粉煤灰掺量对泵送混凝土碳化及抗冻性的影响.pdf

第 4 l卷 第 2期 2 0 1 0年 1月 人 民 长 江 Ya n g t z e Ri v e r Vo 1 41， No 2 J a n ， 2 0 1 0 文章编 号： 1 0 0 1 4 1 7 9 ( 2 0 1 0 ) 0 2 0 0 8 0 0 4 粉煤灰掺量对泵送混凝土碳化及抗冻性的影响 杨 华 美 ， 杨 华 全 ， 王 迎 春 ， 严 建 军 ( 长江科 学院 水利部水工程安全 与病害 防治工程技术研究 中心 ， 湖北 武 汉 4 3 0 0 1 0 ) 摘要 ： 为 了研 究不 同水胶 比、 不 同粉煤灰掺量对泵送混凝土的碳 化及 抗冻性能的影 响， 进行 了相关试验 。试验 结果表 明： 泵送混凝土的碳化 深度 随粉煤灰掺量 、 水胶 比、 龄期的增长 而增长 ； 相 比常态混凝 土， 粉 煤灰 对泵送 混凝 土抗碳化性能较为有利 ； 掺 S P一 8 N泵送混凝 土的抗 碳化及抗 冻性能略 高于掺 J M一2混凝 土 ； 粉 煤灰掺 量为 3 0 ， 水胶 比从 0 3 0变化至 0 5 0时， 泵送混凝 土均具 有较好 的抗 冻性 能； 水胶 比是 影响泵送 混凝 土碳化 及 抗 冻性 能的 主 要 因素 。 关键词 ： 粉煤灰；水胶 比； 碳化 ；抗冻性能 ； 泵送混凝土 中图法分类号 ： T V 4 2 3 文献标志码 ： A 混 凝土碳 化及 抗冻 性能 均为 混凝 土耐久 性 的重 要 指 标 。空气 中二 氧化碳 ( C O ： ) 不 断 向混 凝 土 内部 的孔 隙和毛细管中渗透， 与水泥水化过程 中产生的氢氧化 钙 ( C a ( O H) ： ) 生 成碳 酸 钙 ( C a C O ， ) 的作 用 称 为 混 凝 土碳化 。混 凝 土 受 到外 界 环 境 不 断变 化 的 温 度 和 湿度反复作用时 ， 其表面会开裂和剥落并逐步深入到 内部而 导致混 凝 土 的整 体 瓦解 ， 最 终丧 失其性 能 ， 而混 凝 土抵 抗这 种冻 融破坏 的能 力称 之为抗 冻性 。 泵送混凝土砂率大 ， 流动性 大， 具有弹性模量较 低 、 极 限拉伸 较 高等 特性 ， 但 由于其 施 工 速度 快 ， 工 程 中已广 泛应 用 。为 改 善 其泵 送 性 能 ， 降低 工 程 成 本， 常掺粉煤灰等掺和料。本文主要探讨粉煤灰掺量 、 水胶 比对泵 送混 凝土碳 化及 抗冻 性能 的影 响 。 1 原材料及试验 方法 1 1 试验原材料 ( 1 )水泥。试验用水泥为华新水泥股份有限公司 生产的 4 2 5中热硅酸盐水泥 ， 其 品质检验结果见表 1 。检验 结 果 表 明 ， 其 品 质 满 足 国标 G B 2 0 02 0 0 3中 热 水泥 的相关 要求 。 ( 2 )粉煤 灰 。试验用 粉煤 灰为 重庆珞 璜 电厂生产 的 I 级粉 煤 灰 。其 品质 指 标 见 表 2 。检 验 结 果 表 明 ， 珞璜电厂 I级粉煤灰 的品质满足国标 G B 1 5 9 69 1 I 级粉煤灰的要求。 ( 3 )骨料。试验用粗骨料和细骨料均为花岗岩人 工 骨料 。 ( 4 )外 加剂 。常态 混凝 土采用 浙江龙 游外 加剂厂 生产的 Z B一1 A缓凝高效减水剂 ； 泵送混凝土采用上 海 麦斯 特建 材有 限公 司生产 的 S P一8 N泵 送剂 和 江苏 建 科 院新型 建材 厂生产 的 J Ml I 泵送剂 ； 引 气剂 采用 青 岛科 力 建 材有 限公 司生 产 的 P C一2 ， 外 加剂 品质检 验结果见表 3 。检验结果表明， 3种外加剂均满足国标 G B 8 0 7 61 9 9 7 ( 一等品) 的技术要求 。 