碱性激发剂影响粉煤灰混凝土性能的试验研究.pdf

文 章编 号 ：1 0 0 7 0 4 6 X ( 2 0 1 5 ) 0 2 一 O 0 1 2 0 3 _ 粉 煤获 碱性激发剂影响粉煤灰混凝土性能的试验研究 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 A l k a l i - A c t i v a t o r o n F l y A s h C o n c r e t e P e r f o r m a n c e 鲁佩仪，李晓波，毛毅涵，易 鑫，李茂雪，吴相豪 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 了单掺 熟石 灰 、单掺 硫 酸钠 以及双掺 熟石灰 和硫 酸钠对粉 煤灰 混凝 土抗压 强度 和抗 氯 离子渗透性能的影响。结果表明：单掺 熟石灰、单掺硫酸钠以及双掺熟石灰和硫酸钠均能有效提高粉煤灰 混凝土的抗压强度和抗氯离子渗透能力 ；双掺熟石灰和硫酸钠对提 高粉煤灰混凝土的抗压强度和抗氯离子 渗透能力的效果最好 ，其次是单掺硫酸钠， 单掺熟石灰效果较差 ；双掺熟石灰和硫酸钠 ，且掺量为2 5 是最 佳的掺 配 方案。 关键词 ：粉煤灰；混凝土 ；激发剂；抗压强度 ；氯离子渗透 中 图分 类 号 ：T U 5 2 8 2 T U5 2 8 0 4 3 文 献 标 志 码 ：A 0 前 言 氯离子是引起海工混凝土结构性能劣化的主要因素。 在搅拌混凝土的过程中掺入适量的粉煤灰能够提高混凝 土的抗氯离子渗透能力，但粉煤灰替代了部分水泥，使 得混凝土抗压强度降低。鉴于粉煤灰中含有无定型的 C a O ， 、A 1 ， 0 、S i O ，等氧化物，而这些氧化物在碱性物质 激发下发生水化反应，生成水化硅酸钙、水化铝酸钙等 具有胶结能力 的物质，可 以提高粉煤灰混凝土抗氯离子 渗透能力，补偿因粉煤灰替代部分水泥引起的强度降低。 本文拟通过试验研究 ： 单掺熟石灰、单掺硫酸钠、双掺熟 石灰和硫酸钠对粉煤灰混凝土抗压强度和抗氯离子渗透 性能的影响规律，探索配置高性能粉煤灰混凝土的碱性 激发剂的最佳掺配方案。 1 试 验 1 1 原材料 水泥采用 P O 4 2 5水泥；粉煤灰采用级粉煤灰， 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 采 用碎 石，连续 级 配，最 大 粒径 为 基金项目： 2 0 1 3 年度上海大学生创新活动计划项目( C X S 2 0 1 3 0 7 0 1 3 ) 1 2 COA三 ASH 2 2 01 5 1 5 m m；细集料采用河砂；激发剂采用熟石灰 C a ( O H ) 和 硫酸钠 N a S O ，二者均为市售分析纯化学试剂；水采用 自来水。 1 2 配合比 试验采用的粉煤灰混凝土配合比见表 1 。表 1中 A 为基准粉煤灰混凝土试件；B为激发剂采用熟石灰的粉煤 灰混凝土试件 掺量分别为 1 、2 5 和 5 ；C为激发 剂采用硫酸钠的粉煤灰混凝土试件，掺量分别为 1 、 2 5 和 5 ；D为激发剂采用熟石灰和硫酸钠双掺的粉煤 灰混凝土试件，总掺量分别为 1 、2 5 和5 。 表 1粉煤灰混凝土配合比 k g 1 3 试验方法 1 _ 3 1 抗压强度试验 按照表 1中粉煤灰混凝土配合比拌制混凝土拌合物， 装入 1 0 0 m m X 1 0 0 m m X 1 0 0 m m试模中成型，l d 后拆模， 放入标准养护箱中养护 7 d 、2 8 d 和 5 6 d 。 