粉煤灰对喷射混凝土强度和渗透性的影响.pdf

2 0 1 4年 第 1 2 期 (总 第 3 0 2 期 ) Nu mb e r 1 2 i l q 2 0 1 4 ( T o t a l No 3 0 2 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 THEORETI CAL RES EARCH 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 1 2 0 0 4 粉煤灰对喷射混凝土强度和渗透性的影响 丁莎 ，牛荻涛 ，王家滨 ，胡晓鹏 ( 西安建筑科技大学 土木工程学院，陕西 西安 7 1 0 0 5 5 ) 摘要： 试验采用扫描电子显微镜( S E M) 对喷射混凝土微观结构进行分析 ， 并采用 R C M氯离子渗透法研究了粉煤灰对喷射混凝 土抗氯离子渗透胜能的影响， 并对其抗压强度、 劈裂抗拉强度进行研究。 试验结果表明： 随着粉煤灰掺量增大， 喷射混凝土微观结构 变得致密， 强度和抗渗性显著提高。 粉煤灰的最佳掺量为 2 0 左右 ， 超过此掺量喷射混凝土抗压强度降低 ， 喷射混凝土强度和渗透性 有较好的相关性。 关键词： 喷射混凝土 ；抗压强度；劈裂抗拉强度 ；渗透性 中图分类号 ： T U 5 2 8 0 1 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 4 ) 1 2 0 0 1 1 - 0 3 I n f l u e n c e o f f l y a s h o n s t r e n g t h a n d p e r m e a b i l it y o f s h o t c r e t e DI NG a， NI UDi t a o， WANG J i a b i n， HU Xi a o pe n g ( S c h o o l o f Ci v i l E n g i n e e r i n g ， Xi a nUn i v e r s i t yo f Ar c h i t e c tu r eandT e c h n o l o g y ， Xi an 7 1 0 0 5 5 ， C h i n a ) Abs t r a et ： Th e mi c r o s t r uc t u r e of s ho t c r e t e wa s i n v e s t i g a t e d b y me a ns o f S EM Th e i nfl ue nc e of fly a s h o n p e r me a bi l i t y o f s ho t c r e t e wa s i n v e s t i g a t e d b y me a n s o f RC M Th e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h and s p l i t t i n g t e n s i l e s t r e n gth o f s h o t c r e t e wa s r e s e a r c h e d T h e t e s t r e s u l t s s h o w t h a t wi t h t h e i n c r e a s e o f fl y a s h ， t h e mi c r o s t ruc t u r e o f s h o t c r e t e i s c h a n g e d a s we l l ， t h e s t r e n gth a n d r e s i s t anc e t o c h l o r i d i o n p e n e t r a t i o n o f s h o t c r e t e i n c r e a s e o b v i o u s l y Th e c o mp r e s s i v e s tr e n gth o f s h o t c r e t e wi l l d e c l i n e wh e n t h e p r o d u c t i o n o f fl y a s h e x c e e d 2 0 p e r c e n t T h e s tre n gth a n d r e s i s t a n c e t o c h l o r i d i o n p e n e tr a t i o n o f s h o t c r e t e h a s a g o o d r e l a t i o n s h i p K e y wo r d s ： s h o t c r e t e ； c o mp r e s s i v e s t r e n gth ； s p l i t t i n g t e n s i l e s tr e n g t h； p e r me a b i l i ty 0 引言 喷射混凝土作为一种新型材料 ， 在 国内外隧道工程支 护 中得 到了广泛 的应用_ l 】 。 