石粉对混凝土抗渗性能的影响.pdf

2 0 1 5年 第 1 2期 (总 第 3 1 4 期) Nu mb e r 1 2 i n 2 0 1 5 ( T o t a l No 3 1 4 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 原 材料及辅助物料 M ATERI AL AND ADM I NI CLE 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 5 1 2 0 2 3 石粉对 混凝 土抗渗 性能 的影响 肖佳 ，何彦琪 ， 郭 明磊 ，田承 宇 ，徐勇 ( 1 中南大学 土木工程学院， 湖南 长沙 4 1 0 0 7 5 ； 2 N7 k l 水电第八工程局有限公司科研设计院， 湖南 长沙 4 1 0 0 0 4 ) 摘要 ： 通过电通量法研究N -S 质石粉( 石灰石粉和大理石粉) 和硅质石粉 ( 花岗岩石粉和玄武岩石粉) 对混凝土抗渗性能的影 响 并用吸水动力学法测试了胶砂的吸水率和平均孔径 。 结果表 明， 石粉掺量在 1 0 - 3 0 范围内， 2 8 d 龄期 昆 凝土电通量随着石 粉掺量增加而逐渐增大 ， 掺石灰石粉、 大理石粉、 花 岗岩石粉和玄武岩石粉混凝土电通量较未掺石粉的混凝土电通量增大范围分 别为4 5 0 7 5 2 、 1 7 9 4 6 9 6 、 2 3 2 4 9 4 和 3 2 7 一 6 4 4 。 2 8 d龄期胶砂的吸水率与平均孔径也 随石粉掺量的增加而增 大 ， 掺量在 1 0 3 0 范围内时 ， 掺石灰石粉 、 大理石粉 、 花岗岩石粉和玄武岩石粉胶砂试件平均孔径较未掺石粉的胶砂平均孔径 增大范围分别为 1 8 8 3 4 6 、 8 8 一 1 9 8 、 1 5 4 3 4 6 和 1 6 8 3 9 4 。 石粉降低混凝土抗渗性能与其导致胶砂孔结构粗 化有着较好的对应关系。 关键词 ： 石粉 ； 抗渗性能 ； 电通量 ； 孔结构 中图分类号 ： T U 5 2 8 0 4 1 文献标志码： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 5 ) 1 2 0 0 8 9 0 4 E ff e c t o f g r o u n d s t on e p o wd e r o n i mp e r me a b i l it y o f c o n c r e t e XI AO J i a ， HE Ya n q i ， GUO Mi n gl e i ， T I AN Che n g yu ， XU Yo n g ( 1 S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e ri n g ， C e n t r a l S o u t h U n i v e r s i t y ， C h a n g s h a 4 1 0 0 7 5 ， C h i n a ； 2 R e s e a r c h a n d De s i g n I n s t i t u t e o f C h i n a Hy d r o p o we r E n g i n e e r i n g B u r e a u 8 Co ， L t d ， C h a n g s h a 4 1 0 0 0 4， Ch i n a ) Ab s t r a c t ： T h e i n fl u e n c e o f g r o u n d c a l c are o u s s t o n e p o wd e r ( g r o u n d l i me s t o n e a n d g r o u n d ma r b l e ) a n d g r o u n d s i l i c e o u s s t o n e p o wd e r ( g r o u n d g r a n i t e and g r o u n d b a s alt ) o n the i mp e r me a b i l i t y o f c o n c r e t e we r e s t u d i e d