凝 土初 始坍 落度 降低 ， 抗 压 强度 增 大； 碳 化 时 间相 同时 ， 随 着 水 泥细度 的增加 ， 混凝土碳化 深度 不断减 小 ； 水泥 细度 对混凝 土氯 离子 扩散 系数 影 响不 大 ； 水泥 细 度 的提 高加剧 了混凝 土干 湿循 环损伤 的程度 关键词 ： 水 泥细度 ；混凝 土 ；劣化性 能 中图分类 号 ： TU5 2 8 0 文献标 志码 ： A d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 7 9 6 2 9 2 0 1 0 0 4 0 2 1 I n f l u e n c e o f Ce me nt Fi ne ne s s o n t h e De t e r i o r a t e Be ha v i o r o f Co nc r e t e ZH AO H ui ， W 【 ，X i a o ru i n g ，GAO Bo ，L 【 ， Gu a n gu o 。 ( 1 J i a n g s u Tr a n s p o r t a t i o n Re s e a r c h I n s t i t u t e ，Na n j i n g 2 1 1 1 1 2，Ch i n a ； 2 Ke y La b or a t o r y o f La ge r - Sp a n Br i dg e He a l t h I ns pe c t ion Di a gn os i s Te c h no l ogy Mi n i s t r y o f Co mmun i c a t i on s， Na n j i n g 2 1 1 1 1 2，Ch i n a ) Ab s t r a c t ：Th e i n f l u e n c e o f c e me n t f i n e n e s s o n t h e i n i t i a l s l u mp，c o mp r e s s i v e s t r e n g t h，c a r b o n a t i o n d e p t h， d i f f u s i o n p e r f or ma n c e of c h l o r i de i o n a nd dr y we t c y c l e d ama ge o f c on c r e t e we r e s t u di e d The r e s u l t s s ho w t h a t wi t h t h e i n c r e a s e o f c e me n t f i n e n e s s 。t h e i n i t i a l s l u mp o f c o n c r e t e r e d u c e s wh i l e t h e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h o f c on c r e t e i nc r e a s e s Th e d e p t h o f c a r b o na t i o n r e d u c e s wi t h t h e i n c r e a s e o f c e me nt f i n e ne s s f o r t he s a me c a r bo n a t i o n pe r i o d The c e me n t f i n e n e s s ha s no i n f l u e nc e o n t he di f f u s i o n c o e f f i c i e nt o f c hl o r i d e i o n i n c o nc r e t e The d r y we t c y c l e d a ma ge o f c on c r e t e a g gr a v a t e s wi t h t h e i n c r e a s e o f c e me nt f i ne ne s s Ke y wo r d s ：c e m e nt f i ne ne s s；c o nc r e t e；d e t e r i o r a t e b e h a v i o r 我 国最近颁 布 的水 泥新标准 中提 高了水 泥 的粉 磨 细度 水 泥品质 变化对 混凝土性 能影 响很大 但建 明 、 肖军仓 等 1 研究认 为 ， 水 泥细度 提高 ， 水泥 比表 面积提高 ， 混凝土拌和物所需用水量增加， 高效减水 剂掺量 增加 周 立 霞 ， Ts i v i l i s 等 。 