与普通混凝土相 比， 它具有高 的 抗拉 、 抗弯 、 耐疲劳和高韧性2 - 3 。 国内外学者对喷射混凝土的 力学性能和耐久性方面进行了大量试验研究 ， V MMa l h o t r a 等认为掺粉煤灰聚丙烯纤维喷射混凝 土具有高强度 、 低渗 透 、 低干缩 、 高塑性及 高韧性 的优点 ； A n n L a m o n t a g n e 等 研究聚丙烯纤维对喷射混凝土的影响， 结果表 明当纤维用量 为 2 4 k g r n 时， 喷射混凝土 的力学性能 、 抗干缩及耐冻性和 耐盐蚀能力 著提 高【5 _ 。 刘新荣等对不 同钢纤 维及 添加剂 掺量的喷射混凝土进行抗拉 、 抗渗及弯曲强度试验 ， 结果表 面其抗拉、 抗渗及抗弯性能分别提高6 5 6 、 9 8 1 、 9 4 7 r2 。 张亚梅等研究硅灰 、 钢 纤维 、 双快水泥对喷射混凝土早期 及长期力学性能的影响 ， 并 比较室 内与现场喷射混凝 土性 能 之间 的差 异网 。 一般认为 强度越高 ， 昆 凝 土的渗透性越 低 ， 耐久性越好 7 1 。 但 掺合料 的普遍使用使混凝土 内部结构 发生了很大 的变化 ， 掺合料对混凝土强度 和渗透性的影响 未 必一致 f8 。 目前 ， 关于喷 射混凝土强 度和渗透性 研究较 少 ， 研究掺合料对 喷射混凝土渗透性及其强度 的影响规律 ， 探讨他们 之间相关性具有显著意义。 本研究采用 S E M 对掺粉煤灰喷射混凝土微观结构进 行 分析 ， 探 讨粉煤灰掺量对抗压强度 、 劈裂抗拉强度及抗 氯离子渗透性能的影响 ， 为深入研究喷射混凝土在腐蚀环 境下 的耐久性提供理论依据 。 1试 验 1 1 试验材 料 水泥 ： 陕西宝鸡 海螺 P O 4 2 5 级 水泥 ； 砂 ： 渭河天然 河砂 ， 细度模数 3 4 ； 粉煤灰 ： 宝源集 团产 I I 级粉煤灰 ； 拌 和 水 ： 天然河水 ； 天然骨料 ： 瓜米石 ， 连续级配 5 1 0 m m， 最大 粒径 1 6 0 mm； 减水剂 ： 山西凯迪建材有限公司产 聚羧酸系 高效减水 剂 ； 速凝 剂 ： 山西桑穆斯建材化学有限公 司产无 碱粉态速凝剂。 原料化学组成 和水泥物理力学性能指标示 于表1 、 2 。 表 1 原料的化学组成 原料 C a O S i O 2 A 1 2 0 3 F e 2 0 3 Mg O N a 2 0 K 2 0 水 泥 5 7 5 7 1 9 5 0 6 4 5 3 0 8 1 2 1 0 2 5 1 -3 5 粉煤灰 5 6 2 4 3 6 4 2 5 3 8 4 1 9 0 8 4 0 9 1 1 3 6 速凝剂 3 2 7 2 1 8 8 3 4 1 7 0 6 4 9 2 9 1 7 3 收稿 日期 ：2 0 I 4 _ J 0 6 1 4 基金项 目：国：家自 然科学基金资助项目( 5 1 2 7 8 4 0 3 ) ； 教育部长江学者和创新团队发展计 q ( I R T I 3 0 8 9 ) ； 陕两省教育厅专项科研计划项目( 2 0 1 3 J K 0 9 5 1 ) 1 l 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 区时发 生偏转 ， 最终形成一条主裂缝造成 。 随着粉煤灰掺 量增大 ， 界面过 渡区增多 ， 微 裂缝连续偏转消耗更多断裂 能 ， 提高试件劈裂抗拉强度。 2 3 喷射混凝 土渗 透性 各配合比喷射混凝土R C M试验结果示于表 5 ， 喷射混 凝土粉煤灰掺量与氯离子迁移 系数关系示于 图 4 。 为尽量 避免试验 的误差 ， 每组 6 个试件 ， 去除误差 超 1 5 数据后 取平均值计算 。 表 5 喷射混凝土强度和抗氯离子渗透性试验结果 粉煤灰 掺量 图 4 粉煤灰掺量与氯离子迁移 系数的关系 由表 5 和 图 4 可知 ， 随粉煤灰掺量增加氯离子迁移 系 数先上 升后下 降 ， 即抗渗性 能先增大后减小 。 粉煤灰对抗 氯离子渗透性能的改善， 是由于粉煤灰的填充效应 ， 降低 了混凝土硬化水泥浆体 的孔 隙率和大孔含量 ， 改善了孔 隙 特征。 同时， 粉煤灰等量取代部分水泥后， 与氢氧化钙发生 二次水化反应 ， 使 界面过渡区氢氧化钙减少 ， 优化 了界 面 结构 ， 结构更加致密 。 另外 ， 粉煤灰 中含量较高 的无定型氧 化铝与氯离子和氢氧化钙反应生成 F r i e d e l 盐 ， 其氯离子结 合能力随粉煤灰掺量增加而增大 ， 氯离子迁移系数随之降 低 。 