粉煤灰、矿粉对高性能混凝土渗透性的影响.pdf

2 0 1 3年 第 1 1期 (总 第 2 8 9 期 ) Nu mb e r 1 1 i n 2 01 3 ( To t a l No 2 8 9) 混 凝 土 Co n c r e t e 原材料及辅助物料 M ATE RI AL AND ADM I NI CL E 粉煤灰、 矿粉对高性能混凝土渗透性的影响 李斯祺 ，孟振亚 ，张守治 ( 1 重庆建丁新型建材有 限公司，重庆 4 0 0 0 0 0 ；2 江苏博特新材料有限公司，汀苏 南京 2 1 0 0 0 8 ) 摘要： 采用氯离子扩散系数 、 电通量、 气体渗透性 系数 以及毛细管 吸附 4种渗透性测试方法研究粉煤灰和矿粉对高性能混凝 土的渗透性能影 响规律。 结果表明粉煤灰掺人后 ， 对混凝土的早期渗透性能起负效应 ， 对混凝土的后期渗透性能起正效应 ； 矿粉 掺入后不但能改善混凝土的早期渗透性能， 而且也能提升混凝土后期的抗渗性能； 3 种混凝土的氯离子扩散系数与电通量 、 气体 渗透性， 毛细管吸水率之间存在一定的相关性。 关键词： 氯离子扩散系数；气体渗透性系数 ；毛细管吸附率；相关性 中图分类号： T U 5 2 8 0 4 l 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 3 ) 1 1 一 O l 】 9 0 3 E ffec t of f l y as h a nd s l ag on t he per m e abi l i t y of hi gh per f or m a nce c onc r et e LSi qi ， MENG Z he n ya 2 , ZHANG S ho u z hi ( 1 Ch o n g q i n g Co n s t r u c t i o n Ne w Bu i l d i n g Ma t e r i a l s Co ， L t d ， Ch o n g q i n g 4 0 0 0 0 0 ， Ch i n a 2 J i a n g s u Bo t e Ne w Ma t e r i a l Co ， L t d ， Na n j i n g 2 1 0 0 0 8 ， Ch i n a) Ab s t r a c t ： F o u r t e s t me t h o d s o f p e r me a b i l i t y， s u c h a s c h l o r i d e d i f f u s i o n c o e ffi c i e n t ， e l e c t r i c fl u x， g a s p e r me a b i l i t y c o e ffi c i e n t a n d c a p i l l a r y a b s or pt i o n r a t e， we r e u s e d t o s tudy p e rm e a bi l i t y o f c o n c r e t e wi t h i n fly a s h a nd s l a gEx pe r i me n t a l r e s u l t s s h owe d t h a t ， c o mpa r e d t o t h e r e f e r e n c e c o n c r e t e， t he i n c o rpo r a t i o n o f 3 0 fly a s h c a n i n c r e a s e the c o nc r e t e p e r me a b i l i t y a t e a r l y d a y s ， a n d c a n d e c l i ne t h e c o n c r e t e pe r me a b i l i ty a t l a t e r d a y s Un d e r t h e s a me c o n d i t i o n s ， i n c o rpo r a t i