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2 0 1 3年 第 5期 ( 总第 2 8 3期 ) 混 凝 Nu mb e r 5 i n 2 0 1 3 ( T o ml No 2 8 3 ) Co n c r e t e 土 原材料及辅助 物料 M ATERI AL AND ADM 1 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 3 0 5 0 3 1 复掺粉煤灰和膨胀剂对混凝土抗渗性能的影响 郭莲 。李文财 ， ( 1 沈阳市政集团有限公司，辽宁 沈阳 1 1 0 0 2 1 ；2 王亮 z 。郭金波 z 亚泰集团沈阳建材有限公司，辽宁 沈 阳 1 1 0 1 3 6 ) 摘要 ： 研究 了混凝土中掺入不同比例粉煤灰 ， 复掺不同比例粉煤灰和膨胀剂条件下的 C 1 一 扩散系数。 试验将混凝土试件标养至 2 8 d ， 转 自然养护至 9 0 d ， 测其 7 、 2 8 、 9 0 d的 c 1 一 扩散系数 。 试验表明一定掺量粉煤灰能够降低混凝土的 c 1 一 扩散系数。 复掺粉煤灰 和膨胀剂也能降低混凝土后期的 c l _ 扩散系数。 关键词 ： 氯离子扩散系数 ；粉煤灰 ；膨胀剂 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 3 ) 0 5 0 1 1 0 0 2 F l y a s h c o m p o u d i n g a n d e x p a n s i v e a g e n t on t h e p r o p e r t i e s o f c o n c r e t e GUOLi a n ， LIWe n c a i ， WANG Li a n g ， GUOJ i n b o ( 1 S h e n y a n gMu n i c i p a l Gr o u p， S h e n y a n g1 1 0 0 2 1 ， C h i n a ； 2 Ya t a i Gr o u p S h e n y a n gB u i l d i n gMa t e r i a l s Co ， L t d ， S h e n y a n g1 1 0 1 3 6， Ch i n a ) Ab s t r a c t ： I t ma i n l y s t u d i e d t h e C 1 一 d i ffia s i o n c o e ffic i e n t o f c o n c r e t e mi x e d wi t h d i f f e r e n t p r o p o r t i o n o f fl y a s h ， d i ff e r e n t p r o p o r t i o n o f fl y a s h a n d e xp a ns i v e a g e n t Th e s pe c i me n s t anda r d c ur e d t o 28 d a y s， a fte r t ha t na t u r a l c u r i ng t o 9 0Te s t t h e 7， 2 8， 9 0 o f CI d i f f us i o n c o e ffi - c i e n t Te s t s h o we d t ha t c e r t a i n d o s a g e o ffly a s h c a n r e d u c e t he CI di f f us i o n c o e ffi c i e nt o fc o n c r e t e Do u bl e mi x i n g fly a s h an d e x p a n s i o n a g e nt c a n r e d u c e l a t e r C1 一 d i f f u s i o n c o e ffic i e n t o fc o nc r e t e Ke y w o r d s ： c h l o r i d e i o n d i f f u s i o n - c o e ffi c i e n t ； fl y a s h； e x p a n s i v e a g e n t 0 引 言 为充分利用空间， 沿海发达城市的高层、 超高层鳞次 栉 比 ， 因而大体 积混凝 土应用越发普遍 。 