双掺粉煤灰和石灰粉对混凝土耐久性影响的试验研究.pdf

2 0 1 1年 第 7 期 (总 第 2 6 1 期 ) N u mb e r 7 i n 2 0 1 1 ( T o t a l N o 2 6 1 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 原材料及辅助物料 M ATERI AI AND AD M CL E 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 1 0 7 0 1 7 双掺粉煤灰和石灰粉对混凝土耐久性影响的试验研究 赵多苍，吴相豪，胡聪 ( 上海海事大学 海洋环境与工程学院， 上海 2 0 0 1 3 5 ) 摘要： 采用 A S T MC 1 2 0 2 法和快速冻融试验法， 研究了双掺粉煤灰和石灰粉对混凝土的氯离子渗透能力和冻融性能的影响。结果表 明： 当粉煤灰掺量恒定为 3 0 时， 混凝土抗氯离子渗透能力随着石灰粉掺量的增加逐渐减弱， 但影响并不显著， 双掺粉煤灰和石灰粉混凝 土仍然具有较强的抗氯离子渗透能力； 石灰粉等量取代水泥对混凝土抗冻能力的影响并不明显， 双掺粉煤灰和石灰粉混凝土的抗冻能力 较弱， 不宜用于有抗冻要求的地区。 关键词： 粉煤灰；石灰粉；混凝土；氯离子渗透；冻融 中图分 类号 ： T U5 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 1 ) 0 7 0 0 5 0 0 3 St udy of e xpe r i men t of i n f l uen c e on dur a bi l i t y o f c onc r e t e m i x e d w i t h f l y as h an d l i me po wder Z HAODu o c a n g， WUXi a n g - ha o， HU Co n g ( C o l l e g e o f O c e a nE n v i r o n me n t a n dE n g i n e e r i n g ， S h a n g h a i Ma r i t i meU n i v e r s i t y ， S h a n g h a i 2 0 1 3 0 5 ， Ch i n a ) Ab s t r ac t ： Th e i n flu e n c e o f fly a s h and l i me p o wd e r o n t h e c h l o r i d e i o n pe n e t r a t e a n d fre e z i n g t h a wi ng p e r f o r ma n c e o f c o n c r e t e i s i n v e s t i g a t e d b y t h e t e s t o f c h l o r i d ei o n r a p i d e l e c t ri c t r a n s p o r t ( AS T M C1 2 0 2 ) a n do f a c c e l e r a t e dff e e mn g a n dt h a wi n g T h e r e s u l t s s h o we dt h a t ： wh e nfl y a s hi s a 3 0 o fc o n s t a n t ， 、 v i t h l i me s t o n e p o wd e r c o n t e n t i n c r e a s i n g， t he r e s i s t a n c e t o c hl o rid e i o n p e n e t r a t i o n o f c o n c r e t e i s g r a d u a l l y we a k e n i n g， b u t the e f f e c t i s n o t s i g n i fi c an