阻锈剂对海砂高性能混凝土的性能影响.pdf

第 4 2卷 第 l 5期 2 0 1 1年 8 月 人 民 长 江 Ya ng t z e Ri v e r Vo 1 42 No 1 5 Au g， 2 01 1 文章编号 ： 1 0 0 1 4 1 7 9 ( 2 0 1 1 ) 1 5 0 0 4 7一 O 3 阻锈剂对海砂高性能混凝土的性能影响 唐 修 生1 ,2 , 3 ， 黄 国 泓 2 ， 蔡 跃 波 ， 高 欣 欣 。 ( 1 南京水利科学研 究院 ， 江苏 南京 2 1 0 0 2 9 ； 2 南京 瑞迪 高新 技术公 司， 江苏 南京 2 1 0 0 2 4 ； 3 水 利部 水 工新材料工程研究 中心 ， 江 苏 南京 2 1 0 0 2 9 ) 摘要 ： 通过添加新 型醇胺 类钢 筋混凝土 阻锈 剂 HL C ， 研 究其 对海砂 高性 能混凝土性 能 的影响 ， 以探讨在 掺入 该类 阻锈 荆条件 下 ， 海砂代 替河砂在高性能混凝 土中大量应用的可行性 。对 比研 究了掺入 HL C阻锈 剂( 掺量 为胶凝材料 用量的 3 0 ) 前后的海砂 高性 能混凝 土的力学性能 、 抗裂性能和抗渗、 抗碳 化及抗氯 离子渗透等 耐久性 能。结果表 明 ， HL C阻锈 剂的加入 ， 降低 了混凝土的 弹性模 量 ， 增大 了极 限拉 伸值 ； 提 高 了混凝土 的抗 裂 系数 ； 减 少了碳化深度 ； 降低 了混凝 土 中氯 离子的扩散 系数 和电通量。 关 键 词 ： 阻锈 剂 ； 海砂 ；粉煤灰 ；高性能混凝土 中图法分 类号 ： T V 4 3 l 文献标志码 ： A 我国沿海地 区海砂 资源 丰富， 而河砂 资源相对短 缺 ， 因此 ， 合 理地 开 发利 用 海 砂 具 有 积 极 的现 实 意 义 。 迄今 ， 在 日本 、 荷兰等国家 以及 台湾地区进行了大量的 以海砂取代河砂 的试验研究和工程应用工作 ， 其中， 日 本全 国9 0 以上的沿海混凝土工程中已使用海砂 ； 在我国的宁波、 福建等沿海地区的建筑 中也 已大量地 使用了淡化海砂 。但从国内外的海砂混凝土应用情况 看 ， 已 出现 了不少 问题 。 由于 海砂 中含 有 氯 盐 和 硫 酸 盐 ， 其在影响混凝土力学性能的同时 ， 对钢筋混凝土的 耐久性影响也很大 ， 可能造成的影响主要包括碱金属 离子引起的碱骨料反应 、 氯离子造成 的钢筋腐蚀和混 凝土凝结时间及强度变化 、 硫酸盐侵蚀等。 目前 ， 合理利用海砂所 采取的主要技术措施包括 海砂的淡化处理 、 添加阻锈剂、 掺加矿物掺合料 等 。 国内一些学者在海砂对高性能混凝土的耐久性能影响 方面做了大量研 究 。 ， 而对采取技术措施后的海砂 高性能混凝土的性能评价还不够。本文针对醇胺类阻 锈剂 ， 展开其对海砂混凝土的力学性能、 抗裂性能和耐 久性的影响试验研究 ， 可为今后该类新型阻锈剂的实 际工程应用提供数据参考 。 1 原材料 1 1 水 泥 采 用 浙 江 舟 山 宇 锦 水 泥 有 限 公 司 生 产 的 P 0 4 2 5 水泥 ， 性 能满足 通用硅酸盐水泥( G B 1 7 5 2 0 0 7 ) 标准要求 ， 其化学组成见表 1 。 表 1 水泥的化学组成 A I 2 0 3 C a 0 F e 2 0 3 K 2 0 d g 0 N a 2 0 S i 0 2 S O 3 烧失量 C I 一 6 5 8 5 5 3 0 2 8 9 0 7 0 1 5 2 0 2 l 2 3 1 4 2 5 6 5 0 0 0 0 1 1 2 粉煤灰 采用舟山电厂生产的 级粉煤灰 ， 其化学组成见 表 2， 品质检测结果见表 3 。 试验结果表明， 粉煤灰 的主要技术 指标能够满足 国标 用 于水 泥和混凝土 中的粉煤灰( G B T 1 5 9 6 2 0 0 5 ) 中 F类 级粉煤灰指标要求。 表 2粉 煤 灰 的 化 学 组 成 K 2 0 M g 0 N a 2 0 S i 0 2 f C a 0 S O 3 烧失量C 1 一 1 0 1 1 0 4 0 3 4 5 0 0 6 0 0 9 0 3 4 2 9 8 0 0 0 2 收稿 日期 ： 2 0 1 1一 O l O 5 作者简介 ： 唐修生 ， 男， 高级 工程 师， 博士研 究生 ， 主要 从事混凝土耐 久性及其 外加 剂研 究。