b y e l e c t r i c fl u x me tho d， a n d t h e wa t e r a b s o r p t i o n a n d a v e r a g e po r e d i a me t e r o f the mo r t ars wa s me a s u r e d a c c o r d i ng t o the r e s ul t s o f c a pi l l a r y a d s o r p tio n t e s t Th e r e s u l t s s h o w tha t the e l e c t ric flux o f the c o nc r e t e a n d the wa t e r a bs o rpt i o n a n d a v e r a g e p o r e d i a me t e r o f t h e mo r t a r s i n c r e a s g r a d ua l l y wi th t h e g r o un d s t o n e po wd e r c o n t e n t i n c r e a s i ng a t the a g e o f 2 8 d W h e n the g r o u n d s t o n e p o wd e r c o n t e n t wa s i n th e r a n ge o f 1 0 -3 0 ， t h e e l e c tri c fl ux of the c o n c r e t e wi th g r o u n d l i me s t on e， g r ou n d marbl e， g r o u n d g r a n i t e o r gro u n d b a s a l t i n c r e a s e d b y 4 5 O -7 5 2 ， 1 7 9 -4 6， 2 3 2 -4 9 4 a n d 3 2 7 - 6 44c o mp a r e d wi th t h e c o n c r e t e wi tho u t g r ou n d s t o n e p o wd e r an d the a v e r a ge p o r e d i a me t e r o f the mo r t ars wi th g r o u n d l i mes t o n e， g r o un d marb l e， g r o u n d g r a n i t e o r g r o u n d b a s alt i n c r e a s e d by 1 8 8 3 4 6 ， 8 _ 8 一1 9 8 ， 1 5 4 -3 4 6 an d 1 6 8 -3 9 4 c omp a r e d wi th the mo rtar s wi t h o ut g r o u n d s t o n e p o wd e r Ke y wor ds： g r o u n d s t o n e p o wd e r； i mp e rm e a bi l i t y； e l e c t r i c flux； p o r e s t r u c t u r e 0 引言 随着混凝土应用技术的发展 ， 绿色高性能化 是未来混 凝土 的发展方 向， 作为其 重要 组成成分 ， 矿物掺 言料起着 至关重要 的作用。 粉煤灰、 矿粉因产地及资源受到限制 ， 无 法满足 日益增长的混凝土工程需求 ， 而岩石的开采及骨料 破碎过程产生 的大量石粉 具有 资源 丰富 、 价 格低廉 等优 点， 研究开发其作为混凝土矿物掺合料具有重大意义。目 前 ， 石粉尤其石灰石粉 在混凝 土 中已有较 多的应用研 究 ， 多数研究指出， 一定掺量的石灰石粉可改善水泥浆体的泌 水 、 离析现象 ， 提 高 自密实 混凝 土 S C C拌 合 物 的流动 速 度 ， 改善 其流 变性 能 ， 提高水 泥 混凝 土和 胶砂 的早 期 强 度 。 