1 2 试验 方法 按照 D L T 5 1 5 0 2 0 0 1 水工混凝土试验规程 的 表 1水 泥 品 质检 验 结 果 收稿 日期 ： 2 0 0 91 1 3 0 作者简介 ： 杨 华美， 女 ， 硕士研 究生， 主要从 事水工材料研 究。Em a i l ： y a n g h u a m e i 1 9 8 6 0 2 2 5 1 6 3 c o rn 第 2期 杨华美 ， 等 ： 粉煤灰掺量对泵送混凝土碳化及抗冻性 的影响 8 1 表 2 粉煤灰 品质检 验结果 表 3 l J J n 剂 品质检 验结果 有关 规定 进 行 试 验 。快 速 碳 化 试 验 试 件 ( 1 0 0 mm 1 0 0 m m x 4 0 0 m m) 在 标 准 养护 条 件 下 ， 养 护 至 规 定 龄 期 ， 在 ( 6 0 2 ) 烘 干 ， 放入 温度 为 ( 2 05 ) ， 湿 度 为 ( 7 0 5 ) ， C O 浓 度为( 2 03 ) 的标准碳化箱 内， 测定 3 、 7 、 1 4 、 2 8 d的碳 化 深度 。抗 冻性 试 验 采 用 1 0 0 IT I l q l x 1 0 0 1 T l IT I 4 0 0 I T I IT I 棱 柱 体 试件 ， 标 准 养护 至 试验 龄期 前 4 d ， 取 出 试 件 浸 泡 于 ( 2 03 ) 水 中 ， 至 试 验 龄期放 入冻 融试 验 机 试 件 箱 中进 行 试 验 。 每 5 0次冻 融循 环测定 1 次 相对 动弹性 模 量及 质量 损失 率 。当冻 融至 预定 的循环 次数 或相 对动 弹性模 量 下 降至初 始值 的 6 0 或质量损失率达 5 时试验结束。 2 泵送混凝 土性能试验 2 1 配合比 试 验 常 态 混 凝 土 采 用 三 级 配 ， 骨 料 组 合 比 为 大石 ： 中石 ： 小石 = 5 0 ： 2 0 ： 3 0； 泵送混 凝 土采 用二 级 配 ， 骨料组 合 比为 中石 ： 小 石 =5 0 ： 5 0 。 同一 泵 送 混 凝 土 ， 水 胶 比和砂率 相 同 ， 粉 煤灰 取 代 水 泥量 为 1 0 ， 2 0 ， 2 5 ， 3 0 。混 凝土 部分 配合 比见表 4 。 表 4混凝土试验配合 比 2 2 碳化性能 混凝 土碳 化试 验结 果见 表 5 。泵 送 混凝 土 的碳 化 深度随着粉煤灰掺量 、 水胶 比的增大而增大， 随龄期的 增 长而 增 长 。水 胶 比 为 单 一 变 化 因 子 时 ， 水 胶 比 为 0 4 5 的混 凝土 碳 化 深 度 约 为水 胶 比 0 3 5混 凝 土 的 2 倍。在水胶 比和粉煤灰掺量相同的情况下 ， 掺 J M 一 2 的混 凝土 碳化 深度 略大 于掺 S P一8 N的混 凝土 。 表 5混 凝 土 碳 化 试 验 成 果 建 立 泵 送 混 凝 土 碳 化 深 度 与水 胶 比 ( X )、 粉 煤 灰掺量(x 2， 以为单位) 及泵送剂类型 ( X ) 的多元 回归 方程 ， 假定 混凝 土泵 送剂 为 S P一8 N时 ， X =1 ， 泵 送剂为 J M一 2时 ， X ： 2 ， 则其回归参数及相关系数见 表 6。 由表可见 ， 回归参数 。随龄期 的增长逐渐减小 ， 这 是因为混凝土碳化主要发生在早期 ， 随着龄期的增长 ， 混凝土 自身( 包括胶凝材料及骨料 的性能等 ) 对碳化 8 2 人 民 长 江 的影响越来越小 ， 且后期相差不大。 b 、 c均随龄期的增 长而增大， c 值到后期相差很小 。 X 变化范围为 0 3 5 0 4 5 ， 变化 间隙 为 0 1 ， X ：变化 范 围为 03 0 ， 变 化 间隙为 5或 1 O， 但系数 b c的值远大于 1 0 ， 由此可见， 水胶比对泵送混凝土碳化的影响要大于粉煤灰掺量 。 各龄期 d值均为 1 5 3 0 ， 变化不大。