E m a i l ： x s t a n g n h r i c a 48 人 民 长 江 表 3粉煤灰 的主 要性 能 1 3阻锈剂 H L C新型钢 筋混凝 土阻锈 剂 ， 由含 醇胺 类衍 生 物、 无机物和表面活性剂等组成 。其主要性能指标满 足 钢筋混凝土阻锈剂( J T T 5 3 72 0 0 4 ) 的规定要 求 。 1 4 海 砂 淡 化海 砂产 自舟 山本地 ， 其 主要技 术参 数见 表 4 。 表 4淡化海砂 的主要技 术参数 由于贝壳 含量 大 于 5 ， 达 8 8 3 ， 根 据 海 砂 混 凝土应用技术规范( J G J 2 0 62 0 1 0 ) 和 普通混凝土 用砂、 石质量 及检验 方法标 准( J G J 5 22 0 0 6 ) 中对 C 3 5混凝土用砂的相关要求 ， 采取河砂与海砂对半掺， 使混合砂 中贝壳含量小 于 5 。海砂 与河砂 对半 掺 后 ， 混合砂的细度模数为 2 4 0 ， 级配区间处于 区 ， 满 足配制高性能混凝土对砂的技术要求。 2 试验方法与结果分析 2 1 配合 比 试验确定 了单掺 2 5 粉煤灰、 2 5 粉煤灰与 H L C 阻锈剂共掺 2组混凝土配合比进行混凝土力学性 能、 抗裂性能和耐久性能研究 ， 配合 比详见表 5 。 表 5混凝土配合比 k g m 2 2 力学性 能 试验方法依据 水工混凝土试验规程( S L 3 5 2 2 0 0 6 ) 进行， 混凝土的基本力学性能见表 6 。由表 6可 知 ： 两个配比混凝土的 2 8 d抗压强度均满足 C 3 5混 凝土配制强度的要求 ； 混凝土强度的提高， 主要原 因是阻锈剂中的胺类物质对水泥水化起到 的促 进作 用 ， 早期水化产物增多 ， 水泥石总孔 隙率降低 ， 孔结构 得到改善 ， 提高 了混凝土的密实度 ， 减少 了内部缺陷 ， 进而提高 了混凝土 的抗 压强度 ； H L C阻锈 剂的加 入 ， 有利于提高混凝土的抗变形能力 ， 具体表现为混凝 土的弹性模量降低 ， 极限拉伸值增大。 表 6混 凝 土 的 力 学 性 能 立方体抗压轴心抗压轴心抗拉抗压弹性抗拉弹性极限拉伸 强度 M P a 强度 MP a 强度 MP a 模量 G P a 模量 G P a值 1 0 F A 4 2 7 3 4 6 2 8 2 3 7 5 4 2 8 7 0 I F A 4 3 3 3 5 5 2 9 O 3 4 8 4 1 2 7 5 2 3 抗裂性能 一 般来说 ， 具有较高的抗拉强度 、 较大的极限拉伸 值 、 较低的弹性模量 、 较小的干燥收缩率、 较低 的绝热 温升值以及较小的温度变形系数和 自生体积变形的混 凝土， 其抗裂性能较好。因此， 可用抗裂系数来衡量各 配合 比混凝土的抗裂 能力。在不考虑温度应力 、 徐变 和 自生体积变形等 因素条件下 ， 抗裂系数 K = ， B Le S 其中， 占 为极限拉伸值 ， 1 0 ； R 为抗拉强度 ， MP a ； E 为拉伸 弹模 ， MP a ； 为干缩率 ， 1 0 。 计算 时， 8 ， R ， E ， 取 2 8 d试验结果 ， 计算结果见表 7 。 表 7混凝土的抗裂 系数 由表 7可知 ， F A组 混 凝 土 的抗 裂 系数 为 1 7 5 X 1 0 ， I F A组混凝土 的抗裂系数为 2 3 1 X 1 0。说明 加入 H L C阻锈剂后 ， 较单掺粉煤灰混凝土的抗裂能力 提 高 了 3 2 0 。 2 4 耐久性 能 2 4 1 相 对抗 渗试验 参照 水工混凝土试验规程 ( S L 3 5 2 2 0 0 6 ) 进 行混凝土相对抗渗性试验。混凝土养护龄期为 2 8 d ， 试验水压 0 9 MP a ， 恒压 2 4 h 。相对 渗透系数 K ，= ，其 中， K 为相对渗透系数 ， c m h ； D 为平均渗水 高度， c m； H为水压力 ， 以水柱高度表示， e m； T为恒压 时间 ， h ； O t 为混凝士的吸水率 ， 一般为 0 0 3 。