o n o f 4 5 s l a g c a n i mp r o v e the i mp e r me a b i l i ty o f c o n c r e t e at the a l l t e s t i n g a g e s Ch l o r i d e d i f f us i o n c o e ffic i e n t s ho we d g oo d c o r r e l a t i on wi th e l e c t r i c flu x， g a s pe r me a b i l i t y c o e ffi c i e n t a n d c a pi l l a r y a bs o r pt i o n r a t e， wh i c h c o n c r e t e wi t h o r wi t h o ut mi n e r a l a d mi x t u r e s g t h； t e s t ； pe r f o rm a n c e； a p pl i c ati on K e y w o r d s ： c h l o r i d e d i f f u s i o n c o e ffi c i e n t ； g a s p e rm e a b i l i t y c o e ffi c i e n t ； c a p i l l a r y a b s o rpt i o n r a t e ； c o r r e l a t i o n s 0 引言 1 原材料 、 配合 比和试验方 法 随着混凝 土技术的进步 ， 混凝土制备 的可变因素越来 越多 。 各 种矿物细 掺料和高性 能减水剂作 为基本 材料组 分 ， 更增 加了混凝土耐久性影响因素 的复杂性 1 _ 3 _ 。 尽管影 响因素很多， 但归根结底， 都与水或者其他有害液体或气 体向其内部传输的难易程度有关， 通常认为混凝土的渗透 性是评价其耐久性 的重要指标 ， 因此研究混凝土的渗透性 对提高混凝土的耐久性具有重要意义 。 作为配制高性能 混凝土不可或缺 的组分之一 ， 粉煤灰 、 矿粉等矿物掺合料 对高性能混凝 土渗透性能的影响规律已有诸多报道 ， 但不 同研究者之间存在着明显不一致 的结论 ， 且 目前 的研究 主要集中一种单一的测试方法研究混凝土渗透性能。 由于 混凝土渗透性主要包括透水性 、 透气性和透离子性等性能 ， 因此在研究混凝土渗透性时应采用多种渗透性测试方法 才能综合评价混凝土的抗渗性能 。 本试验采用氯离子扩散 系数 、 电通量 、 气体渗透性系数 以及毛细管吸附 4种渗透 性测试方法综合评价粉煤灰和矿粉对高性能混凝土 的渗 透性能影响规律 。 收稿 日期 ：2 0 1 3 - 0 5 0 5 1 1 原材料 水泥采用金宁羊 P I I 4 2 5 级水 泥， 其标准稠度用水量 2 5 2 ； 粉煤灰采用南京 电热厂 I 级粉煤灰 ， 需水比 9 1 0 ， 比表面积 3 2 0 m a k g ； 矿粉采用江南粉磨公 司生产 $ 9 5 级矿 渣微粉 ， 流动度 比为 l l 1 ， 比表面积 4 3 0 m 2 k g 。 原材料化 学组成( 本文中的含量 、 组成 、 掺量等均为质量分数) 见表 1 。 粗 集料为江苏句容产 5 2 0 m m 连续级配 的玄武岩碎石 ， 细集料为细度模数为 2 6 0的河砂 ， 减水剂为江苏博特新材 料有 限公 司生产的聚羧酸系高效减水剂 P C A。 表 1 原材料的化学组成 原材料 C a O S i O 2 A 1 2 0 3 F e 2 0 3 Mg O S O 3 K 2 0 N a 2 0 水 泥 6 4 1 1 2 0 6 0 5 0 3 4 3 8 1 4 6 1 7 2 0 5 3 0 3 6 粉煤灰 1 6 2 5 6 2 0 3 3 1 0 4 5 9 0 5 5 O 9 0 0 7 8 0 2 4 矿 渣 3 1 4 0 3 6 5 0 2 0 3 0 1 5 4 5 3 1 2 5 0 O 4 3 0 2 9 1 2配合 比 为了研究粉煤灰 、 矿粉对高性能混凝土渗透性的影 响， 试 验给 出了 3 组配合比 ： 不掺矿物掺合料 的基准混凝土 11 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 配合 比； 掺 3 0 粉煤灰 的混凝土配合 比； 掺 4 5 矿粉 的混凝土配合 比。 