1 4 d前随龄期 的增长而增大 ， 2 8 d龄期时 d值降低， 说明两种泵送剂 对混凝土碳化深度的影响相差不大 ， 且差别 主要体现 在碳化 初期 。 表 6泵送 混凝 土碳化深度与水胶 比、 粉煤灰掺量及 泵送剂类型的多元线性回归 就粉煤灰为单一变量来讲 ， 常态及泵送混凝土碳 化 深度 与粉 煤 灰 掺 量 拟 合 曲线 见 图 1 、 2 。 由图 12 可见 ， 泵送混凝土碳化深度与粉煤灰掺量线性相关 ， 且 相关系数较高 。同龄期常态混凝土线性拟合曲线斜率 较 泵送混 凝 土大 ， 截 距较 小 。 3 0 2 5 重 2 O 1 5 琶 l 0 5 O 2 0 3 0 粉煤灰掺量 图 1 常态混凝土碳化深度与粉煤灰掺量的关系 (W C +F = 0 4 5) 掺粉 煤灰 混凝 土 由于 水 泥用 量 减 少 ， 一 次水 化反 应生 成 的 C a ( O H) ： 减少 ， 同时粉 煤灰 二次水 化 消耗部 分 C a ( O H) ： ， 使混 凝土抗 碳 化性 能 不好 。虽 然 粉煤 灰 的微集料效应能提高混凝土密实性 ， 使 C O 渗入速度 降低 ， 但掺粉煤灰混凝土早期抗碳化性 能仍 较差。 泵送混凝土砂率大、 流动性大、 结构疏松、 孔隙较多、 碳 化深度较常态混凝土大； 相 比常态混凝土， 掺粉煤灰对 泵送混凝土孔隙的细化作用更 明显 ， 从而随着粉煤灰 掺量的增加 ， 泵送碳化深度较常态混凝土发展缓慢 ， 可 见相 比常态混凝 土 ， 掺粉 煤 灰 对 泵送 混 凝 土抗 碳 化 性 能较为有利 ， 但各龄期掺粉煤灰泵送混凝土碳化深度 仍 比基准 混凝土 大 。 y= 1 1 1 7 0 + 0 2 7 5 r= 0 98 5 Y： 8 6 7 5 + 0 2 l 7 X r = 0 9 2 6 图 2泵 送 混 凝 土碳 化 深 度 与 粉 煤 灰 掺 的 关 系 【W C+F =0 4 5) 2 3 抗冻性能 泵送混凝 土抗 冻试验结 果见表 7 。试验 结果表 明： 两种泵送剂对混凝 土抗冻性 能影响规律类似， 掺 S P一8 N混凝 土的抗 冻性 能略 高于掺 J M一 2混凝 土 。 表 7泵 送 混 凝 土 抗 冻 试 验 结 果 粉 龄 类型 d 质量损失 相对动弹性模量 0 3 5 3 0 5 0 0 4 0 3 0 5 7 0 4 5 3 O 4 5 0 5 0 3 0 5 0 O 3 5 3 0 4 6 0 4 0 3 0 4 5 0 4 5 3 0 4 6 0 5 O 3 0 4 4 8 3 8 6 9 O 6 2 7 6 o 3 粉煤灰 掺量 为 3 0 时， 水 胶 比从 0 3 0变化 至 0 5 0 时， 混凝 土冻融循环次数 均能达到 2 5 0次。2 5 0 次冻融循环后 ， 水胶 比从 0 3 0增大到 0 4 0 ， 2 8 d质量 损失 率 略有减小 的趋 势 ， 从 0 4 00 5 O ， 2 8 d质 量 损 失率随水胶比的增大而增大 ； 而 9 O d随水胶 比不断增 加 ， 但 9 0 d质量损失率均小于 2 8 d 。质量损失率是由 6 5 6 5 9 l 8 9 7 4 8 2 2 O 0 3 舛 s ! 舛 昭 s 蚍 胁 ；e 5 3 2 3 6 0 1 5 2 9 2 l 3 O O l 0 l 0 O l 3 2 3 L l O 1 0 l l 勰如勰 勰 勰 勰 勰 勰 如勰 第 2期 杨华美 ， 等： 粉煤灰掺量对泵送 混凝土碳 化及抗冻性 的影响 8 3 水 化反 应 质 量 增 加 及 冻 融 破 坏 质 量 损 失 两 部 分 决 定 。水胶 比 的不 同 ， 不 仅 导 致 水 化 反 应 程 度 不 同 ， 同时影 响混 凝土孔 隙 结 构 ， 最 终 导致 混 凝 土 冻 融 破 坏 质 量损失 的不 同 ， 且 随 着 龄 期 的增 长 ， 混 凝 土 强 度 增 长 ， 结构 越致 密 ， 混 凝土 质量 损失 减小 。 