将养护至规定龄期的粉煤灰混凝土试件从养护箱中 取出，进行抗压试验。 1 3 2 氯离子渗透试验 氯离子渗透试验采用 A S T M C 1 2 0 2法。仪器为中国 建筑科学研究院建筑材料研究所研发的混凝土氯离子电 通量测定仪 ( C A B R R C P 6 ) 。具体步骤：将养护至 2 8 d 的粉煤灰混凝土立方体试块切割成 1 0 0 m m1 0 0 m m 5 0 m m试件，饱水后固定在试验槽上，两端水槽分别注入 3 0 N a C 1 和0 3 m o l L N a o H溶液， 两端施加 6 O V直流电， 每隔 3 0 m i n 记录一次电流，持续通电 6 h 。最后由电流 一 时间函数曲线计算通过的总电量，以此评定粉煤灰混凝 土的氯离子渗透性能。试验装置如图 1 所示。 图 1 AS T M C 1 2 0 2 法试验装置 2 试验结果与分析 2 1 粉煤灰混凝土抗压强度 表 2为各种配比下粉煤灰混凝土 7 d 、2 8 d和 5 6 d的 抗压强度。 表 2 粉煤灰混凝土抗压强度试验值 MP a 从表 2中可以看出熟石灰的掺量对粉煤灰混凝土的 抗压强度呈促进作用，随着熟石灰掺量的增加，粉煤灰混 凝土抗压强度逐渐增大。当熟石灰掺量为 1 、2 5 、 5 时，掺入熟石灰的粉煤灰混凝土抗压强度比未掺激发 剂的粉煤灰混凝土 7 d 增加了 0 6 ，8 6 ，1 4 3 ，2 8 d 增加了 9 3 ，1 2 0 ，2 3 1 ，5 6 d增加了 4 2 ，7 5 ， 9 0 。产生这种情况的原因是：熟石灰在混凝土养护的 过程中激发了粉煤灰的火山灰活性，生成较多的 c s H 和 C 3 A H 等具有胶凝性的水化产物，提高了粉煤灰混凝 土的密实性和强度 。随着熟石灰掺量的增加，水泥活性 进一步被激发出来，抗压强度也逐步增加。与此同时，随 着养护龄期的增加，水化过程不断进行，粉煤灰的玻璃体 表面逐渐解体，火山灰活性逐渐得以激发。 从表 2中还可看出，随着硫酸钠掺量的增加，试件 的抗压强度逐渐增大，同时，随着养护龄的增加，激发剂 的效果也愈加明显。当掺配比分别为 l ， 2 5 ， 5 0 时， 添加了硫酸钠的粉煤灰混凝土比未添加硫酸钠的粉煤灰混 凝土的抗压强度分别 7 d 增加了5 ，8 9 ，1 7 5 ， 2 8 d 增 加 了 3 7 1 ，5 4 2 ，6 7 9 ，5 6 d增 加 了 2 7 7 ， 3 9 8 ， 4 7 5 。同时， 与单掺熟石灰的粉煤灰混凝土相比， 单掺硫酸钠的粉煤灰混凝土抗压强度明显要高，这可能是 因为掺人硫酸钠增补了体系中s 0 z 一和 c a ，对钙矾石和 氯钙复盐的生成有利， 同时也有助于粉煤灰活性的激发 2 1 。 表 2数据显示 ，当熟石灰与硫酸钠双掺 ，掺配 比为 1 ，2 5 ，5 时，双掺激发剂的粉煤灰混凝土的抗压 强度比未掺激发剂的粉煤灰混凝土的抗压强度 7 d增加了 2 1 ，2 3 4 ，一 1 8 1 ， 2 8 d增加了 7 3 7 ，8 1 1 ， 6 0 2 ， 5 6 d增加了 6 9 5 ，6 0 2 ，2 5 9 。双掺激发效 果要普遍优于单掺效果。但当复掺的掺配比过高时，试 件的抗压性能反而减小 【 3 】 。总体来说，双掺激发剂比单掺 激发剂的强度都有较大增长。这主要是因为在复掺熟石 灰和硫酸钠情况下，水泥浆体中不仅碱度提高，而且也 增加了钙的含量，能够生成更多的水化产物。当复掺的 掺配比过高时，粉煤灰混凝土抗压强度有所减小 【 3 j 。在实 际工程中，要注意这种现象。从粉煤灰混凝土抗压强度 来讲，双掺熟石灰和硫酸钠 、 掺量为 2 5 时效果最佳。 