矿物掺合料和养护方式对轻骨料混凝土吸水性的影响.pdf

2 0 1 4 年 第 4 期 (总 第 2 9 4 期 ) N u mb e r 4 i n 2 0 1 4 ( T o t a l No 2 9 4 ) 混 凝 土 Con c r e t e 实用技术 P RACT I CAL TECHN0L OGY d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 4 0 4 0 4 2 矿物掺合料和养护方式对轻骨料混凝土吸水性的影响 柴苗，朱国飞 ，徐思印 ( 深圳大学 土木工程学院 深圳市土木工程耐久性重点实验室，广东 深圳 5 1 8 0 6 0 ) 摘要： 混凝土吸水性与耐久性之间有着密切 的关系 ， 混凝土要获得高耐久性的其 中一个关键就是防止有害离子通过水溶液 进入混凝土 。 因此研究水进入混凝土表面的速率成为研究混凝土耐久性的一种重要方法。 利用吸水试验测得轻骨料混凝土( 水胶 比0 4 4 ) 在不同矿物掺合料和养护方式下的吸水率变化 ， 然后通过数据分析得 出其吸水率变化曲线。 比较这些 曲线之间的变化 ， 可发现： 轻骨料混凝土在蒸汽养护前期其吸水率小于标准养护条件下的吸水率 ， 但蒸汽养护后期两者的变化基本相 同。 蒸汽 养护条件下 ， 掺入粉煤灰 ， 不利于轻骨料混凝土吸水率的降低。 蒸汽养护条件下 ， 硅粉的掺人降低了混凝土的表面吸水率， 对轻 骨料混凝土的耐久性是有利的。 关键词： 轻骨料混凝土；吸水性 ；矿物掺合料；耐久性 中图分类号： T U5 2 8 0 1 文献标志码 ： A 文章编号： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 l 4 ) O 4 0 l 5 2 一 O 3 E ffe c t o f mi n e r a l a d mix t u r e s a n d c u r i n g c o n d i t i o n s on t h e wa t e r a b s or p t i on o f l i g h t we i g h t a g g r e g a t e c o n c r e t e CHAIM i a o， ZHU Gu o f e i ， XUSiyi n ( S h e r t z h e nKe yL a b o nDu r a b i l i t yo f Ci v i l E n g i n e e r i n g ， De p a r t me n t o f Ci v i l E n g i n e e r i n g， S h e n z h e nUn i v e r s i t y， S h e n z h e n 5 1 8 0 6 0 ， C h i n a ) A b s t r a c t ： T h e r e i s a c l o s e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n w a t e r a b s o r p t i o n a n d d ura b i l i ty o f c o n c r e t e O n e o f t h e k e y f a c t o r s t o o b t a i n h i gh d ura b i l i ty c o n c r e t e i s t o p r e v e n t h a r mf u l i o n s t h r o u g h a q u e o u s s o l u t i o n i n t o t h e c o n c r e t e S o s t u d y i n g t h e r a t e o f wa t e r i n t o c o n c r e t e s u r f a c e b e c a me a n i mp o r t a n t me t h o d t o i n v e s t i g a t e the d u r a b i l i ty o f c o n c r e t e Ba s e d o n the wa t e r a b s o r p t i o n t e s t ， the