石粉对混凝土耐久性能的影响研究较少 且存在争 议 ， 有研究指 出石粉对混凝 土抗 渗透性和抗冻 性不利 ， 随 收 稿 日期 ： 2 0 1 5 一O 卜 1 4 基 金项 目： 国家 自然科学基金项 目( 5 1 2 7 8 4 9 7) 着石粉掺量 的增加 ， 混凝土 的抗渗透性 能下降 ； 但 有 学者 认为一定 掺量的石粉虽会降低混凝土抗冻性 ， 但能提高混凝土的抗渗透性能。 作为表征混凝土耐久性的 重要指标 ， 研究清楚石粉对混凝土抗 渗性能 的影响对于扩 大石粉的应用范围具有重要意义。 为此 ， 本研究 了硅质 和 钙质石粉对混凝土抗渗透性能 的影响 ， 同时运用吸水动力 学 方法测试了石粉对水泥胶凝材料孔结构 的影响规律 ， 进而探讨了石粉对 昆 凝土抗渗性与孑 L 结构影响的相关I 生 。 1 试验材料及 试验 方法 1 1原材 料 水泥采用 中国联合水泥集 团有 限公司生产 的P I 4 2 5 级拉法基瑞安基准水泥 ， 其物理力学性能和化学成分分别 如表 1 、 2所示。 砂采用湘江河砂 ， 细度模数 2 4 ， 属 区中 89 砂。 试验用石采用 5 2 5 m m碎石。 石粉采用河北省灵 寿县 种石粉勃 氏比表面积均为 4 0 0 1 1 1 k g 。 外加剂采用武 汉华 生产 的石灰石粉、 大理石粉 、 花岗岩石粉和玄武岩石粉 ， 四 轩高新技术有 限公司生产的聚羧酸高效减水剂 。 表 1 水泥的物理力学性能 1 2试 验 方 法 混凝土 电通 量 的测定 按照 G B T 5 0 0 8 2 -2 0 0 9 普通 混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准 进行， 按表 3 所示试验配合 比成型尺寸为 1 5 0 m m 1 5 0 m m 1 5 0 m m 的混凝土试件 ， 标准养护至 2 1 d龄期时加工成标准尺寸 试件 ， 在水 中养护至 2 8 d ， 进行 电通量试验。 孔结构的测定采 用 吸水 动力学法 m ， 按 表 4所 示配 合 比， 成型尺寸为 4 0 m m 4 0 mm 1 6 0 mm 的胶砂试件 ， 表 3 混凝土试验配合比 注： M0为胶砂试验基准组。 90 测定 2 8 d的孔 隙特征。 待测龄期前两天 ， 试件放置烘箱 中 于 1 0 5 1 1 0 o e 干燥温度下烘干至恒重 ( 恒温时间 4 8 h ) ， 此 时材料失去全部物理吸附水 ， 测定试件绝干重量 M。 ， 然后 用静水力学天平 分别测定试件水 中浸泡 0 2 5、 1 、 2 4 h后 的质量 ， 记为 M 、 M。 和 M ( 取为最大 吸水值 ) 。 采用吸 水动力学对等温( 本研究 为 2 0) 条件下胶砂发生毛细孔 吸附过程建立一直 圆柱形毛细管模 型 ， 经勃罗赛尔对该模 型方程的研究指出其吸水曲线具有平稳 的指数 函数特征 ， 可表述为( 1 ) ： m =m ( 1一e ) ( 1 ) 式 中： m 时间 t ( h ) 时的质量 吸水率 ， m =( M 一 ) ( 为试件绝干重量 ， M 为试件吸水 时间 t 后质量 ) ； m 最大质量吸水率 ( 取 t = 2 4 h ) ； A 表征毛细孔 的平均孔 径 ， A ， 越 大 ， 材 料 的平 均孔径越大 ； 口 表征毛细孔径 的均匀性 ， 0 a1 ， 单毛细孔材 料 a= 1 ， a越小 ， 材料孔径越不均匀。 2试验结果与讨论 2 1 钙质石粉对混凝土抗渗透性能的影响 图 1 为钙质石粉对混凝土抗渗透性能的影响。 掺 置 图 1 石 灰石 粉和 大理 石粉 对 2 8 d混凝 土 电通量 的影 响 由图 1 可以看 出， 混凝土的 电通量随石灰石粉 和大理 石粉掺量的增加均呈现逐渐增大的趋势。 其中， 石灰石粉 掺量对混凝土电通量的影响大于大理石粉。 石灰石粉和大 理石粉掺量分别 为 1 0 、 2 0 、 3 0 时， 混凝 土电通量较未 掺石粉的混凝土电通量分别增大 了4 5 0 、 5 3 9 、 7 5 2 ， 1 7 9 、 3 1 4 、 4 6 9 。 这与文献 5 9 的研究成 果一致 ， 混凝土电通量随石粉含量的增加而增 大 ， 因为石粉水化活 性较低 ， 参与水泥水化反应 生成 的水化产物很少 ， 同时石 粉增加了混凝土的实际水灰 比和用水 量 ， 导致孔 隙率 和平 均孔径增大 ， 混凝 土抗渗透性能 下降。 