t ； the c o n c r e t e mix e d wi l fl y a s h a n d l i me p o wd e r h a s s t i l l a s o n g a b i l i ty t o r e s i s t c h l o r i d e i o n p e n e t r a t i o n ； t h e e ff e c t s o n r e s i s t a n c e t o fr e e z i n g -t h a wi n g o f c o n c r e t e i s n o t o b v i o u s b y l i me p o wd e r i n p l a c e o f c e me n t ； t h e r e s i s t anc e t o fr e e z i n g -tha wi n g o f c o n c r e t e mi x e d wi l fly ash a nd l i me p o wd e r i s we a k an d s h o u l d n o t b e u s e d f o r a r e a s wh e r e the r e s i s t a n c e t o fre e z ing t ha wi n g a r e r e q u i r e d Ke yw or ds： flya s h； l i mepo wd e r ； c o n c r e t e ； c h l o rid ei o np e n e t r a t e； fre e z ing t h a wi n gp e r f o r man c e 0 引言 混凝土材料是当今用量最大、 用途最广泛的建筑材料， 据统 计， 每年全世界的耗用量接近 1 0 0亿 t ， 不仅大量消耗能源和矿 石资源， 而且对环境造成严重污染。 采用各种工业废料生产建筑 材料， 既可以减少水泥的用量 ， 又能改善混凝土性能， 已成为建 筑科学发展的一个重要方向。 粉煤灰因其良好的形态效应、 活 性效应及微集料效应已广泛用于建筑工程领域。 王稷 良、 王雨利 等【1 研究了粉煤灰和矿粉对高强混凝土耐久性的影响， 结果表 明： 粉煤灰和矿粉均可明显改善混凝土抗氯离子的渗透性能， 矿 粉比粉煤灰的作用更加显著 ， 且随掺合料取代量的提高， 混凝 土抗氯离子渗透性能提高。 何智海、 刘运华等圆 研究了双掺粉煤 灰和石灰石粉对混凝土抗冻融性能的影响， 结果表明： 双掺1 0 粉煤灰和 1 0 石灰石粉的混凝土各龄期抗压强度均高于普通 混凝土， 其抗冻融性能接近普通混凝土。 杨钱荣、 张树青 、 杨全 兵等3 1做了掺钢渣一 矿渣一 粉煤灰复 1 合微粉混凝土性能研究 ， 结果表明： 在同水胶比下， 复合微粉等量取代水泥后， 可有效降 低混凝土的干燥收缩 ， 且混凝土的抗氯离子渗透性能显著提高。 现有研究表明4 1 ， 将石灰石煅烧生成的石灰粉掺入粉煤灰 ， 可以 起增钙作用 ： 粉煤灰中活性 S i O 、 活性 A1 2 0， ， 在石灰水化生成 的 C a ( O H) ： 的激发下发生水化反应 ， 生成水化硅酸钙凝胶 、 水 化铝酸钙。 有关双掺粉煤灰和石灰粉影响混凝土性能的研究成 果还鲜见报道 ， 本研究采用 AS T M C1 2 0 2 法和快冻法研究双掺 粉煤灰和石灰粉对混凝土耐久性的影响。 1 试验 1 1 原材料及配合比 水泥： P O 4 2 5级海螺牌水泥， 化学组成见表 1 ， 水泥的主 要物理力学性能： 初凝时间为 7 0 mi n ； 终凝时间为 1 4 5 m i n ； 7 d 抗压强度为 3 1 5 MP a ； 7 d抗折强度为 3 1 9 MP a 。 粉煤灰 ： I I 级 粉煤灰 ， 4 5 Ix m筛的筛余为 1 4 8 ， 需水量比为 9 8 6 ， 烧失量 为 5 7 9 ； 石灰粉： 上海金山生产的生石灰 ， 在室内空气中自然熟 化而成的粉末； 天然骨料： 连续级配辉绿岩碎石， 粒径为5 2 0 li u n ； 细骨料： 河砂 ， 细度模数为 2 8 2 ； 水： 饮用水。 