研 究 认 为 ， 水 泥 细度大 小决定 了混凝土 强度 的高低 ， 水 泥细度 大 ， 混 凝 土早期 强度 高 ； 水 泥 细度 小 ， 混 凝 土后 期 强度 大 周 世华 、 蔡安 兰 、 王 国杰等 研 究认 为 ， 随着水 泥细 度 的增 加 ， 混凝 土弹 性模 量 和线 膨 胀 系数 呈 增长 趋 势 ， 混 凝土干燥 收缩增 大且表 面裂缝增 多 由于 目前 国 内外关 于水泥 细度对 混凝 土影响 的研究主 要集 中 在水 泥细度 对混凝 土工作 性能 、 力学性 能 、 收缩 性能 影 响的研究 上 ， 而水 泥 细度 对 混 凝 土劣 化性 能影 响 的研究 虽有 一些报 道 ， 但还 不全 面 ， 故本文 开展 了水 泥细度对混凝土碳化 、 氯离子侵蚀、 干湿循环损伤影 响 的研 究 1 试验 1 1原材 料 水 泥为 中国水 泥厂普 硅水 泥 ， 其化 学组 成 见 1 ； 收稿 日期 ： 2 0 0 9 0 4 0 2 ；修订 日期 ： 2 0 0 9 0 7 0 9 基金项 目： 西部交通建设科技项 目( 2 0 0 6 Z B 0 1 - 2 ) 第一作者 ： 赵晖( 1 9 7 O ) ， 男 ， 江苏扬州人， 江苏省交通科学研究院工程 师， 东南大学在站博 士后 主要从事新型建筑材料与桥梁结构混 凝土耐久性的研究 E - ma i l ： n j z h a o h u i 1 6 3 c o rn 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 4期 赵晖 ， 等 ： 水泥 细度对混凝 土劣化性能的影 响 粉煤 灰为 扬州 华雄 级 粉煤 灰 ， 其 物 理 性 能见 表 2 ； 粗骨 料为 安徽 和 县 5 2 5 mm 连 续 级 配 碎 石 ； 细骨 料 细度模 数为 2 4 6 ； 减 水 剂 为江 苏 建 筑科 学 研 究 院 P C A 聚羧 酸减 水剂 ； 拌和 用水 为 自来水 表 1 水 泥的化学组成 T a b l e 1 C h e mi c a l c o mp o s i t i o n s ( b y ma s s ) o f c e me n t 表 2 粉煤灰 ( ) 的物理性能 T a b l e 2 P h y s i c a l p r o p e r t i e s o f f l y a s h ( ) 将 水 泥 球 磨 0 ， 6 0 0 ， 1 5 0 0 S ， 得 到 细 度 分 别 为 1 4 9 5 8 ， 1 3 1 4 5 ， 1 2 0 7 6 m 的水 泥 1 2混 凝 土配合 比 混凝 土 配合 比见表 3 表 3混 凝 土 配 合 比 Ta b l e 3 M i x p r o po r t i o n s o f c o n c r e t e 1 3试件 制 备及养 护方 法 水泥、 粉煤灰 、 砂 、 碎石混合后搅拌 1 mi r L 减水剂 、 水混合后搅拌 3 m i r L 按 表 3配合 比制成 i 0 0 m m i 0 0 mm1 0 0 mm 混 凝 土 立 方 体 试 件 、 1 0 0 mm X 1 0 0 mm 3 0 0 mm 混 凝 土 棱 柱 体 试 件 和 1 0 0 5 0 mm混 凝 土 圆 形试 块 ， 并 于 2 4 h后 拆 模 将 混 凝 土 立方体 试件 标 准 养护 到规 定 龄 期 ， 然 后 进 行 混凝 土 抗压强 度测 试 将 混 凝 土 棱 柱体 试 件 标 准 养 护 至 2 6 d龄 期 ， 然 后在 6 0 下 烘 4 8 h ， 烘 完 后 留下 2个 相 对侧 面 ， 其 余表 面用 石腊 密封 ， 再进 行混 凝土 碳 化 性 能测试 将 混凝 土 圆形 试 块 放 人标 准养 护 室 内水 池 中养 护 ， 并 于试 验前 7 d时加 工 成标 准试 件 ， 再 在 水 中养 护到 试验 龄 期 ， 然 后 测 试 混凝 土氯 离 子 扩 散 性 能 将 混凝 土 立 方体 试 件 和 棱 柱 体 试 件标 准 养 护 2 8 d ， 然 后进行 干湿 循环 试验 1 4测试 混凝 土力 学 性 能 ： 按 照 GB T S 0 0 8 1 2 O O 2 普 通混 凝土力 学性 能试 验方 法 进 行测 试 混凝土 碳化 性 能 ： 按 GB J 8 2 8 5 普 通 混凝 土 长期 性能 和耐久 性 能试验 方法 进 行测试 混凝土氯离子扩散性能 ： 在试件两端施加 3 0 V 直流 电压 ， 记 录并 联 电压 、 串 联 电流 、 电解 液 初 始 和 最终温度 从橡胶筒 中移出试件并在压力试验机上 劈成 两半 ， 然 后 在 劈 开 表 面 上 喷 涂 0 1 mo l L 的 Ag NO。 溶液 测量 显 色 分 界线 离 试 件 底 面距 离 ， 取 平均 值 即为氯 离 子 扩 散 深 度 ( z ， m) ， 再 根 据 式 ( 1 ) 计算 混凝 土氯 离子 扩散 系数 ( D， m s - 1 ) D一2 8 7 2 x 1 0 - 6 二 五 t 式 中 ： T 为 阳极 电解 液 初 始 和 最 终 温 度 的平 均值 ， K； h为试件高度 ， m； n 一3 3 3 8 1 0 ； t 为通 电 时 间 ， s 干湿循环 ： 以淡水 中浸泡 1 2 h ， 8 0下烘 干 1 2 h ， 再 降温 至室 温 为 一个 循 环 测 试 0 ， 1 5 ， 3 0 ， 4 5 ， 6 0次 干 湿循环 后混 凝 土试 件 的抗 压 强 度 损 失 、 质量 损 失 和 相对 动弹性 模 量 ， 分 析 混 凝 土在 干湿 循 环 条件 下 的损伤 状况 2试 验 结果 与讨 论 2 1 水 泥 细 度 对 混 凝 土 工 作 性 能 与 抗 压 强 度 的 影 响 水泥 细度对混 凝土 工作性 能 的影 响见表 3 由表 3可见 ： 当水 泥未磨 时 ， 混凝 土 ( C 1 ) 初 始坍 落度 为 2 0 0 mm； 当水 泥球磨1 