由图 2可以看出 ， 水泥胶砂 2 8 d 龄期的质量吸水率和 平均孔径 随石灰石粉和大理石粉掺量的增加 而逐渐增大 ， 石灰石粉 和大 理 石 粉掺 量 分 别 为 1 0 、 2 0 、 3 0 时， 水 泥胶砂试件 的平 均孔 径相 对基 准组 分别 增 大 了 1 8 8 、 2 6 4 、 3 4 6 ， 8 8 、 1 7 4 、 1 9 8 。 这表明钙质石 粉的掺 入产生了对混凝土不利 的稀 释效 应 ， 即水泥浆 的量减少 ， 仅有少量 的 c s H凝胶生成以填充孔 隙， 平均孔径较基准 组增大。 2 掺 量， ( a ) 石灰石和大理石粉掺量对2 8 d 水泥胶砂平均孔径的影响 U 5 l U l ZU Z jU 掺量， ( b ) 石灰石粉和大理石粉掺量对2 8 d 水泥胶砂吸水率的影响 图2石灰石粉和大理石粉掺量对2 8 d水泥胶砂 平均孔径和吸水率的影响 2 2 硅质石粉对混凝土抗渗透性能的影响 由图 3可以看出 ， 混凝土电通量随花 岗岩石粉和玄武 岩石粉掺量的增加呈逐渐增大 的趋势 。 在相 同掺量下 ， 掺 花 岗岩石粉的混凝土 电通量小 于掺玄 武岩石粉的混凝土 电通量。 花岗岩石粉和玄武岩石粉掺量分别为 1 0 、 2 0 、 3 0 时 ， 混凝 土 电通 量较未掺 的分别 增大 2 3 2 、 4 2 7 、 4 9 4 ， 3 2 7 、 5 0 0 、 6 4 4 。 硅质石粉在水凝胶凝材料 中 仅起微集料效应 ， 与钙质石粉一样虽然能一定程度提 高混 凝土的密实度 ， 但却增加 了 昆 凝土 的用水量 ， 减少有效胶 凝组分的量 的同时增大了平均孔径 ， 使 昆 凝土抗渗透性能 降低。 J 蚓 图 3 花岗岩石粉和玄武岩石粉对 2 8 d混凝土电通量的影响 由图 4可 以看 出， 掺花 岗岩石粉和玄武岩石粉的水 泥 胶砂 2 8 d 龄期平均孔径和胶砂 吸水率 均随其 掺量 的增加 大致呈逐渐增大的趋 势。 石粉掺量相 同时 ， 掺花 岗岩石粉 的水泥胶砂平均孔径小于掺玄武岩石粉的。 花岗岩石粉和 玄武岩石粉掺量 分别 为 1 0 、 2 0 、 3 6 时 ， 水泥胶砂平均 孔径较未掺的分别增大 1 5 4 、 2 5 0 、 3 4 6 ， 1 6 8 、 2 8 8 、 3 9 4 。 即花岗岩或玄武岩石粉 的掺入均使水泥胶 砂的孔 隙率增大 ， 抗渗透性能下降。 这是 因为花 岗岩和玄 91 6 4 2 O 96 斟 * 武岩石粉具有明显 的稀释效应 ， 等量取代水泥后 ， 水泥 胶 砂的水化速率降低 ， 改变了胶砂 的水化程度 ， 增大 了孔 的 粗化程度 。 掺量 ( a ) 花岗岩和玄武岩石粉掺量对2 8 d 水泥胶砂平均孔经的影响 6 4 * 2 掺 量 ( b ) 花 岗岩和玄 武岩石 粉掺量对2 8 d 水泥 胶砂 吸水率 的影响 图4 花岗岩和玄武岩石粉掺量对2 8 d水泥胶砂平均 孑 L 径和吸水率的影响 石粉的掺人降低了混凝土的抗渗透性能 ， 石粉具有稀 释效应 ， 等量 取代水 泥后 ， 减 少 了水 泥量 ， 使 水化产 物减 少 ， 混凝土内部孔隙无法被较好 的填充 ， 导致 平均孑 L 径增 大， 有害孔增多 ， 抗渗性能降低。 2 马昆林， 龙厂成 ， 谢友均， 等 水泥一粉煤灰一石灰石粉复合浆 体的流变性能 J 硅酸盐学报， 2 0 1 3 ， 4 1 ( 5 ) ： 5 8 2 5 9 6 3 刘数华 石灰石粉对复合胶凝材料水化特征的影响 J 建筑材 料学报 ， 2 0 1 0 ， 1 3 ( 2 ) ： 2 1 8 2 2 1 r 4 刘数华 ， 阎培渝 石灰石粉对水泥浆体填充效应和胶砂孔结构 的影响 J 硅酸盐学报 ， 2 0 0 8 ， 3 6 ( 1 ) ： 6 9 7 7 5 袁航 石灰石粉对混凝 土性能的影响 D 长沙 ： 中南大学， 2 0 0 9 6 陈喜旺 石灰石粉对混凝土拌合物性能的影响 D 北京： 清华 大学 ， 2 0 1 0 r 7 - 郭育霞， 贡金鑫， 李晶 石粉掺量对混凝土力学性能及耐久性 的影响 J 建筑材料学报 ， 2 0 0 9 ， 1 2 ( 3 ) ： 2 6 6 2 7 1 8 T S I V 1 L I S S ， B A T I S G， e