具体配合比如表 2 所示。 表 2 试验用混凝土配合比 k g m 注 ： 水胶 比 0 3 7 ， 砂率 3 9 。 1 3试 验 方 法 电通量试验参照AS T MC 1 2 0 2 进行， 其测试电压为 6 0 V， 通电时间为 6 h o 将养护一定龄期 的混凝土试件先真空饱 水 2 4 h 后 ， 轴向施加 6 0 V直流电压 ， 试件两端 的正负极两 侧的电解池内分别放置浓度为 0 3 mo l L的 N a O H溶液和 3 的 N a C 1 溶液， 在试验开始后 ， 记录初始 电流并每隔 5 m i n 测量一次通过试块的电流 ， 持续 6 h ， 根据 6 h 通 电时 间内 电流变化计算总电量 Q。 氯离子扩散系数试验参照德国 A a c h e n 业大学建筑材 料研究所提出的氯离子电迁移快速试验方法 。 将养护一定 龄期 的混凝 土试件切割制成 d ) 1 0 0 m mx 5 0 m m 的标准试 件 ， 试验测试前对试件进行真空饱水 2 4 h 。 将试件装入橡 胶筒 内， 用两个环箍施加扭矩 固定 ， 使试件的侧 面处于密 封状态 。 将装有试件的橡胶简装到试验槽 中， 安好 阳极板 ， 在橡胶筒 中注入约 3 0 0 mL的 0 2m o l L的 K O H溶液 ， 使 阳性板 和试 件表面均浸没 于溶 液中 。 在试验槽 中注入含 5 N a C 1 的 0 2 mo l L的 K O H溶液， 直至与橡胶筒中溶液平 齐。 接通 3 0 V的直流电源 ， 根据初始电流确定通电时间。 通 电完毕 ， 取 试件 ， 在压力机上将其劈成两半 ， 并在劈开的 试件表面喷涂 0 1 mo l L的 A g N O 溶液 ， 测量氯离子渗透深 度 ， 计算氯离子扩散系数。 毛细管吸附试验参照 AS T MC 1 5 8 5 进行 ， 把养护到一定 龄期的试块放人 5 0烘箱中 ， 烘干至恒重 ， 记 录试样 的质 量 ， 精确到 0 0 1 g ， 量取浸水面直径 和宽度 ， 精确到 0 1 mm。 保 留两侧面 ， 其余面用石蜡材料密封 ， 然后放入容器 中， 背 水面表面覆盖一塑料薄膜 ， 试验在( 2 0 + 1 ) 温度条件下进 行 。 测定 0 、 1 、 2 、 4 、 6 、 1 2 、 2 4 、 5 6 h时间的毛细管吸水量 ， 然后 用线性 回归分析的方法 ， 对毛细管吸附量 I 与 S 时间进行 相关性分析 ， 确定毛细管吸附率( m m s ) 。 气体渗透性试验采用 T o r r e n t 渗透性测试方法 ， T o r r e n t 渗透性测试装置是有 内外两个真空室 ， 用压力传感器平衡 内外 室的压力 ， 根据 内外室压力 的改变 ， 估计混凝土的孔 隙率 ， 计算混凝土的透气性系数 K T 。 采用 1 5 0 m mx 1 5 0 mm x 3 0 0 mm的立方体试件 ， 将养护到 7 、 2 8 、 5 6 、 9 0 d 龄期的测试 试件在 5 0先进行干燥 7 d 的预处理 ， 然后测试并计算试 件的空气渗透性 。 2 试验 结果与分析 2 1 电通量与初始 电流 图 1 分别给 粉煤灰 、 矿粉对标准养护 7 、 2 8 、 5 6 、 9 0 d 的混凝土试件 电通量和初始电流的影响结果 。 由图 1 可以 1 2 0 看 出， 3 组混凝 土试件的电通量和初始电流均随养护龄期 的延长而降低 ， 其 中内掺 3 0 粉煤灰混凝土的电通量和初 始电流随养护龄期 的延长的降低 幅度最 显著 。 