5 0 0 s 时 ， 混 凝土 ( C 3 ) 初始 坍落 度为 1 8 5 m m 水 泥 细度对 混凝 土抗 压 强 度 的 影 响 见 图 1 从 图 l可 以看 出 ： ( 1 ) 在 养 护 龄 期 相 同 条件 下 ， 随着 水 泥细度的增加 ， 混凝 土抗压强度逐渐增加 ( 2 ) 随着 养护龄期增加 ， 不 同水泥细度混凝土抗压强度逐渐 增加 ( 3 ) 水 泥细 度 大 ， 混 凝 土早 期 抗 压 强 度 增加 较 快 ， 后期 抗 压 强 度增 长 较 慢 ； 水 泥细 度 小 ， 混凝 土 早 期 抗压 强度增 长较 慢 ， 后期抗 压 强度增 长较 快 2 2水 泥细 度对 混凝 土碳 化深 度 的影响 水 泥细 度 对 混 凝 土碳 化 深 度 的影 响 如 图 2所 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 2 2 建筑材料学报 第 1 3卷 图 1 水 泥 细度 对 混凝 土 抗 压 强 度 的影 响 Fi g 1 I nf l ue nc e of c e me nt f i ne ne s s o n c o m p r e s s i ve s t r e ng t h o f c on c r e t e 示 由图 2可见 ： ( 1 ) 随着 碳化 时间 的增加 ， 不 同细 度 水泥混凝 土 的碳 化深度 逐渐增加 ( 2 ) 在 相 同碳 化 时 间条件 下 ， 随着水 泥细度 的增加 ， 混凝土 碳化深 度 不 断降低 例如 ， 在 7 d时 ， 未磨 水 泥混 凝 土 ( C 1 ) 碳 化 深度 达 2 1 3 mm， 球 磨 6 0 0 S 水 泥混 凝 土 ( C 2 ) 碳 化 深度 为 1 5 4 mm， 而球磨 1 5 0 0 S 水 泥 混凝 土 ( C 3 ) 碳化深 度为 0 2 0 mm 5 复 3 z 耋 0 5 1 0 l 5 2 O 2 5 3O Ca r b o n a t i o n t i me d 图 2 水 泥 细度 对 混凝 土碳 化 深 度 的影 响 Fi g 2 I nf l ue n c e of c e me n t f i ne n e s s On c a r b o na t i o n d e pt h o f c o n c r e t e 2 3水泥细 度对混 凝土氯 离子扩散 性能 的影响 水泥细 度对混 凝土氯 离子扩 散系数 的影 响如 图 3所示 由图 3可 见 ： 水 泥 细 度 提 高 后 ， 混 凝 土 氯离 子 扩 散 系 数 并 没 有 明 显 的改 变 ， 基 本 保 持 在 5 1 0 。 m s 左右 2 4 水 泥细度 对混凝 土干湿循 环损伤 的影响 2 4 1 抗 压强度损 失 水泥细 度 对 混 凝 土 抗 压 强 度 损 失 的 影 响 见 图 4 由图 4可以看出： ( 1 ) 随着水泥细度的提高， 混凝 土受 干湿 循 环 破 坏 而 导 致 的 抗 压 强 度 损 失 增 加 ( 2 ) 随着 干湿循 环次数 的增加 ， 不 同细度水泥 混凝 土 抗 压强度 均呈先增 加 而后 降低 的趋势 这 是 因为 ， 在 干 湿循环初 始 阶段 ， 随着 龄期 的增 加 ， 混凝 土水 化产 物越 来越 多并填充 在其孔 隙 中 ， 混 凝土越来 越 致密 ， 其抗压强度呈上升趋势； 当干湿循环次数超过 3 0以 后 ， 混凝 土受 到温 度 应力 和 湿 胀干 缩 因素 影 响越 来 越明显 ， 其表 面开始 出现裂纹 ， 混凝 土抗压强 度逐 渐 减 弱 0 l 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 Nu m b e r o f d r y we t c y c l e 图 4 水泥细度对混凝土抗压强度损失的影响 Fi g 4 I nf l ue nc e of c e me n t f i ne n e s s o n c omp r e s s ive s t r e n gt h l o s s o f c o nc r e t e 2 4 2 相对 动弹性模 量 水泥 细度对 混凝土 相对动 弹性模量 的影 响见 图 5 从 图 5可见 ： ( 1 ) 不 同细度水 泥混凝土 相对 动弹性 模量 在于湿 循环 初 期呈 上 升趋 势 ， 这 是 因为 在 干湿 循环初 期 ， 未 完全水 化 的水 泥继续 水化 ， 水 化产 物继 续增加并填充在混凝土孔隙中， 从而使得混凝 土更 加密实 ， 其相对动弹性模量也就提高 ； 随着干湿循环 次数 的增 加 ， 混 凝 土 相对 动 弹 性 模 量 呈 下 降趋 势 ( 2 ) 未磨水泥混凝土( C 1 ) 动弹性模量的损伤程度最 小； 随着水泥细度的提高 ， 混凝土动弹性模量损伤程 度增加 嚣 0 0 1 1 5 1 1 O 1 0 5 1 O 0 O 9 5 0 9 0 0 8 5 加 =8 ：会 鲁 甍嗣 占 l s s 兰 吕0 u 加 I Q I 1 0u 0 I 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 4 期 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m