v a r i a t i o n o f wa t e r a b s o rpt i o n o f l i g h t we i ght a g g r e g a t e c o n c r e t e ( w a t e r b i n d e r r a t i o i s 0 4 4 ) w h i c h mi x e d d i ff e r e n t m i n e r a l a d m i x t u r e and w e r e u n d e r d i ff e r e n t c u r i n g c o n d i t i on s we r e s t u di e dTh e n t h r o u g h d a t a a na l y z i ng， t h e wa t e r a bs o r p t i o n c u r v e s we r e o b t a i ne d An d c o mp a r i n g t h e s e c u r v e s ， we fin d tha t i n e a r l y c u r i n g a g e ， th e w a t e r a b s o rpt i o n o f l i ght w e i g h t a g g r e g a t e c o n c r e t e u n d e r s t e a mc u r i n g i s s m a l l e r t h an t h e o n e und e r s t a n d ard c uri n g ， b u t a S p e r i o d o f c u r i n g i n c r e a s e s ， b o t h t h e c h a n g e s o f w a t e r a b s o r p t i o n o f l i g h twe i ght a g g r e g a t e c o n c r e t e u n d e r t w o c u i n g c o n d i t i o n s a r e n e a r l y t h e s a m e ； und er t h e two c u r i n g c o n d i t i o n s ， m i x i n g fl y a s h i s b a d f o r l i ghtwe i g h t a g gre g a t e c o n c r e t e to r e d u c e i t s w a t e r a b s o rpt i o n ， mi x m g s i l i c a f u m e c an r e d u c e w a t e r a b s o rpt i o n o f c o n c r e t e s u r f a c e S O t h a t i t c a n h e l p t o i m p r o v e the d u r a b i l i ty o f l i ghtwe i ght a g gre g a t e c o n c r e t e K e y wo r d s ： l i ghtwe i g h t c o n c r e t e ； w a t e r a b s o rpt i o n ； m i n e r a l a d mi x t u r e ； p e r m e a b i l i ty 0 引 言 轻骨料混凝土以其轻质、 高强、 多功能的特点在建筑 工程中的应用 已有很多年的历史 ， 并且由于其可 以降低 工 程造价， 延缓结构失效， 采用的材料又相对绿色环保， 因此 在大跨径结 构 、 高层建筑 、 软土地基 以及多震地 区的应用 有着普通混凝土所不能及 的优势 1_ 3 。 也正是 因为这样 ， 近 年来学者们也越来越注重轻骨料混凝土性能的研究 。 本研究 中所提到的表面吸水率是指轻骨料混凝 土试 块在低压条件下其表面吸收水分的速率。 据研究， 近几十年 来混凝土结构由于耐久性导致 的结构提前失效时常发生 ， 因此混凝土耐久性的研究就显得愈发的迫切。 而吸水性作 为表征混凝土结构耐久性的依据已早被学者们认可， 如在 文献 6 7 伸 就曾利用吸水性研究了轻骨料混凝土耐久性 问题。 