海水影响粉煤灰混凝土强度试验研究.pdf

文章编号：1 0 0 7 0 4 6 X ( 2 0 1 6 ) 0 卜0 0 0 1 - 0 3 辫 海水影响粉煤灰混凝土强度试验研究 E x p e r i me n t a l S t u d y o f E f f e c t o f S e a Wa t e r o n t h e S t r e n g t h o f F l y A s h C o n c r e t e 汤善存，吴相豪。吴国玉，韩懂懂 ，张渑尘，张银娟 ( 上海海事大学 海洋科学与工程学院，上海 2 0 1 3 0 6 ) 摘 要： 通过室内试验，研究了不同粉煤灰掺量下，混凝土在海水浸泡和干湿循环作用下的抗压强度和抗拉强度的变 化规律。提 出了海洋环境下混凝土中粉煤灰的适宜掺量。 关键词： 粉煤灰 ；混凝土；抗压强度 ；抗拉强度 ；海洋环境 中图分类号 ：T U5 2 8 2 文献标志码 ：A 0 前 言 混凝土是由水泥、集料、水等按照一定比例拌制而 成的人工石材，广泛应用于土木工程、海洋工程等领域。 尽管混凝土具有较好的力学性能和耐久性能，但是海水 仍然对其有一定的侵蚀作用，影响海工混凝土结构的使 用寿命。本文从海水的侵蚀方式、粉煤灰掺量等角度探 索海水对粉煤灰混凝土抗压强度和抗拉强度的影响，为 粉煤灰混凝土在海洋工程中的应用提供参考。 1 试 验 1 1 原材料 水泥：P 0 4 2 5 海螺牌水泥；粉煤灰： 级粉煤灰， 4 5 m筛的筛余为 1 4 8 ，需水量比为 9 8 6 ，烧失量为 5 7 9 ；粗集料：碎石，连续级配，最大粒径为 1 5 ra m ； 细集料采用河砂；水：自来水；人工海水：5 的氯化钠 溶液。 1 2 配合比 采用粉煤灰等量取代水泥， 粉煤灰取代水泥率分别 为 0 、1 5 、3 0 、4 0 。各种粉煤灰掺量下混凝土试件 的配合比见表 1 。 表 1 粉煤灰混凝土配合比 1 -3 试验方法 1 3 1 试验工况 混凝土试件采用 1 0 0 m m1 0 0m m1 0 0m m 立方体 试件。试验分三种工况： 一种是标准养护 2 8 d的立方体 试件再标准养护 4 5 d ；第二种是将标准养护 2 8 d的立方 体试件放在人工海水 ( 人工海水：用工业盐溶解于自来 水中，溶液浓度为 5 )中侵泡 4 5 d ；第三种是将标准养 护 2 8 d的立方体试件放在人工海水中干湿循环，一次干 湿循环时间为 3 d ，为了便于与海水浸泡的试件对比，干 湿循环 1 5 次。 1 3 2 抗压强度试验 当混凝土试件达到规定的海水浸泡、海水干湿循环 时间后，放在液压试验机上进行抗压试验， 取 3块立方 体试件的抗压强度平均值作为每组试件的试验结果。 1 2 0 1 6 粉煤灰 1 - 3 _ 3 抗拉强度试验 采用劈裂试验方法测定混凝土试件的抗拉强度。当 昆 凝土试件达到规定的海水浸泡、海水干湿循环时间后， 放在液压试验机上进行抗压试验，将混凝土试件的抗压 强度测定值转换成抗拉强度，取 3块立方体试件的抗拉 强度平均值作为每组试件的试验结果。 2 试验结果与分析 2 1 抗压强度试验结果与分析 依照试验预定方案，粉煤灰等量取代水泥率为 0 、 1 5 、3 0 和4 0 的混凝土抗压强度试验结果见表 2 。 表 2 混凝土抗压强度试验值 MP a 2 1 1 海水浸泡作用下抗压强度试验结果与分析 从表 2可以看出，在标准养护工况下，粉煤灰混凝 土抗压强度随粉煤灰的掺量增大而下降，这是因为粉煤 灰中的活性物质存在于表面致密的球形玻璃体中，表面 致密，不易水化，对早期强度的影响较小；同时由于粉 煤灰在胶凝材料中占的比重越大，水泥熟料就越少，在 初期产生的C s H较少，影响了混凝土的初期强度 1 1 。 