表 1 水泥 的化学组成 化学成分 S i O 2 A 12 O 3 F e 2 O 3 Mg O C a O S O 3 T i O 3 含量 2 1 4 5 8 2 5 1 6 6 1 8 3 8 0 4 本次试验按普通混凝土设计规程进行配合比设计 ， 粉煤灰 等量取代水泥率为 3 0 ， 石灰粉等量取代水泥率见表 2 ， 水灰比 为 0 5 6 。 试验中采用的各组混凝土配合比见表 2 。 1 2试验 方 法 ( 1 ) 孔隙率测试。 混凝土孔隙率采用“ 可蒸发水含量法” 嘲 测 收稿 日期 ：2 0 1 1 _ J o 1 1 4 基金项 目： 上海海事大学科研基金项 目( 2 0 1 o 0 O 7 3 ) ； 上海市本科教育高地建设项目( B 2 1 o 0 0 8 G) ； 上海海事大学重点学科建设项目( A 2 0 1 0 0 3 0 ) 5 0 表 2 混凝土配合比 k g m 序号石 灰粉取代率 水泥粉煤灰石灰粉水 砂石子 定。 对标准养护 2 8 d的混凝土试件进行真空饱水， 然后将饱水试 件放入烘箱中， 在 1 0 5的温度下烘干至恒重 ， 根据混凝土试 件饱水后的质量与烘干至恒重时的质量， 求得混凝土孔隙率。 假 定饱水混凝土试件质量为 ， 失水后试件质量为 ， 则混凝土 对应的体积孔隙率P由式( 1 ) 求得： p = V ( 一 Mi ) 。 P 。 j p w x l 0 0 ( 1 ) 式中： 被测混凝土中孔隙体积； 。 被测混凝土体积； p 混凝土密度； p 水的密度 。 ( 2 ) 氯离子渗透试验( AS T M C 1 2 0 2法) 。 AS T M C 1 2 0 2直流 电量法的试验装置见 图 1 。 混凝土试件采 用 q b l 0 0 mmx l 0 0 r f l n 3 的圆柱体， 标准养护2 8 d后， 在试件两端各切除 2 5 ml n制成标准 试件，将标准试件进行真空饱水后安装在两端安置铜网电极的氯 离子渗透仪上， 并用玻璃胶密封接 口处。 在正极端注入 0 _3 mo l L 的Na O H溶液， 负极端注入 3 的 Na C I 溶液， 试验在 6 0 v电压 下进行 ， 每隔 3 0 mi n记录一次电流， 持续 6 h ， 计算 6 h通过的 总电量， 用来评定混凝土的抗氯离子渗透性司 。 0 a C l 溶 液 图 1 A S TM Cl 2 0 2直流电量法测试装置简 图 根据混凝土 6 h总导电量， 可以计算出氯离子扩散系数。 根 据氯离子扩散系数， 可以评价钢筋混凝土结构的耐久性。 氯离子 扩散系数与导电量的关系表达【 如式( 2 ) ： Y = 2 5 7 7 6 5 + 0 0 0 4 9 2 X ( 2 ) 式中： l ， 氯离子扩散系数， 1 0 c m2 s ； 6 h 总导 电量 ， C 。 ( 3 ) 快速冻融试验。 本冻融试验方法是按照 G B J 8 2 8 5 普 通混凝土长期性能和耐久性试验法 中抗冻性能试验的“ 快冻 法” 进行的。 试验设备是由无锡市华南试验仪器有限公司制造的 D R 2 C型混凝士陕速冻融试验箱。 快冻法采用 1 0 0 m mx l 0 0 I n T l X 4 0 0 mn l 棱柱体试件在水中养护 2 8 d ， 试验前将试件从水中取出， 擦去表面水后测量自振频率， 并称取质量， 作为评定抗冻性的起 始值。 将试件放试验箱中进行冻融。 每冻融循环一次历时 4 - 5 h ， 试件中心温度分别控制在( 一 1 7 + 2 )和( 8 2 ) 。 2 5次冻融循 环后将试件取出， 测量 自振频率和质量， 计算相对动弹性模数、 质量损失率、 强度损失率。 2 试验结果 与分析 2 1 孔 隙率 双掺粉煤灰和石灰粉混凝土孔隙率试验结果见图 2 ( 混凝土 时间龄期为 2 8 d ) 。 