t a 1 P r o p e r ti e s a n d b e h a v i o r o f l i m e s t o n e c e me n t c o n c r e t e a n d mo r t a r J C e m e n t C o n c r e t e R e s e ar c h ， 2 0 0 0 ， 3 0 ( 1 O ) ： 1 6 7 9 1 6 8 3 9 曹鹏飞， 秦鸿根 ， 庞 超明 掺石灰石粉 自密实混凝土性能的研 究 J 施工技术 ， 2 0 0 5 ， 3 4 ( 增T U ) ： 3 5 4 3 1 0 李凤兰 ， 郭克亍， 徐阳洋 原状机制砂混凝土的氯离子渗透于 碳化性能试验研究 J 混凝土 ， 2 0 1 1 ( 1 2 ) ： 6 7 6 9 1 1 T S I V I L I S S ， B A T I S G， C H A N I O T A K I S E ， e t a 1 Pro p e r t i e s a n d b e h a v i o r o f l i me s t o n e c e me n t c o n c r e t e a n d mo rt a r 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 ， 2 0 0 0 ， 3 0 ( 1 O ) ： 1 6 7 9 1 6 8 3 3 结论 r 1 2 肖佳， 邓德华， 唇咸燕， 等 用粉煤灰改善石灰石粉混凝土的氯 ( 1 ) 石粉掺量 在 1 0 3 0 时 ， 混凝 土 2 8 d电通量 随 着石粉掺量增加而逐渐增大 ， 抗渗性能逐渐 降低 。 当石灰 石粉 、 大理 石粉 、 花 岗岩石 粉 和玄武 岩石粉 掺量 在 1 0 3 0 范 围内时， 对应混凝土 电通量较未掺石粉的混凝土 电 通量分 别增 大 了 4 5 0 7 5 2 、 1 7 9 4 6 、 2 3 2 4 9 4 、 3 2 7 6 4 4 。 ( 2 ) 石粉掺量在 1 0 3 0 时 ， 水泥 一石 粉胶砂 试件 2 8 d 吸水率与平均孔径随石粉掺 量的增加 而增 大， 当石灰 石粉 、 大理石粉 、 花 岗岩 石粉和玄武岩 石粉掺量 在 1 0 3 0 范 围内时， 对应胶砂试件平均孔径 较未掺石粉的胶砂 平均孔径增 大范 围分别 为 1 8 8 3 4 6 、 8 8 1 9 8 、 1 5 4 - 3 4 6 、 1 6 8 3 9 4 。 钙 质与硅质石 粉 的掺 入均 使水泥基材料的孔粗化。 ( 3 ) 石粉导致水泥胶砂平均孔径增大与其增大混凝土 2 8 d电通量有着良好的相关性， 掺入石粉导致水泥基材料 的孔粗化 ， 密实性下降 ， 混凝土抗渗透性 能随之降低。 离子扩散性 J 中南林业科技大学学报 ， 2 0 0 8 ， 2 7 ( 5 ) ： 7 9 8 2 1 3 3 马烨红 石灰石粉作混凝土矿物掺合料的研究 D 广州 ： 华南 理工大学， 2 0 0 7 1 4 熊远柱 ， 万慧文 石灰石粉对混凝土性能的影响 J 混凝土 ， 2 0 1 0 ( 9 ) ： 8 9 9 1 1 5 王雨利， 周明凯， 李北星， 等 石粉对水泥湿堆积密度和混凝土 性能的影响 J 重庆建筑大学学报 ， 2 0 0 8 ， 3 0 ( 6 ) ： 1 5 1 1 5 4 1 6 王稷良， 周明凯， 贺图升， 等 石粉对机制砂混凝土抗渗透性和 抗冻融性能的影响 J 硅酸盐学报 ， 2 0 0 8 ， 3 6 ( 4 ) ： 4 8 2 4 8 6 1 7 陈健中 用吸水动力学法测定混凝土的孔结构参数 J 混凝 土 ， 1 9 8 9 ( 6 ) ： 9 1 3 第 一作 者 参考文献： 联系地址 1 冯桂云， 曹双梅， 吴江源 石灰石粉取代粉煤灰在泵送混凝土 联系电话 中的试验研究 J 混凝土与水泥制品， 2 0 1 2 ( 1 2 ) ： 8 0 8 2 92 肖佳( 1 9 6 4一 ) ， 女 ， 教授， 博导 ， 从事高性能混凝土、 新 型建筑材料研究。 湖南省长沙市韶山南路 2 2 号 中南大学铁道学院土木 工程材料研究所( 4 1 0 0 7 5 ) 1 3 9 7 48 42 6 7 8