对 比 3 组混 凝 土的电通量和初始 电流的试验数据可以发现 ， 与基准混 凝 土相 比， 掺入 3 0 粉煤灰后 ， 混凝土 7 、 2 8 d的电通量分 别从 2 3 7 3 6 、 9 3 5 6 C增大到 4 8 2 3 1 、 1 4 1 6 6 C ， 养护 5 6 d 时 ， 掺与不掺粉煤灰混凝土电通量基本相同， 养护 9 0 d 时 ， 掺粉 煤灰的混凝土 电通量 明显小于不掺粉煤灰的基准混凝土 与粉煤灰对混凝土电通量影响规律类似 ， 掺入 3 0 粉煤灰 后同样增大了混凝土早期的初始电流 ， 降低 了混凝 土后期 的初始电流。 由此表明粉煤灰对混凝土早期渗透性 能起负 效应 ， 对混凝土后期渗透 l生 能才起正效应。 相同条件下， 4 5 矿粉掺入后， 能明显降低混凝土 7 、 2 8 、 5 6 、 9 0 d的电通量及 初始电流。 产生这种现象的原因 ， 笔者认为， 与粉煤灰相比， 一 方面矿粉的火 山灰 活性更高， 对混凝土早期强度影响较 小 ； 另一方面矿粉细度更细 ， 其密实填充效应可 以细化毛细 孔径， 使结构体更加致密， 有利于降低混凝土的渗透 能 。 4 000 3 000 删 2 0 0 0 1 000 0 20O 1 50 髓 1 00 5 0 ： 匿 _广 _ 龄期 d ( a 1 电 通量 - _ ， 广 _ ， 2 56 90 龄 期 d m) 初始 电流 图 1 粉煤灰、 矿粉对混凝土电通量和初始电流的影响 2 2 氯离子扩散 系数 图2 给出粉煤灰、 矿粉对标准养护 7 、 2 8 、 5 6 、 9 0 d的混凝 土试件氯离子扩散系数 的影响结果。 南图 2可以看f 【 J ， 养护 龄期对 3 组混凝土试件的氯离子扩散系数均有较大的影 响， 其中对内掺 3 0 粉煤灰混凝土的影响效果最显著。 对 比 3 组混凝土的氯离子扩散系数的试验数据可以发现 ， 与基7 隹 混凝土相 比， 当掺人 3 0 粉煤灰时， 混凝土 7 、 2 8 d 氯离子扩 散系数分别增大了 8 8 9 、 3 2 ， 混凝土 5 6 、 9 0 d 氯离子扩散 系数分别降低了 2 6 8 、 4 6 5 ， 表明粉煤灰对混凝土早期抗 氯离子渗透性能不利 ， 对混凝土后期抗氯离子渗透性能有 利 ， 且养护龄期越长 ， 粉煤灰对混凝土抗氯离子渗透性 的改 善作用越明显。 当 4 5 矿粉等量取代水泥掺入混凝土后 ， 混 凝土 7 、 2 8 、 5 6 、 9 0 d 的氯离子扩散系数分别 比不掺矿粉的基 准混凝土相应值降低了 5 0 4 、 6 6 9 、 7 9 3 、 7 4 4 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m ， 2 6 9 U 龄 期 d 图 2 粉煤灰、 矿粉对混凝土氯离子扩散系数的影响 2 3 毛细管吸水率 图 3 给 粉煤灰 、 矿粉对标准养护 7 、 2 8 、 5 6 、 9 0 d的混 凝 土试件毛细管吸水率的影响结果 。 由图 3可以看出 ， 掺 3 0 粉煤灰的混凝土 7 d毛细管吸水率大于不掺粉煤灰 的 基准混凝 土的相应值 ， 养护 2 8 d 龄期后 ， 掺粉煤灰混凝土 的毛细管吸水率开始小于不掺粉煤灰的基准混凝土 同龄 期的相应值 ； 掺 4 5 矿粉 的混凝土 7 、 2 8 、 5 6 、 9 0 d的毛细管 吸水率均小于基准混凝土同龄期的相应值。 9 0 d 龄期时， 3 组 混凝土 的毛细管吸水率大小顺序为 ： 基准混凝土 掺 3 0 粉煤灰混凝土 掺 4 5 矿粉混凝土。 芒 宣 皇 褂 * 拙 器 ， 2 6 9 1 ) 龄期 ， d 图 3 粉煤灰 、 矿粉对混凝土毛细管吸水率的影响 2 4 空 气渗透 系数 已有的研究嗣 表 明干燥时间对混凝土气体渗透性有较 大 的影 响， 为 了保证混凝土干燥时 间的一致性 ， 将不 同养 护龄期 的混凝土试件在测试气体渗透性能前均预先干燥 7 d 。 图 4给出粉煤灰 、 矿粉对标准养护 7 、 2 8 、 5 6 、 9 0 d的混 凝土试件空气渗透 系数 的影 响结果 。 由图 4 可 以看 出 ， 掺 3 0 粉煤灰混凝土 7 、 2 8 d的气体渗 透系数 明显高于不掺 粉煤灰的基准混凝土， 而 5 6 、 9 0 d 的气体渗透系数则低于基 准混凝土的相应值 。 