例如 ， 天津 “ 1 1 7 ” 大 厦 ， 其底板为厚 6 5 m， 连续 浇筑约 6 5 万 m 的 C 6 0混 凝土底板。 连续大量浇筑混凝土 ， 由水泥水化放热所导致的 内部温升很大 。 箱式 、 筏式基础的强度不再是技术瓶颈 ， 因 而混凝土耐久性备受关注 。 混凝土的抗渗性是耐久性 的重 要指标之一， 工程中经常掺入粉煤灰 、 膨胀剂来解决大体 积混凝土水化热 、 体积稳定性 、 抗渗性等问题。 由于大体积 混凝土内部水化热的升高 ， 混凝土是热的不 良导体 ， 内部 升温与外界产生较大温度梯度和应力 ， 存在着体积稳定性 问题 ， 随之带来 的还有强度和耐久性问题 。 目前我国广泛采用膨胀剂配制大体积补偿收缩混凝土， 用于建筑物基础底板的建造旧。 粉煤灰作为一种业 内公认的 绿色环保材料也是当今? 昆 凝土生产 中不可或缺的。 因此模拟 大体积混凝土升温过程， 研究复掺粉煤灰和膨胀剂对大体积 混凝士I 生 能的影响对工程实践有着重要 的参考意义。 1 原材料 、 配合比和试验方法 1 1 原材料 水泥： 亚泰集团铁新水泥厂生产的金鼎鹿牌 P O 4 2 5 收稿 日期：2 0 1 2 1 1 - 1 9 l 1 0 级水泥 。 粗集料： 亚泰集团东山石场碎石， 粒径 5 2 5 m m连续 级配； 5 - 1 6 m r l l 连续级配， 各项指标符合标准的规定。 细集料 ： 中砂 ， 连续级配 ， 各项指标符合标准的规定 。 外加剂 ： U E A膨胀剂市售工业品 ， 聚羧酸高效减水剂 ； 各项指标符合标准的规定。 水： 饮用水； 各项指标符合标准的规定。 1 2试 验 配 合 比和 方 法 1 2 1 试验配合 比 试验 采用的配合 比为 ： 水 泥： 水 ：砂 ： 石 = 1 ： 0 4 2 ： 2 5 ： 1 5 。 试验采用 内掺法 ， 粉煤灰掺量分别为 ： 0 、 2 0 、 4 0 ， 分别用 基准 、 2 0 f 、 4 0 f 表示 ； 膨 胀剂掺量分 别为 ： 0 、 5 、 1 0 ， 分 别 用基准 、 5 p 、 1 0 p 表示 ， 聚羧酸高效减水剂掺量为 2 0 。 1 2 2 试验方法 将混凝土标养至 2 8 d ， 然后 自然养护至 9 0 d ， 测 其 7 、 2 8 、 9 0 d 龄期的 c l 扩散系数 ， 分别用 a , b 、 C 表示。 本试验采 用 N E L 法真空饱盐， 测试电导率和强度， 根据 Ne ms t E i n s t e i n 方程计算 c 1 _ 扩散系数5 - 6 。 2 试验 结果与分析 2 1 不同掺量粉煤灰混凝土的 c l 一 扩散 系数 如图 1 可知 ： 在混凝土 中掺入不同掺量 的粉煤灰 ， 昆 凝 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 0 7 2 6U 9 U 龄期 d 图 1 不同掺量粉煤灰不 同龄期混凝土的 C I 扩散系数 土标养至 2 8 d时氯离子扩散系数较基准混凝土大 ， 氯离子 扩散 系数 由大到小依次为 ： 4 0 f , 2 0 K基准 。 标养 2 8 d 后转干 空养 护 ， 6 0 - 9 0 d 龄期的氯离子扩散系数 由大到小依次为 ： 基准、 2 0 f 、 4 0 L 分析： 混凝土早期水化过程较快， 在混凝土掺入粉煤灰 后， 由于粉煤灰的微集料效应， 其 自身在水泥水化初期并不 进行化学反应 ， 使得混凝土的强度发展较慢。 在进行真空试 验时， 粉煤灰是空心微珠玻璃体， 而在真空的作用下使其内 部形成连接通道 ， 因此氯离子渗透 系数较基准混凝土大 ， 且 随着粉煤灰的掺量增加而增大 。 后期经过水泥的逐渐水化 ， 混凝土的强度逐渐增长 ， 水泥水化形成较多的碱性物质。 粉 煤灰在碱性物质的激发下 ， 在一定 的湿度下 ， 使其火 山灰效 应充分发挥 ， 进行化学反应生成水化硅酸钙和铝酸钙凝胶 ， 不断填充水泥石的孔结构 ， 使得内部更加密实 ， 阻断混凝土 内部的连通孑 L 隙， 从而降低混凝土的孔隙率， 因此混凝土的 氯离子扩散系数降低， 且随着粉煤灰的掺量增加而降低。 在 9 0 d 龄期后 ， 其一 由于粉煤灰的掺量较多 ， 水泥水化生成 的 碱性物质的量不够完全将粉煤灰的活性激发 ， 因此氯离子 扩散系数降低的幅度较小 。 其二， 粉煤灰活性 的激发还要受 到环境湿度 的制约。 