2 2 粉煤灰混凝土抗氯离子渗透性能 表 3为各种配比下粉煤灰混凝土 6 h电通量的实测 值。根据粉煤灰混凝土 6 h电通量试验结果，利用式 ( 1 ) 可计算出粉煤灰混凝土氯离子扩散系数 4 1 ，计算结果如表 3 所示。 2 2 o 1 5 粉 煤灰 1 3 D =2 5 7 7 6 5 + 0 0 0 4 9 2 X ( 1 ) 式中：D一氯离子扩散系数 ( 1 0 - 9 e m 2 s ) ； 一6 h导 电量 ( C ) 。 表 3 粉煤灰混凝土抗氯离子渗透试验结果 从表 3可以看出，无论是单掺熟石灰还是单掺硫酸 盐，粉煤灰混凝土 6 h电通量和氯离子扩散系数均小于未 掺激发剂的粉煤灰混凝土，如激发剂掺量为 5 时，掺熟 石灰的粉煤灰混凝土 6 h电通量和氯离子扩散系数分别减 小 1 9 6 和 1 5 8 ，掺硫酸钠的粉煤灰混凝土 6 h电通量 和氯离子扩散系数分别减小 2 8 8 和 2 3 4 ；而且随着 激发剂掺量的增加，粉煤灰混凝土 6 h电通量和氯离子扩 散系数总体呈减小趋势。单掺硫酸钠的粉煤灰混凝土 6 h 电通量和氯离子扩散系数要低于单掺熟石灰的粉煤灰混 凝土。 表 3显示，双掺熟石灰和硫酸钠时，粉煤灰混凝土 6 h电通量和氯离子扩散系数均小于未掺激发剂的粉煤灰 混凝土，如双掺激发剂为 5 时，粉煤灰混凝土 6 h电通 量和氯离子扩散系数分别减小了 3 8 7 和 3 1 4 ；而且 随着激发剂掺量的增加，粉煤灰混凝土 6 h电通量和氯离 子扩散系数逐渐减小。 比较单掺熟石灰、单掺硫酸钠、双掺熟石灰和硫酸 钠的粉煤灰混凝土氯离子渗透试验值可以发现，双掺熟 1 4 CoAL ASH 2 2 01 5 石灰和硫酸钠的粉煤灰混凝土抗氯离子渗透性能最好。 这可能是因为双掺熟石灰和硫酸钠，不仅能够激发粉煤 灰的活性，而且能够补充一定数量的钙离子，生成更多 的水化产物，提高了粉煤灰混凝土的密实性，增加了粉 煤灰混凝土抗氯离子渗透的能力。 3 结 论 ( 1 ) 无论是单掺熟石灰、单掺硫酸钠，还是双掺熟石 灰和硫酸钠，粉煤灰混凝土的抗压强度和抗氯离子渗透 能力均比未掺激发剂的粉煤灰混凝土有所提高。 ( 2 ) 单掺熟石灰或单掺硫酸钠时，随着掺量的增加， 粉煤灰混凝土的抗压强度和抗氯离子渗透能力总体呈逐 渐增大的趋势。双掺熟石灰和硫酸钠时， 随着掺量的增加， 粉煤灰混凝土的抗压强度呈先增大后减小的趋势，而粉 煤灰混凝土抗氯离子渗透能力逐渐增强。 ( 3 ) 对于改善粉煤灰混凝土的抗压强度和抵抗氯离子 的渗透能力，双掺熟石灰和硫酸钠的效果最好，其次是 单掺硫酸钠，单掺熟石灰的效果较差。 ( 4 ) 综合考虑粉煤灰混凝土的抗压强度和抗氯离子 渗透能力，采用双掺熟石灰和硫酸钠，且掺量为 2 5 的 掺配方案最佳。 参考文献 1 】金南国， 宋容光， 王荣富， 等 F J 1 型激发剂在大掺量粉煤灰高强混凝土 中的应用试验研究 混凝土， 2 0 0 4 ， 1 8 1 ( 1 1 ) ： 3 5 3 7 2 何廷树， 卫国强， 方程式 激发剂种类对不同粉煤灰掺量的水泥胶砂强 度的影响， 混凝土， 2 0 0 9 ， 2 3 5 ( 5 ) ： 6 2 6 4 【 3 吴纯超， 杨海龙， 孔祥明， 等 化学剂复合激发剂对大掺量粉煤灰水泥砂 浆早期力学性能的影响f J ， 混凝土， 2 0 1 0 ，2 5 0 ( 8 ) ： 1 1 0 1 1 2 4 冯乃谦， 邢锋 高性能混凝士技术 M】 北京： 原子能出版社， 2 0 0 0 收稿 日期： 2 0 1 4年 9月 2 3日