但 当粉煤灰掺量超过 2 0 时 ， 结合 氯离子的能力不再 显著提高 ，过量粉煤灰导致水泥一 粉煤灰体系水化条件变 差 ， 抗氯离子渗透性能变差 。 2 4 喷射混凝土渗透性与强度的相关性 采用 1 s t o p t 3 0 拟合软件对喷射混凝土抗压强度、 劈裂抗 拉强度与氯离子迁移系数的数据进行了回归， 结果见图5 、 6 。 图 5反映了喷射混凝 土抗 压强 度与氯离子迁移系数 的关系 ， 可 以看 到随着强度增 长 ， 氯离子迁移系数呈下降 趋势 ， 符合反 比例 函数曲线规律 ， 相关系数达 到 0 9 5 2 ； 图 6 反映 了喷射混 凝土劈 裂抗 拉强度与氯离子迁移系数 的关 系 ， 同样符合反 比例函数 曲线规律 ， 相 关系数为 0 9 6 6 。 由 此可以看出， 喷射混凝土强度 和渗透性有较好的相关性 ， 我 们可以通过测定混凝土强度来反映其渗透性 ， 从而判 断喷 射混凝 土的耐久性 。 抗 压强度 MP a 图 5 抗压强度与氯离子迁移系数关 系 劈裂抗 拉强硬 ， MP 0 图 6 劈裂抗拉强度与氯离子迁移 系数关系 ( 2 ) 随着粉煤灰掺量增大 ， 喷射混凝土抗压强度先上 升后下降 ， 在掺量为 2 0 时达到最大值 ， 而劈裂抗拉强度 与粉煤灰掺量成正比， 这与粉煤灰的填充效应 、 火山灰效 应及强度试验破坏方式均有关 系； ( 3 ) 粉煤灰的掺人降低 了 R C M 法氯离子迁移系数 ， 主 要是 因为粉煤灰对混凝土孑 L 结构 的细化效应 和降低孔溶 液离子浓度造成 的； ( 4 ) 强度与抗氯离子迁移系数有良好的反比例函数 关 系 参考文献 ： 1 】王红喜， 陈友治， 丁庆军 喷射混凝土的现状与发展【 J J _ 岩土工程 技术， 2 0 0 4 ， 1 8 ( 1 ) ： 5 1 5 4 2 】 刘新荣， 祝云华， 李晓红， 等 隧道钢纤维喷射混凝土单层衬砌 试验研究 J 1 岩土力学 ， 2 0 0 9 ， 3 0 ( 8 ) ： 2 3 1 9 2 3 2 3 【 3 】王蒂 ， 廖卫东 ， 刘强 喷射混凝土性能和配合 比的试验研 究【 J 1 武 汉理工大学学报， 2 0 0 3 ， 2 5 ( 1 2 ) ： 5 3 5 5 I 4 】MAL HO T RA V M， C A RE T T E G G， BI L OD E AU AMe c h a n i c a l p r o p e r t i e s a nd d u r a b i l i t y o f p o l y p r o py l e ne fib e r r e i n f o r c e d h iIg h v o hl mc f l y c o n c r e t e f o r s h o r t c r e t e a p p l i c a t i o n s J 】 AC I Ma t e r i a l s J o u r n a l ， 1 9 9 4 ， 9 6 ( 2 3 ) ： 2 0 1 2 0 6 5 A n n L a m o n t a g n e ， M i c h e l P i g e o n _T h e i n fl u e n c e o f p o l y p r o p y l e n e fi b e r s a n d a g g r e g a t e g r a d i n g o n t h e p r o p e r t i e s o f d r y mi x s h o t c r e t e J C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 1 9 9 5 ， 2 5 ( 2 ) ： 2 9 3 2 9 8 6 张亚梅 ， 孙伟 ， 王亚丽， 等瞳 灰和钢纤维对喷射混凝土性能的 影响研究【 J J 混凝土与水泥制品， 2 0 0 2 ( 3 ) ： 3 3 3 5 f 7 】杨钱荣掺粉煤灰和引气剂混凝土渗透性与强度的关系I J I 建筑 材料学报 ， 2 0 0 4 ， 7 ( 4 ) ： 4 5 7 4 6 1 【 8 】赵铁军 ， 朱金铨 ， 冯乃谦 高性能混凝土的强度与渗透性的关 系【 J 1 _ 工业建筑 ， 1 9 9 7 ， 2 7 ( 5 ) ： 1 4 1 7 作者简介 ： 3 结 论 联系 地址 ： ( 1 ) 随着粉煤灰掺量增大 ， 粉煤灰水 化程度提高 ， 微观 结构更加致密 ； 联系电话： 丁莎 ( 1 9 8 9 一 ) ， 女 ， 硕士研究生 ， 主要从事混凝土结构 耐久性研究。 西安市雁塔 路 1 3 号 西安建筑科技大学土木工程学 院( 7 1 0 0 5 5 ) 1 3 68 9 2 8 42 81 1 3 ” 加 一 譬 。 _【 一 糕垛 褪骣 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m