因此在碱性物质的含量和环境 湿度 的 共同作用下使得生成的水化硅酸钙和水化铝酸钙凝胶的量 减少， 因此氯离子扩散系数降低的幅度下降。 2 2 粉煤灰掺量在 2 0 时， 不同掺量膨胀剂的c l 一 扩 散 系数 由图 2可知 ： 混凝土 的氯离子扩散系数均随着龄期 的 增长而降低 ， 主要是因为水泥的水化不断形成水化铝酸钙 和硅酸钙凝胶 ， 使得 混凝 土内部不 断密实 。 由图中线段 的 斜率可知 ， 7 2 8 d 氯离子扩散系数降低的速率较大； 标养 2 8 d 后 ， 自然养护至 9 0 d龄期 的氯离子扩散系数 降低 的速 率较小 。 掺粉煤灰 、 复掺粉煤灰 和膨胀剂 混凝土的氯离子 扩散 系数总体上较基准混凝土低 ， 由高到低依次为 ： 基准 、 2 0 f l O p 、 2 0 f 、 2 0 f S p ； 由图 1 可知混凝土加入粉煤灰后氯离子 扩散系数降低 ， 因此基准混凝土的氯离子扩散系数较 2 0 f 高 ； 当粉煤灰和膨胀剂复掺时， u型膨胀剂进行化学反应生成 钙矾石 ， 产 生膨胀 。 此时产生 的膨胀应使得混凝土 内部 的 结构更加 密实 ， 结构孔隙得到改变 ， 因此氯离子扩散 系数 降低 ， 且较 2 0 f 低。 而掺 2 0 f l 0 p产生了较大 的膨胀应力 ， 且 水泥水化 生成 的 C H和膨胀剂反应生成 的碱性物质 ， 在一 定湿度条件下使得部分粉煤灰的火 山灰效应得到了激发 ， 7 2 8 6 0 9 O 龄期 ， d 图 2 粉煤灰和膨胀剂复掺混凝土的 c I甘 散系数 粉煤灰主要成分是 S i O ： 和 A I 2 0 ， ， 经化学反应生成 了铝酸 钙和硅酸钙凝胶产生了膨胀 ， 改变混凝土的孔结构网 。 因此 2 0 f l 0 p的氯离子扩散系数较 2 0 f S p高。 由此可见复掺粉煤 灰 和膨胀剂混凝 土中的氯离子扩散系数并不是随着膨胀 剂产量增加而降低。 2 3 粉煤灰掺量为 4 0 时不同掺量膨胀剂混凝土 的 Cl 一 扩散 系数 由图 3 可 知 ： 随着 龄期 的增长 ， 前期水 泥的不断水化 和膨胀剂膨胀作用的发挥 ， 后期粉煤灰火山灰效应的激发 ， 使得混凝土的孑 L 隙结构不断的完善、 密实， 连通孔隙降低， 混凝土的氯离子扩散系数均曾降低趋势 。 在早期氯离子扩 散系数有高到低依次为 ： 4 0 t 1 O p 、 4 0 f 5 p 、 4 0 f ；标养至 2 8 d 后 ， 自然养护至 9 0 d 时， 氯离子扩散系数由高到低依次为： 4 0 f , 4 0 f S p 、 4 0 f l O p ； 混凝土掺人膨胀剂时会使混凝土产生膨胀 ， 由于掺人大量的粉煤灰， 其自身在早期并不进行水化反应， 水泥量又相对较少 ， 因此在膨胀 的作用 下混凝土内部结构 容易产生开裂 ， 因此掺膨胀剂混凝土的氯离子扩散系数大。 随着龄期的增长 ， 水泥的不断水化 ， 在一定湿度条件下 ， 粉煤 灰在水泥水化所产生的碱性产物的激发下， 自身发生化学反 应生成水化硅酸钙和铝酸钙凝胶 ， 凝 胶不断填充孑 L 隙 ， 使 混凝土内部结构不断密实。 同时 ， 大量粉煤灰活性的激发消 耗 了水泥石内部大量的 C a ( O H) ： ， 改善了混凝土最薄弱的区 域过渡区， 生成的凝胶使得板状的定向排列的C a ( O H) 减少 ， 取而代之的是硅酸钙和铝酸钙凝胶。 而部分硅酸钙和 铝酸钙凝胶 ， 又和 C a ( O H) 发生反应生成 A F t tS - ， 产 生膨 胀使得混凝土内部结构更加密实 ， 因此混凝土的氯离子扩 散系数降低 ， 且随着膨胀剂的产量增 加而降低 ， 这主要是 膨胀剂为粉煤灰火山灰效应 的激发提供 了碱性物质 。 最终 提高了混凝土 的抗渗性能。 7 2 8 6 O 9 0 龄期 ， d 图3 粉煤灰和膨胀剂复掺混凝土的 C I - 广 散系数 下转第 1 2 3页 1 11 7 6 5 4 3 2 1 O u _I ) 衽 锻 5 4 3 2 1 一 gu _【 ) ， 蔽垛衽 褪3 骞 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 一 s z目。 