从图 2 可以看出， 当粉煤灰掺量恒定为 3 0 ， 石灰粉掺量为 0时， 孔隙率最小， 为 1 4 5 ； 石灰粉掺量为 1 0 时， 孔隙率达到最大值 ， 为 1 5 6 ； 而石灰粉掺量为 1 5 时， 孔 隙率减小至 1 4 7 ， 混凝土孑 L 隙率随着石灰粉掺量的增加是先增 大后减小， 石灰粉等量取代水泥改变了混凝土的孔隙率。 1 6 1 5 蓬 篓 s 1 4 1 4 0 5 1 O 1 5 石灰粉掺量， 图 2 石灰粉对粉煤灰混凝土孑 L 隙率的影响 2 2 氯离子渗透 不同石灰粉掺量下粉煤灰混凝土 6 h导电量的实测值见表 3 。 从表 3的试验结果可以看出， 2 8 d 龄期的混凝土试件， 其 6 h 导 电量及氯离子扩散系数均随着石灰粉掺量的增加而增大 ， 混凝 土抗氯离子渗透能力减弱。 这是因为石灰粉取代水泥后， 使得混 凝土内部孔隙率增大、 孔结构发生变化的缘故。 混凝土导电量大 小是通过测定混凝土电导( 或电阻) 计算出来的， 而影响混凝土 电导的因素很多， 孔隙率是一个主要因素， 孑 L 径级配、 孑 L 隙连通 情况 、 孔溶液电导性能等因素对混凝土电导也有影响， 所以有 可能出现孔隙率减小而导电量却增加的情况。 表 3混凝土 的导 电量及氯离子扩散系数 试件号 水 水 量 电 美国按 AS T MC 1 2 0 2标准， 测定混凝土 6 h导电量 ， 根据 导电量的大小对混凝土进行分类， 见表 4 。 从表 3的试验结果可 以看出， 当石灰粉等量取代 1 5 的水泥时， 混凝土试件 6 h导电 量为 1 1 8 5 5 C， 对照表 4可知 ， 尽管该混凝土试件的水胶比为 O 5 6 ， 仍具有较强的抗氯离子渗透能力； 另外试验结果还显示 ， 随着石灰粉掺量增加 ， 混凝土导电量相差不大 ， 说明石灰粉掺 量对混凝土抗氯离子渗透能力的影响并不显著。 表 4 A S TMC 1 2 0 2导电量及 其对混凝土分 类 51 2 3抗 冻性 混凝土试件经过 2 5 次冻融循环试验后的自 振频率 、 质量及 抗压强度实测值见表 5 。 从表 5 可以看出， 当粉煤灰掺量恒定为 3 0 、 石灰粉掺量由 0 增加到 l 5 时， 混凝土试件的相对动弹性 模量先是先减小后增大， 石灰粉掺量为 1 5 时， 混凝土试件的相 对动弹性模量达到最大值， 为 8 3 - 3 ； 混凝土试件的强度损失率 则是先增大后减小， 石灰粉掺量为 0时， 混凝土试件的强度损失 率最小， 为 3 9 4 。 将混凝土孔隙率试验结果( 图2 ) 与混凝土冻 融循环试验结果( 表 5 ) 对比可以发现 ， 混凝土试件的相对动弹性 模量损失率和强度损失率的变化规律与其孔隙率的变化规律相 似，产生这种现象可能是石灰粉等量取代水泥后改变了混凝土 孔隙率和内部孔隙结构的缘故。 另外， 试验结果还显示， 石灰粉 等量取代水泥对混凝土的强度损失率影响不大， 但双掺粉煤灰和 石灰粉混凝土的抗冻性能较差， 不宜用于冰冻严重的地区。 表 5混凝 土冻融试 验结果 表 5 显示 ，经过 2 5次冻融循环试验后混凝土试件的质量 损失率为负值 ， 但都小于 1 ， 表明石灰粉等量取代水泥对混凝 土的质量影响不大。 冻融循环后混凝土试件质量增加是因为冻 融循环使混凝土产生内部损伤， 形成内部通道 ， 水分经过通道 进入混凝土内部 ， 使得其质量增加。 3结 论 ( 1 ) 石灰粉等量取代水泥， 对混凝土孔隙率有一定影响。 当 粉煤灰掺量恒定为 3 0 时， 混凝土孔隙率随着石灰粉掺量的增 加是先增大后减小。 ( 2 ) 当粉煤灰掺量恒定为 3 0 时， 混凝土抗氯离子渗透能 力随着石灰粉掺量的增加逐渐减弱， 但影响并不显著 ； 双掺粉 煤灰和石灰粉混凝土仍然具有较强的抗氯离子渗透能力。 ( 3 ) 当粉煤灰掺量恒定为 3 0 时， 石灰粉等量取代水泥对 混凝土抗冻性能没有多大影响； 双掺粉煤灰和石灰粉混凝土的 抗冻能力较弱 ， 不宜用于有抗冻要求的地区。 上接第4 O页 样 本编 号 图 1 混凝土渗透 系数实测与评估结果 比较 判别预测模型， 很好地预测了混凝土性能指标随各种 因素的变 化。 通过实例分析表明， 本研究所建立的未确知判别预测模型， 判别和预测精度高， 具有重要的推广应用价值。 