相对渗透 系数计算 结 果 为： F A组 混 凝 土 的相对 抗渗 系数 为 1 2 0 9l 0 e m h ； I F A组混凝土 的相对抗渗 系数 为 8 2 71 0 一 c m h 。说 明加入 H L C阻锈剂后 ， 混凝 土 的密实性得到了提高。 2 4 2抗 碳 化 试 验 试验方法依据 水工混凝 土试 验规程( S L 3 5 2 第 1 5期 唐 修生 ， 等 ： 阻锈剂对 海砂 高性能混凝土的性能影响 4 9 2 0 0 6 ) 进 行 ， 不 同碳 化 龄 期 混 凝 土 的 碳 化 深 度 结 果 见 表 8 。 表 8各碳 化龄期的凝土碳化深度 n l m 编 号 3 d 7 d 1 4 d 2 8 d 由表 8可 知 ， HL C 阻 锈 剂 的 加 入 ， 减 少 了混 凝 土 的碳化深度 ， 提高了混凝土的抗碳化能力。原因在于 ： 由于阻锈剂的强碱性 ， 使其 自身能够消耗一部分 C O ： ； 另一方面得益于混凝土 内部密实性 的提高。 2 4 3 抗 氯 离子渗透性试验 研究采用 R C M法 、 电量法( R C P T法) 对 2个配合 比混凝土的抗氯离子渗透性能进行评价。R C M法测 试混凝土的氯离子扩散系数 ； R C P T法测试混凝土在 6 h内的 电通量 。试 验结 果见 表 9 。 表 9抗氯离子渗透性能 由表 9可知 ， F A组混凝土 的氯离子 扩散系数为 2 7 31 0 m s ， 电通 量 为 2 2 8 7 C； I F A 组 混 凝 土 的 氯离 子扩 散 系数 为 1 8 91 0 m s ， 较 F A组 混凝 土 降低 了3 0 8 ， 电通量为 1 4 5 0 C ， 较 F A组混凝土降低 了 3 6 6 。说明由于 H L C阻锈剂的加入 ， 混凝土抵抗 氯离子侵蚀的能力得 以提高。 3 结 论 ( 1 )HL C阻锈 剂 的加 入 ， 提 高 了混 凝 土 的抗 变 形 能力 ， 使海砂 混凝土的弹性模量 降低 ， 极 限拉仲值增 大 。 ( 2 )HL C阻锈剂 的加 入 ， 使 海砂 混 凝 土 的抗 裂 能 力提 高 了 3 2 0 。 ( 3 )H L C阻 锈 剂 的加 入 ， 提 高 了 混 凝 土 的 密 实 性 ； 减 少 了混凝 土 的碳 化深 度 ， 提高 了混凝 土 的抗碳 化 能力 ； 混 凝土 中的 氯 离 子 扩 散 系 数 降低 了 3 0 8 ， 电 通量降低 了 3 6 6 ， 提高了混凝土抵抗氯离子扩散 的 能力 。 ( 4 )对 于该 类新 型醇 胺类 阻锈 剂对 混凝 土性 能 的 提升机理有待进一步研究。 参 考文 献 ： 1 洪乃 丰 海砂 对 钢 筋混 凝 土 的腐蚀 与 对 策 J 混 凝 土， 2 0 0 2， ( 8)： 1 21 4 2 洪定 海 沿 海地 区钢 筋混凝 土 用海砂 问题 及 对策 J 混凝 土 ， 2 0 0 3， ( 2 ) ： l 7 3 肖建庄 ， 卢福海 ， 孙振平 淡化海砂 高性能混凝土氯 离子渗 透性研 究 J 工业建筑 ， 2 0 0 4， 3 4( 5 ) ： 46 4 苏卿 ， 姜福香 ， 赵铁 军 滨海环境 中海砂混凝土受氯盐侵蚀 的试 验 研 究 J 西安建筑科技大学 学报 ： 自然科 学版 ， 2 0 1 0 ， 4 2 ( 2) ： 2 2 6 2 3 0 5 李雁 ， 易永胜 ， 高全 ， 等 高性能化 海砂混凝 土配合 比设计 的正交 试验研 究 J 建筑技术 ， 2 0 1 0 ， ( 2 ) ： 1 6 21 6 4 6 唐修 生， 黄 国泓， 祝烨然 ， 等 一种 无碱 非 亚硝 酸盐钢 筋混凝 土阻 锈 剂： 中国， 2 0 0 8 1 0 2 3 4 9 2 4 2 P 2 0 0 81 1 0 4 ( 编 辑 ： 郑 毅 ) Ef f e c t s o f c o r r o s i o n i n hi bi t o r o n pr o p e r t i e s o f hi g h pe r f o r m a n c e s e a s a n d c o nc r e t e TANG Xi u s