在经过海水浸泡 4 5 d后，较同期标准养护条件下的 混凝土，0粉煤灰掺量的混凝土抗压强度降低 5 2 、 1 5 掺量的提高 4 1 、3 0 粉煤灰掺量的降低 7 3 3 、 4 0 粉煤灰掺量的提高 1 4 5 。可见海水浸泡对混凝土 强度发展不利，原因是氯离子与混凝土中的氢氧化钙及 水化铝酸钙生成了盐类物质，其中难溶性盐往往产生较 大体积膨胀，在混凝土内部产生很大内应力，使混凝土 出现开裂，不利于其强度的发展 2 。但其中 1 5 、4 0 两个掺量的抗压强度比同期大。横向比较来看，1 5 粉 煤灰掺量的混凝土抗压强度较基准混凝土高，3 0 和 4 0 掺量的混凝土抗压强度比基准混凝土低大约 6 ，但 与标准养护工况相比这一差距已经较小，原因是粉煤灰 与水泥水化产物中的氢氧化钙发生水化反应，二次水化 产物从而使混凝土的密实度提高，减少了孔隙，从而使 有害离子更不易渗入，减轻了混凝土在人工海水中的劣 2 COAL 1 201 6 化程度。可以看出较低掺量的粉煤灰混凝土在中期可以 较好地兼顾强度的发展和抗氯离子的侵蚀。 2 1 2 海水干湿循环作用下抗压强度试验结果与分析 在经过人工海水干湿循环作用 4 5 d后，较同期标准 养护条件下的混凝土，除 4 0 掺量的抗压强度小幅提高 了 1 2 4 外，其他三种掺量均有较大下降，分别是0 掺 量的降低 3 9 2 ，1 5 粉煤灰掺量的降低 1 4 6 、3 0 粉 煤灰掺量的降低 8 8 。可见海水干湿交替对混凝土强度 的发展更为不利，在这一过程中生成的一些可溶性盐类物 质被冲刷出来，使得混凝土孔隙率增大，使有害离子更易 进入混凝土，加剧了混凝土的涨裂剥落，影响混凝土强度 发展 2 J 。横向比较，掺人粉煤灰的混凝土比未掺加的强度 下降小很多，且随粉煤灰掺量增大，其强度下降幅度呈递 减趋势。这说明粉煤灰参与下的二次水化反应填充孔隙、 使混凝土更加密实，这些反应对混凝土抵抗海水干湿交替 侵蚀有很大作用。3 0 、4 0 两个掺量的粉煤灰混凝土在 这一时期强度较大，说明较大掺量的粉煤灰混凝土对海水 干湿交替的不利环境抵抗能力较好。 2 2 抗拉强度试验结果与分析 依照试验预定方案，粉煤灰等量取代水泥率为 0 、 1 5 、3 0 和4 0 的混凝土抗压强度试验结果见表 3 。 表 3 混凝土抗拉强度试验值 MP a 2 2 1 海水浸泡作用下抗拉强度试验结果与分析 从表 3可以看出，同抗压强度变化规律相似，标准 养护工况下，抗拉强度随粉煤灰掺量的增大而下降。 在经过人工海水浸泡 4 5 d后，较同期标准养护条件 下的混凝土， 0粉煤灰掺量的混凝土抗拉强度提高 2 5 ， 1 5 粉煤灰掺量的提高 2 5 ，3 0 粉煤灰掺量的提高 5 0 5 ，4 0 掺粉煤灰量的提高 5 4 3 。这说明在中期海 水侵蚀产生的不溶性的盐类物质使混凝土变得密实而抗拉 强度有所提高；而粉煤灰在混凝土中的二次水化反应使混 凝土更加密实，所以粉煤灰混凝土抗拉强度增长幅度较普 通混凝土更大。但横向比较可以看出，在海水浸泡的条件 下，是否掺加粉煤灰对中期的抗拉强度的影响不大。 2 2 2 海水干湿循环作用下抗拉强度试验结果与分析 ( 下转 第2 4 页 ) 3 结 论 ( 1 ) 再生微粉的活性及胶凝性能均小于矿渣粉；再 生微粉掺量越大，水泥胶砂强度下降越快。在低掺量条 件下， 再生微粉对胶砂强度影响较小， 当掺量大于2 0 时， 胶砂强度降低较大；各龄期水泥胶砂强度随着再生微粉 和矿渣掺量的增加而降低，且强度比都随着龄期的增加 而增大。可见随着龄期的增加，其强度下降幅度变小。 ( 2 ) 相同稠度下再生微粉的需水量大于矿渣粉。随 着再生微粉和矿渣粉掺量的增加，水泥胶砂流动度呈现 逐渐减小的趋势；掺量越大，水泥胶砂流动度下降越快； 在低掺量条件下， 再生微粉和矿渣对胶砂流动度影响较 小，当掺量大于3 0 时，胶砂流动度降低较大。 ( 3 ) 在相同掺量时，再生微粉标准稠度用水量比矿 渣粉标准稠度用水量大。在掺量超过 3 0 时，再生微粉 的标准稠度用水量增加速度相对变快，而矿渣标准稠度 用水量增加速度相对变慢。从以上结果可见，随着再生 微粉和矿粉的加入，水泥净浆用水量变化较大，其中再 生微粉的加入对标准稠度用水带来的影响更为显著。 ( 4 ) 再生微粉和矿渣粉的加入使净浆的初凝时间缩 短，且初凝时间随着掺量的增大而减小；但其加入使净 浆终凝时间没有明显的变化规律，其变化幅度均不大， 围绕着净浆终凝时间上下波动，掺合料的加入对终凝时 间没有显著影响。 参考文献 1 王玉江，程麟，李东旭，等 矿渣粉煤灰的优势互补效应 J 南京化 工大学学报，2 0 0 0 ， 2 2 ( 3 ) ： 2 6 3 0 2 】李东旭 少熟料矿渣粉煤灰复合水泥的性能研究 J 材料科学与工程， 2 0 0 1 ， 1 9( 3 ) ： 7 4 7 5 【 3 】姜奉华， 徐德龙少熟料矿渣水泥的理论与实践 J 房材与应用， 2 0 0 6 ， 3 4( 4 ) ： 5 7 4 】张景富，丁虹， 代奎 矿渣 粉煤灰混合材料水化产物、微观结构和 性能 J 硅酸盐学报，2 0 0 7 ， 3 5 ( 5 ) ： 6 3 3 - 6 3 7 5 王薇，倪文，张旭芳，等 无熟料矿渣粉煤灰胶凝材料强度影响因素 研究 J 新型建筑材料， 2 0 0 7 ( 1 2 ) ： 8 - 1 1 6 】陈福旦，孙家瑛，车乘乘 脱硫石膏无熟料钢渣基胶材料的试验研 究 J l 混凝土， 2 0 1 2 ( 2 ) ： 8 3 8 5 7 】胡术刚，牛海丽，吕宪俊 脱硫石膏综合利用研究【 J 混凝土， 2 0 0 9 ， ( 5 ) ： 9 5 - 9 8 【 8 朱明，胡曙光， 丁庆军 钢渣用作水泥基材料的问题研讨 J 武汉理 工大学学报， 2 0 0 5 ， 2 7 ( 6 ) ： 4 8 5 2 收稿 日期： 2 0 1 5年 7月 2日 ( 上接 第2 页 ) 在经过人工海水干湿循环作用 4 5 d后，较同期标准养护 条件下的混凝土，4种掺量的粉煤灰混凝土抗拉强度均有 所下降。0粉煤灰掺量的下降 2 6 - 3 ，1 5 粉煤灰掺量的 下降 1 6 8 ，3 0 粉煤灰掺量的下降 1 3 5 ，4 0 粉煤 灰掺量的下降 7 6 ，原因是干湿循环冲刷出可溶性盐的 同时，对混凝土内凝胶体和集料间的粘结强度的发展不 利 3 】 。横向比较，1 5 、3 0 、4 0 3种掺量的粉煤灰混 凝土抗拉强度略微超过普通混凝土的抗拉强度，且随粉 煤灰掺量增大略有增大趋势。这也是由于粉煤灰参与下 的二次水化反应使混凝土密实， 从而有效抵抗了海水干 湿交替的侵蚀作用。 3 结 论 干湿循环的影响程度更大；掺粉煤灰可以改善海水浸泡 和干湿循环对混凝土抗压强度的影响。 ( 2 ) 海水浸泡对混凝土抗拉强度的影响不明显，干 湿循环显著降低了混凝土的抗拉强度；掺粉煤灰可以提 高混凝土的抗拉强度，掺量越多，效果越明显。 ( 3 ) 在海水浸泡环境中，混凝土中粉煤灰的适宜掺 量为 1 5 3 0 ；在海水干湿循环环境中，混凝土中粉煤 灰的适宜掺量为 3 0 左右。 参考文献 【 1 潘宏彬粉煤灰掺量对混凝土强度的影响 J 试验技术与试验机， 2 0 0 6 ( 1 ) ： 4 2 4 3 2 】张玉敏， 王铁成 人工海水对混凝土侵蚀性的研究【 J 】 混凝土， 2 0 0 1 ， 1 4 5 ( 1 1 ) ： 4 8 5 0 3 】李树忱， 张峰， 祝金鹏 海水侵蚀环境下混凝土力学性能劣化试验【 J 】 - 公路交通科技， 2 0 0 9 ， 2 6 ( 1 2 ) ： 3 5 3 8 ( 1 ) 海水浸泡和干湿循环降低了混凝土的抗压强度， 收 稿日 期： 2 0 1 5 年 7 月3 0 日 2 4 CoAL AsH 1 2 01 6