然而， 尽管学者们对影响轻骨料混凝土耐久性的因素 的研究 已经很多( 如吸水性 ， 渗透率 ) ， 但对表征轻骨料 混 凝土耐久性( 如吸水性 ) 的影 响因素 的研究确是有 限。 本试验从矿物掺合料和养护方式两个方面着手 ， 通过 大量试验 ， 研究了不 同矿物掺合料和养护方式如何影响轻 骨料混凝土的吸水性进而影响其耐久性； 以便为轻骨料混 凝土未来更好地应用于建筑工程提供参考。 1 试 验 方 法 1 1 试验材料 ( 1 ) 水泥： 本试验所使用的水泥为小野田P O 4 2 5 级， 2 8 d 抗压强度为 5 8 MP a 。 ( 2 ) 骨料 ： 本试验所使用的骨料及其性能 ， 如表 1 所示。 ( 3 ) 矿物掺合料 ： 广东生产的 I 级粉煤灰和普通硅灰 。 ( 4 ) 水 ： 普通 自来水 。 收稿 日期：2 0 1 3 1 0 - 0 2 基金项 目：国家9 7 3 项 目( 2 0 1 1 C B 0 1 3 6 0 4 ) ； 广东省 自然科学基金项目( 9 3 5 1 8 0 6 0 0 1 0 0 0 0 0 1 ) 1 52 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 1 骨料性能 1 2混凝 土 配合 比 本试验所使用的混凝土配合比， 如表 2 所示。 表 2 混凝土配合比 k g m 注 ： 水胶 比 0 4 4。 1 3 养护方式 本试验采用两种养护方式 ， 如下所示 ： ( 1 ) 标准养护 ： 拆模后 ， 将样 品放入温度 为( 2 0 2 ) ， 相对湿度为 9 5 以上的养护室 中养护 2 8 d 。 ( 2 ) 蒸汽养护： 拆模后 ， 将样品放入温度为 9 8 ， 相对 湿度为 9 5 的蒸汽养护箱中养护 3 d ， 然后在标准养护条件 下养护至 2 8 d 。 1 4 表 面吸水性 该试验测试方法 ( 试验仪器示 意图如 图 1 所示 ) 测量 了混凝土表面的吸水速率 ， 不应被认为是一种测量单位体 积混凝土渗透能力的试验， 因为混凝土表面性能的测试与 其他许多具体的性能标准有关， 如埋置钢筋的耐久性 ， 抗冻 性和风化作用等等。 图 1 吸水性试验装置示意图 该试验共用 1 0 8 个试块 ， 分 4组 ： 第一 、 二组均 为标准 轻骨料混凝土试块 ， 第三组中加入 5 硅灰 ， 第 四组中加入 1 0 的粉煤灰 ， 测试的养护龄期和每组所需试块个数如表3 所示 的试验方案。 表 3 试验方案 表面吸水性试验测量 了在相对压力较低 的水头下混 凝土表面的吸水速率。 混凝土表面吸水性能是由其表面毛 细孔所引起， 表面毛细孔的条件取决于混凝土水灰比， 矿物 掺合料种类和养护方式等。 该试验方法 自 1 9 7 0开始在英 国应用( B S 1 8 8 1 ) 。 在该方法中， 混凝土表面用一圆盖密封。 圆盖与距混凝土表面 2 0 0 I I l T I 高的储水器连接， 同时还连 接着一个与储水器在同一水平高度的水平毛细管 。 从试验 测试开始 ， 在指定时间间隔( 1 0 、 3 0 、 6 0 mi n ) ， 关 闭储水器下 面 的阀门 ， 就可 以通过水被 吸收到混凝土再运输到毛细管 的速率得到轻骨料混凝土的表面吸水率。 2 试 验结果与讨论 2 1 不同养护方式对轻骨料混凝土表面吸水率的 影响 L l 为标准轻骨料混凝土试块， 粉煤灰和硅灰掺量均为 0 。 图 2 显示 的是样 品 L 1 在蒸汽养护条件下不同天数后 ， 样 品表面吸水率的变化 曲线 。 图 3显示的是样 品 L l 在标准 养护条件不同天数后， 样品表面吸水率的变化曲线。 从图 2 中可知， 养护时间越长， 混凝土表面吸水率越低， 且混凝土 早期表面 吸水性下降速度 比后期下 降速度快 。 