0 _【 一 、 籁 衽 犍 蓦 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 【 4 2 邓咏梅， 谷章昭 维纶纤维对水泥砂浆抗裂性的影0 NJ 上海建 材 ， 1 9 9 8 ( 6 ) ： 1 5 1 6 【 4 3 施钟毅， 林贤熊 钢纤维增强砂浆和混凝土抗裂性的试验研究叨 建筑材料学报 ， 1 9 9 8 ， 1 ( 3 ) ： 2 3 9 2 4 4 【 44 S O RO US HI AN P， MI RZ A F， A L HO Z AI MY A A P l a s t i c s h r i n k a g e c r a c k i n g o f p o l y p r o p y l e n e fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e 叨 A C I M a t e r i a l s J o u r n a l ， 1 9 9 5 ， 9 2 ( 2 ) ： 5 5 3 5 6 0 4 5 覃维祖 我国混凝土外加剂的发展及存在问题 J 施工技术 ， 2 0 0 9 ， 3 8 ( 4 ) ： 7 - 1 0 4 6 尹联友， 吴丽君 ， 张学德 混凝土外加剂技术应用中存在的问题 及建议fJ 1 _森林工程， 2 0 0 3 ， 1 9 ( 2 ) ： 4 9 5 0 上接第 1 1 1页 3结论 ( 1 ) 混凝土 中掺人粉煤灰 能够降低混凝土 的氯离子扩 散系数 ， 由于粉煤灰 的“ 三性” 作用 ， 改善混凝土的孔结构 ， 提高混凝土的抗 渗能力 ； 但是在水化 的初期若掺量过大会 增大氯离子扩散系数 ， 降低混凝 土的抗渗能力。 ( 2 ) 复掺粉煤灰和膨胀剂混凝土的氯离子扩散系数均 较基准混凝土低 。 ( 3 ) 复掺粉煤灰和膨胀剂的混凝土中， 氯离子扩散系数 ， 并不随着膨胀剂掺量的增加而降低 ， 相反当膨胀剂达到一定 量时 ， 混凝土的氯离子扩散系数较单掺粉煤灰混凝土的高。 ( 4 ) 混凝土掺 人粉煤灰 和膨胀剂后 ， 在后期 生成 A F t 时 ， 对混凝土 的抗渗性能有所提高 ， 但是粉煤灰 和膨胀 剂 的最佳掺量范 围还有待进一步研究。 致谢 ： 感谢 沈阳建筑大学张 巨松教授 和亚泰 集团沈 阳 建材有限公司王亮工程师对本论文的鼎力支持 。 参考文献 ： 1乔凤娇掺粉煤灰高性能混凝土收缩性能研究【 D 】 哈尔滨 ： 哈尔 滨工业大学， 2 0 0 7 【 2 游宝坤 我国混凝土膨胀剂的发展近况 c 建筑结构裂渗控制 上接第 1 1 8页 从图 6可以看出随着煤矸石 的替代 比例 的增加孑 L 隙 率也随之增大 ， 但增大的比例不大。 这也是煤矸石 型生态混 凝土强度 随煤矸石替代 比增加而降低 的原 因。 但 由于此种 混凝土中添加了 Z S 系列添加剂 ， 在保证孔隙率的同时 ， 也 保证了强度的要求 。 3结论 ( 1 ) 掺入煤矸石的植生型生态混凝土抗压强度范 围在 1 5 5 - 1 9 1 V I P a 之间 ， 透水 型生态混凝土抗 压强度 范围在 1 9 0 2 2 6 MP a 之 间 ， 能够满足工程 的需求 。 得到 的煤矸石 型生态混凝土 2 8 d强度 的计算公式具有较好的适用性 。 ( 2 ) 煤矸石对植生型生态混凝土的 p H值影 响很小 ， 总 体保持在 1 0 左右， 可以满足植物的生长需求。 ( 3 ) 孔隙率随煤矸石替代比例的增加而增大， 试件抗 压强度 随煤矸石替代 比例 的增大而减小 。 ( 4 ) 通过试验研究可知煤矸石可以替代一部分碎石作 为粗骨料 ， 具有较好 的经济 、 环境保护价值 。 4 7 1 廉慧珍 矿物掺合料由谁来掺好fJ 1 _中国建材， 2 0 0 7 ( 1 ) ： 8 2 8 4 4 8 1 蔡跃波 掺活，性掺合料混凝土研究与应用中的几个疑难问题f J 】 _ 硅酸盐学报 ， 2 0 0 0 ， 2 8 ( S 1 ) ： 5 2 5 6 4 9 1 陈益民 ， 贺行洋 ， 李永鑫 ， 等矿 物掺合料研究进展及存在的问 题f J 1 _材料导报， 2 0 0 6 ， 2 0 ( 8 ) ： 2 8 3 1 作者简介 ： 王乾峰( 1 9 8 2 一 ) ， 男 ， 硕士 ， 主要从事混凝土力学性能 的研究。 