h e n g ， HUANG Gu o h o n g ， CAI Yu e b o 一， GAO Xi n x i n ， ( 1 Na n g Hy d r a u l i c R e s e a r c h I n s t i t u t e ， Na n fin g 2 1 0 0 2 9， C h i n a； 2 N a n j i n g RD Hi g h T e c h n o l o g y C o ， Na n g 2 1 0 0 2 4， C h i n a ； 3 R e s e a r c h C e n t e r o n N e w Ma t e r i a l s H y d r a u l i c S t r u c t u r e s ， Mi n i s t r y o fWa t e r R e s o u r c e s ， N a n j i n g 2 1 0 0 2 9 ， C h i n a ) Abs t r a c t： I n o r d e r t o s t ud y t h e f e a s i bi l i t y o f s e a s a nd t o b e wi de l y a p pl i e d i n hi g h pe r f o r ma nc e c o nc r e t e i n c o n di t i o n o f u s i n g n e w a l c a mi n e s c o r r o s i o n i n h i b i t o r ，t h e p r o p e r t i e s o f s e a s a n d h i g h p e r f o r ma n c e c o n c r e t e( HP C)mi x e d w i t h t h i s k i n d o f c o r r o s i o n i nh i bi t o r i s s t u di e dThe p r o p e rti e s o f me c h a ni c a l ，a nt ic r a c ki ng，a n t ipe r me a b i l i t y，a n t ic a r bo n a t i o n a n d r e s i s t a n c e t o c h l o r i d e i o n p e n e t r a t i o n o f s e a s a n d c o n c r e t e c o n t a i n i n g 3 ( 3 o f c e me n t i n g ma t e r i a 1 )HL C c o r r o s i o n i n h i b i t o r a r e c o mp a r e d Th e r e s u l t s s h o w t h a t t he u s e o f HLC c o rro s i o n i n h i b i t o r r e s ul t s i n d e c r e a s e o f e l a s t i c mo d u l u si n c r e a s e o f u l t i ma t e t e n s i o n a n d i m p r o v e me n t o f c o n c r e t e a n t ic r a c k i ng c o e ffic i e nt ，a nd r e d uc t i o n o f c a r b o n a t i o n d e pt h a nd b o t h d i f f u s i o n c o e f f i c i e nt o f C1一 a n d e l e c t r i c flux i n c o n c r e t e Ke y wor ds： c o r r o s i o n i nh i bi t o r；s e a s a nd；fly a s h；h i g h pe r f o r ma n c e c o nc r e t e