比较 图 2 、 3 可知 ， 试验 1 0 mi n时 ， 蒸汽养护 3 d 时 ， 样品表 面吸水率为 0 3 6 9 mL mZ s 比标准养护 的小 0 1 1 7 m L mZ s ； 3 0 m i n时 ， 两者 的差值为 0 0 1 4 mL m 2 s ； 试验 6 0 mi n时 ， 两者的差值 为 0 0 3 2 mL m 2 s ； 对 比 7 d 与 2 8 d的样 品可知 ， 蒸 汽养护 3 d 后再采用标准养护的混凝土前期的表面吸水率下降较 快 ， 而后期的变化与标准养 护的混凝土相类似 ， 数值相近 ； 这是 由于蒸 汽养 护初期混凝 土 中水泥水化 速度 比标 准养 护条件下快 ， 其水化产物较 快地填充了混凝土表面和 内部 墨 褂 -话 旧 懈 0 1 +养护1 d 的样品 +养护2 d 的样品 +养护3 d 的样品 +养护7 d 的样 品 *一 养护2 8 d 的样品 1 0 2 0 3 O 4 O 5 O 6 0 时间 mi n 图 2 1 1 在蒸汽养护 3 d后在标准养护条件下表面吸水率的变化 宙 g g 褂 暄 懈 时 间 mi n 图 3 L 1 在标准养护下表面吸水率的变化 l 53 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 的孔隙， 进而导致混凝土表面吸水率降低较快 。 而在蒸汽养 护后期 ， 随着养护时间的延长两种养护方式下混凝土 中水 泥水化程度大致相同 ， 故其对混凝土表面及 内部孔隙的填 充程度差别也越来越小8 。 因此， 蒸汽养护对于提高混凝土 早期的耐久性是有利的， 但是在后期， 两种养护条件下样 品的表面吸水率是相近的。 不 同养护方式对掺不同矿物掺合料 ( 硅灰 、 粉煤灰 ) 即 L 2 、 L 3 、 I A、 L 5 、 L 6 的混凝土表面吸水率 的影响变化规律大 致与图 2 相同。 2 2 粉煤灰对轻骨料混凝土表面吸水率的影响 L 3 为掺加 了 1 0 粉煤灰的轻骨料混凝土， 图 4 显示 的 是 L 3 在蒸汽养护 3 d 后再标准养护不同天数后 ， 样品表面 的变化吸水率的变化曲线。 比较图4 、 2 可知， 养护龄期为 7 d ， 试验开始 1 0 mi n时 ， L 3的表面吸水率为 0 4 0 5 m L mZ s 比 L 1 的 0 3 2 1 m L m2 s 大 0 0 8 4 m L m 2 s ； 试验 3 0 m i n 时 ， 两者 的差值为 0 0 4 8 m L m2 s 而试验 6 0 mi n时 ， 两者 的差值为 0 0 4 5 mL m 2 s 。 由以上分析可知 ， 掺入粉煤灰的混凝土样品 在各个龄期的表面吸水率均 比不掺粉煤灰的高 。 由于表面 吸水率高的混凝土其防水性能劣于表面吸水率低的混凝 土， 因此， 掺人粉煤灰不利于混凝土的防水性能。 相关研究也 表明， 混凝土的吸水率随着粉煤灰掺量的增加显著提高 。 吕 吕 褂 糖 懈 O 6 O 1 I U 20 jU 40 ，U OU 时间 mi n 图4 蒸汽养护条件下 L 3的表面吸水率 2 3 硅灰对轻骨料混凝土表面吸水率的影响 L 2为掺入 了 5 硅 粉 的轻 骨料混凝 土 。 图 5显示 的 是 ， L 2 在蒸汽养护条件下养护不 同天数后 ， 样 品表面吸水 率变化规律 。 养护龄期为 2 8 d ， 试验 1 0 mi n时 ， L 2的表面 吸水率 为 0 2 4 5 m L m R s 比图 2中 L 1 的 0 2 5 1 m L m2 s 小 0 0 5 mL m s ； 试验 3 0 ra i n 时 ， 两者 的差值 为 0 0 1 2 m L m 2 s ， 而试验 6 0 rai n 时两者的差值为 0 0 1 4 mL m 2 s 。 图 4 、 5 分别 与 图 2的 比较结果可知 ， 在蒸汽养护作用下 ， 轻骨料混凝 土 中掺入硅灰有利于降低其表面吸水率 ， 这对混凝土 的耐 久性是有利的， 而掺人粉煤灰则相反。 吕 g 瓣 喧 懈 O 1 1 0 2 0 3 0 4 O 5 O 6 0 f zq mi n 图 5 L 2在蒸汽养护 3 d后再标准养护条件下表面吸水率的变化 1 5 4 3结 论 通过对本试验研究分析可以得 出， 在蒸汽养护和在标 准养护条件下 ， 轻骨料混凝 土中分别掺入硅灰和粉煤灰后 其吸水性变化规律如下 ： ( 1 ) 不 同养护条件下 ， 轻骨料混凝 土表 面吸水 率变化 规律有一定的差异 。 具体来说 ， 轻骨料混凝土在蒸汽养护 前期 ， 其表面吸水率低于标准养护条件下 的轻骨料混凝土 的表面吸水率 ， 而在后期两者的吸水率变化大致相 同。 且 两种养护方式下 ， 轻骨料混凝土前期吸水率下降速率均大 于后期 。 ( 2 ) 相同养护条件下 ， 掺粉煤灰的轻骨料混凝土和 普通轻骨料混凝土相 比， 其表面吸水 率明显 的提升 ， 因此 粉 煤灰对轻骨料混凝 土耐久性是不利 的。 而在轻 骨料混 凝土中掺入硅粉后， 与普通轻骨料混凝土 ， 其表面吸水 率有显著地下降 ， 所以硅粉有利于轻骨料混凝土耐久性 的提高 参考文献： 1 】刘哲峰， 荪志力， 杨伟军 轻骨料混凝土与普通混凝土框架结构 的抗震性能分析【 J 1 建筑结构 ， 2 0 1 0 ， 4 0 ( 2 ) 2 2 2 4 【 2 雷光宇 ， 刘晓红 ， 王季青 轻骨料混凝土在大跨径梁结构中的应 用效益分析l J 1 C h i n e s e a n d O v e r s e a s A r c h i t e c t u r e ， 2 0 0 4 ( 5 ) ： 1 0 0 8 一 O 42 2 3 】翟希梅， 徐峰， 吴海多层轻骨料混凝土砌块结构的弹塑性地震 反应分析【 A 】 _新型砌体结构体系与墙体材料( 上册) 一工程应用 C 】 ， 2 0 1 0 【 4 】 A L D U A I J J ， A L S H A N L E H K， H A Q U E M， e t a 1 L i g h t w e i g h t c o n c r e t e i n h o t c o a s t a l a r e a s J C e m e n t a n d C o n c r e t e C o m p o s i t e s 。 1 9 9 9 ( 2 1 ) ： 4 3 5 -4 58 f 5 】AL E NG AR AM J ， e t a 1 U t i l i z a t i o n o f o i l p a l m k e r n e l s h e l l a s l i g h t w e i g h t a g g r e g a t e i n c o n c r e t e - A r e v i e w J C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g M a t e r i a l s ， 2 0 1 3 ( 3 8 ) ： 1 6 1 1 7 2 6 】Z HAN G Mi n h o n g Wa t e r a b s o r p t i o n ， p e r me a b i l i t y， a n d r e s i s t a n c e t o c h l o ri d e - i o n p e n e t r a t i o n o f l i g h t w e i g h t a g g r e g a t e c o n c r e t e J C o n s - t r u c t i o n a n d B u i l d i n g Ma t e r i a l s ， 2 0 1 1 ( 2 5 ) ： 3 3 5 3 4 3 7 】HE NK EN S I E F K EN R， e t a 1 Wa t e r a b s o r p t i o n i n i n t e r n a l l y c u r e d mo r t a r ma d e w i t h w a t e r fi l l e d l i g h t we i g h t a g g r e g a t e J C e me n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 0 9 ( 3 9 ) ： 8 8 3 8 9 2 8 】苏达根 土木工程材料 M E 京： 高等教育出版社， 2 0 0 8 【 9 1 程清波， 王武祥粉煤灰再生混凝土的物理力学性能研究 J 1 北 京 ， 2 0 1 0 ( 2 ) ： 4 6 作者简介 联系地址 联系电话 柴苗( 1 9 8 8 一 ) ， 女， 主要从事水泥基材料耐久性研究。 广东省深圳l 市南山区南海大道 3 6 8 8 号 深圳l 大学广 东省滨海土木工程 耐久性重点 实验 室 ( 深圳大学 ) ( 5 1 8 0 6 0 ) l 3 7 2 8 7 2 2 4l 6 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m