联系地址 ： 湖北省宜昌市西陵区大学路 8 号 三峡大学土木与建 筑学院( 4 4 3 0 0 2 ) 联系电话 ： 1 3 4 8 7 2 7 8 4 6 1 新技术北京 ： 中国建材工业出版社， 1 9 9 8 ： 4 - 9 【 3 项翥行 建筑工程常用材料试验手册【 M 北京： 中国建筑工业出 版 社 ， 1 9 9 8 【 4 4 G B 5 0 1 l 9 2 o 0 3 ， 混凝土外加剂应用技术规范【 s _ E 京 ： 北京建 筑工业出版社 ， 2 0 0 3 【 5 L U Xi n y i n g Ap p l i c a t i o n o f t h e n e rns t e i n s t e i n e q u i o n t o c o n c r e t e J 1 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 ， 1 9 9 7 ， 2 7 ( 2 ) ： 2 9 3 3 0 2 6 16 张巨松， 韩自博， 王立巍， 等 抗裂防水剂与矿物掺合料复合对 混凝土c l _ 广散系数的影fl l J 沈阳建筑大学学报： 自然科学版， 2 0 0 9 ， 2 5 ( 5 ) ： 9 4 8 9 5 8 7 】习国华 大掺量粉煤灰的试验研究 J 江西建材， 1 9 9 7 ( 1 ) ： 2 8 3 0 8 1 AL DU L A I J A N S U， MAS L E HUD DI N M， AL Z AHR AN I M M S ul f a t e r e s i s t a nc e of p l a i n a n d bl e n d e d c e me n t s e x p o s e d t o v a r y i n g c o n c e n t r a t i o n s of s o d i u m s u l f a t e C e me n t&C o n c r e t e C o mp o s i t e s ， 2 0 0 3 ( 2 5 ) ： 4 2 9 4 3 7 【 9 DE HWAH H A FE ff e c t of s u lf a t e c o n c e n t r a t i o n a n d a s s o c i a t e d c a t i o n t y p e o n c o n c r e t e d e t e rio r a t i o n a n d mo r p ho l o g i c a l c h a ng e s i n c e me n t h y d r a t e s I J 】 C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g Ma t e ri a l s ， 2 0 0 7 ( 2 1 ) ： 2 9- 39 作者简介 联 系地 址 联系电话 郭莲( 1 9 8 4 一 ) ， 女， 助理工程师， 从事无机非金属材料、 建筑材料的研究。 沈阳市铁西区凌空一街 5 - 1 号( 1 1 0 0 2 1 ) 0 2 4 -2 5 9 2 94 3 8 煤矸石对生态混凝土耐久I陛能方面的影响还有待研究。 参考文献： 【 1 】马成理 ， 等 自燃煤矸石的材 料性能试验研究 太原理工大学 学报 ， 2 0 0 3 ( 2 ) 2 12 张瑶， 刘荣桂， 徐荣进， 等 透水型生态混凝土性能试验研究f J 混凝土 ， 2 0 1 2 ( 4 ) 3 徐荣进 ， 刘荣桂 ， 颜 庭成 ， 等植 生型多孔混凝土的制备和J性能 试验研究 混凝土 2 0 0 6 ( 1 2 ) 【 4 】A S T M C 1 0 7 7 -2 0 0 2 ， 建筑用混凝土和混凝土集料的试验室测试 标准实施规范和试验室评定标准【 S 1 _ 5 】 孙文彬， 周梅， 薛忠泉启 燃煤矸石制备轻集料混凝土的试验J 】 兰州大学学报 ， 2 0 0 9 ( 6 ) 6 雷丽恒 ， 刘荣桂 透水性道路用生态混凝土性能的试验研究 混凝土， 2 0 0 9 ( 9 ) 7 】 玉井元治 绿化 j； - 夕I J ( 、夕I J 材料) J 了2夕 l J 工学， 1 9 9 9 ， 3 2 ( 1 1 ) ： 6 4 6 9 8 】8陈本沛， 等煤矸石混凝土的强度【 J 1 _ 工业建筑， 1 9 9 4 ( 7 ) 作者简介： 何政卿( 1 9 8 8 一 ) ， 男， 硕士， 主要从事生态混凝土研究。 联系地址： 江苏省镇江市江苏大学土木工程系( 2 1 2 0 1 3 ) 联 系电话 ： 1 3 9 0 5 2 8 2 6 2 6 1 2 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m