随着实测数据的 不断积累， 可以不断加强模型的预测能力 ， 形成更完善 、 更完整 的评估预测系统 ， 使模型的输出值更加接近实测值， 从而进一 步提高预测的精度和模型的应用范围， 并应用于混凝土配合 比 虚拟设计， 节约大量的时间和财力。 参考文献 ： 1 李君， 赵文忠， 王立军 ， 等 基于人工神经网络的混凝土抗渗性能研 究 J 1 浙江交通职业技术学院学报， 2 0 0 8 ， 9 ( 4 ) ： 4 - 1 0 【 2 】莫轻兵 钢筋混凝土施工质量评价的智能方法 J j 昆 凝土， 2 O L O ( 8 ) ： 3 5 3 7 【 3 】王光远 论未确知性信息及其数学处理 J _哈尔滨建筑工程学院学 5 2 参考文献 ： 1 】王稷良， 王雨利 ， 等粉煤灰和矿粉对高强混凝土耐久性的影fl l J 粉 煤灰综合利用， 2 0 0 7 ( 2 ) ： 3 1 3 3 2 】何智海， 刘运华， 钱春香， 等高桂波双掺粉煤灰和石灰石粉对混凝 土抗冻融性能的影响研究f J 】 新型建筑材料， 2 0 1 0 ( 2 ) ： 1 - 4 3 3 杨钱荣， 张树青， 杨全兵 掺钢渣一 矿渣一 粉煤灰复合微粉混凝土性能 研究【 J 】 粉煤灰综合利用 ， 2 0 0 9 ( 4 ) ： 3 - 5 4 】 周万良， 龙靖华 ， 詹炳根 熟料一 无水石膏系统与粉煤灰一 石灰一 无水 石膏系统的水化物l J 1 _硅酸盐通报 ， 2 0 0 9 ， 3 ( 2 8 ) ： 5 5 8 5 6 2 5 谢友均， 马昆林， 龙广成， 等矿物掺合料对混凝土中氯离子渗透性 的影a NJ 硅酸盐学报， 2 0 0 6 ， 3 4 ( 1 1 ) ： 1 3 4 5 1 3 5 0 6 路新瀛， 王晓睿， 张华新A S T M C 1 2 0 2 试验方法浅析 J 工业建筑， 2 0 0 4， 3 4 ( 4 )： 8 9 9 1 【 7 冯乃谦 ， 邢锋 高性能混凝土的氯离子渗透性和导电量 J 】 混凝土， 2 0 0 1 ( 1 1 ) ： 3 7 作者简介： 赵多苍( 1 9 8 6 一 ) ， 男， 硕士研究生。 联系地址： 上海海事大学浦东新区浦东大道 1 6 0 8 号高恒大厦( 2 0 0 1 3 5 ) 联 系电话 ： 1 5 2 1 6 7 7 1 7 0 7 报， 1 9 9 0 ， 2 3 ( 4 ) ： 5 2 5 8 4 刘开第， 庞彦军， 孙光勇 ， 等 城市环境质量的未确知测度评价 J 系 统工程理论与实践， 1 9 9 9 ， 1 9 ( 1 2 ) ： 5 2 5 8 【 5 】万玉成 未确知性在预测与决策问题中的应用 D 】 _南京： 东南大学 ， 20 0 4： 2 2 2 7 6 】 董陇军 ， 李夕兵 ， 宫凤强 开采地面沉陷预测的未确知聚类预测模 型l J 1 中国地质灾害与防治学报， 2 0 0 8 ， 1 9 ( 2 ) ： 9 5 9 9 7 董陇军， 李夕兵， 宫凤强 彭 胀土胀缩等级分类的未确知均值聚类方 法及应用I J J 中南大学学报： 自然科学版， 2 0 0 8 ， 3 9 ( 5 ) ： 1 0 7 5 1 0 8 0 8 】曹庆奎， 刘开展 ， 张博文 用熵计算客观型指标权重的方法【 J J 河北建 筑科技学院学报， 2 0 0 0 ， 1 7 ( 3 ) ： 4 0 4 2 9 】董陇军 ， 赵国彦 未确知均值分级方法及在回采巷道围岩分类中的 应用叨解放军理工大学学报 ， 2 0 0 9 ， 1 0 ( 6 ) ： 5 7 5 5 7 9 【 l 0 】 砂泵送混凝土的配制及其影响因素叨 武汉理工大学学报 ， 2 0 0 5 ( 8 ) ： 2 7 3 O 【 1 1 】 季韬， 林挺伟， 林旭健 基于人工神经网络的混凝土抗压强度预测方 法 J 建筑材料学报， 2 0 0 5 ， 8 ( 6 ) ： 6 7 6 6 8 1 1 2 王海超， 何世钦 人工神经网络技术在高强混凝土中的应用 建筑 材料学报， 2 0 0 4 ， 3 ( 7 ) ： 9 4 1 0 1