由此表明 ： 在混凝土干燥程度基本相同 的条件下 ， 掺人粉煤灰增大了混凝土早期 的气体渗透系数 ， 但降低了混凝土后期 的气体渗 透系数 。 与粉煤灰对混凝 土 气体渗透系数影 响规律不同 ， 掺 4 5 矿粉的混凝土各龄期 的气体渗透 系数均小于不掺矿粉的基准混凝土相应值 ， 表 明矿粉在早期就能明显改善混凝土 的气体渗透性能 。 2 5 相 关性 分 析 综合对 比分析图 1 4中的试验结果可以发现 ， 粉煤灰 对混凝 土早期 的电通量 、 氯离 子扩 散系数 、 气体 渗透性 系 数 以及毛细管吸附率的测试结果均表现 出负效应 ， 对混凝 土后期 的电通量 、 氯 离子扩散系数 、 气体渗透性 系数以及 毛细管吸附率 的测试结果均表现出正效应 ； 而矿粉对混凝 土 7 、 2 8 、 5 6 、 9 0 d的电通量 、 氯离子扩散系数 、 气体渗透性 宕 2 籁 蚓 世 7 2 6 9U 龄期 ， d 图 4 粉煤灰、 矿粉对混凝土空气渗透系数的影响 系数以及毛细管吸附率 的测试结果均表现 出正效应 。 由此 表 明， 电通量 、 氯离子扩散系数 、 气体渗透性 系数和毛细管 吸水率 4种测试方法在表征粉煤灰和矿粉对混凝土渗透 性能时 ， 存在明显的相关性 。 3结 论 ( 1 ) 粉煤灰对混凝土早期 的电通量 、 氯离子扩散 系数 、 气体渗 透性 系数 以及 毛细管 吸附率 的测试结果均表现 出 负效应 ， 对混凝土后期的电通量 、 氯离子扩散 系数 、 气体渗 透性系数以及毛细管吸附率的测试结果均表现 出正效应 ， 表明粉煤灰对混凝土抗渗性能改善作用主要发生在后期 。 ( 2 ) 矿粉 对混凝 土 7 、 2 8 、 5 6 、 9 0 d的电通量 、 氯离子扩 散系数 、 气体渗透性系数 以及毛细管吸附率的测试结果均 表现 出正效应 ， 表明矿粉对混凝土抗渗性能改善作用在早 期就开始展现 出来 。 ( 3 ) 以电通量 、 氯离子扩散 系数 、 气体渗透性系数 和毛 细管 吸水率 4 种测试方法来评价纯水泥混凝土 、 粉煤灰混 凝土和矿粉混凝土 3种混凝土渗透性能时 ， 测试结果存在 明显 的相关性 。 参考文献 ： 1 郭亮 矿物掺合料对混凝土渗透性的影响【 D 哈尔滨 ： 哈尔滨工 业大学 ， 2 0 1 0 【 2 王申进 ， 刘加根 ， 张守治 工业废渣在复合水泥中的应用研究I J I 混凝土 ， 2 0 1 1 ( 9 ) ： 6 2 6 4 I 3 J3 张守治 ， 汪守淳 ， 乔艳静 ， 等矿 物掺合料对高强混凝土塑性开 裂影响的研究【 J l_ 混凝土与水泥制品 ， 2 0 1 0 ( 5 ) ： 2 4 2 7 【 4 孟振亚 ， 刘加平 ， 刘建忠 ， 等 氯离子浓度对混凝土电通量试验 中测试指标的影响l J l _混凝土 ， 2 0 0 8 ( 1 2 ) ： 2 7 2 9 【 5 】孟振亚 ， 刘加平 ， 刘建忠 ， 等 矿物掺合料的掺入对混凝土抗氯 离子渗透性能影响的评价与研究 混凝土 ， 2 0 1 0 ( 7 ) ： 2 8 3 3 6 】 徐长伟 ， 高杰 ， 张阳 ， 等 利用正交设计方法分析矿物掺合料对 混凝土渗透性的影o NJ 混凝土， 2 0 1 2 ( 3 ) ： 1 0 1 1 0 3 【 7 张健 ， 李秋义 ， 杜俊 ， 等 矿物掺合料和再生骨料对高性能再生 混凝土渗透性的影响f J 1 _ 混凝土 ， 2 0 0 9 ( 2 ) ： 9 4 9 7 【 8 】 孟振亚 基于渗透性的混凝土耐久性研究【 D 南京： 南京工业大 学 2 0 0 9 作者简介： 李斯祺( 1 9 5 7 一 ) ， 男 ， 高级工程师。 联系地址： 重庆市经开区金开大道 1 5 9 6 # 9 F ( 4 0 0 0 0 0 ) 联系电话 ： 1 3 8 8 3 8 0 0 8 1 1 1 2l 5 0 5 0 一 、 g 。 一 衽 韫 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m