泵送混凝土相对动弹性模量基本随水胶 比的增大 而 逐渐减 小 。掺 J M一2混 凝 土 9 0 d相 对 动 弹 性模 量 保 留值 比 2 8 d的高 。掺 S P一 8 N混凝 土 在水胶 比不大 于 0 4 0时 ， 虽然 含 气量 不 同 ， 但 相 对 动 弹性 模 量 保 留 值相 差不 大 ， 且 均 在 9 0 以 上 ； 水 胶 比大 于 0 4 0时 ， 相对 动弹性 模量 明显 下 降 ， 含 气 量 相 对 高 的相 对 动 弹 性模 量损 失较小 。 掺粉煤 灰混 凝土 主要 水化 产 物 为 c a ( O H) ， 该 晶 体能 与凝 胶搭接 减 少孔 洞 和 裂 隙 ， 同 时 I级 粉 煤 灰 具有 减水作 用 ， 减 少 了用 水 量 ， 降低 了水 胶 比 ， 改 善 了 孔结构 ， 因此 ， 在一 定 的掺量 范 围内可 提高 混凝 土 的抗 冻性 。 粉煤 灰 掺量一 定 时 ， 水 胶 比较小 的混 凝 土 强度 较 高， 相互连通的毛细孔 隙较少 ， 抗冻性能好 ； 随着水胶 比 的增 大 ， 水 化产 物 中连续 、 相互胶 结 的凝胶 以及 分散 的 C a ( O H) ， 含量 减少 ， 导致 抗 冻 性 较差 ， 特 别对 于砂 率 大 的泵 送混凝 土 。引气 混 凝 土 中 ， 均 匀 分 布 的微 细 气 泡可大 大缩短 水 外逸 的流 径 ， 同时 提 供 足 够多 的 自 由空间容纳 多余可冻结 水， 有效 阻止混凝 土冰冻破 坏 。一 定 范 围内 ， 含气 量越 大 ， 混 凝 土抗冻 性越 好 。 3结 论 水 胶 比决定 着混 凝 土 的 水 化程 度 及 孔 隙 结构 ， 是 影 响泵 送混凝 土碳 化及 抗 冻性 能的 主要 因素 。粉煤 灰 的早期水化惰性及微集料效应 两种作用交互影 响， 是 影 响泵 送混凝 土碳 化及 抗 冻性 能的 重要影 响 因素 。泵 送混凝土与常态混凝土相 比， 掺粉煤灰对泵送混凝土 抗 碳化 性 能较 为有利 。水 胶 比低 于 0 3 5 ， 粉 煤 灰掺 量 3 0 以 内时 ， 混 凝土 均具 有 良好 的抗 碳化 及抗 冻性 能 。 为满足 工程 要求 ， 同时保 证 泵送 混 凝 土 具 有 良好 的抗 碳 化及 抗 冻性 能 ， 配 制 泵 送 混 凝 土 时 ， 水 胶 比 宜低 于 0 4 0 ， 粉 煤灰 掺量 不宜 超过 3 0 。 参 考文 献 ： 1 C e n g i z D u r a n A t i s A c c e l e r a t e d c a r b o n a t i o n a n d t e s t i n g o f c o n c r e t e ma d e w i t h fl y a s h J C o n s t ruc t i o n a n d B u i l d i n g M a t e r i a l s ， 2 0 0 3 ( 1 ) ： 1 4 71 5 2 2 杨华全 ， 李文伟 水工混凝 土研 究与应 用 M 北京： 中国水利水 电 出版 社 ， 2 0 0 5 3 刘 丽芳， 张 国军 ， 尚书利 ， 等 粉 煤灰对 泵送混凝 土碳化深度 的影 响 J 粉 煤灰综合 利用， 2 0 0 5， ( 6 ) ： 3 2 3 3 4 高任清 ， 陈建兵 泵送混凝 土的碳化及施 工抑制措 施的试验研 究 J 混凝 土， 2 0 0 5， ( 5 ) ： 8 0 8 5 5 王林 ， 宋 少民 引 气含 量 对 大掺 量 粉煤 灰 混凝 土耐 久性 的影 响 J 武汉理 工大学学报 ， 2 0 0 9 ， 3 1 ( 7 )： 6 06 3 6 许辉 ， 谢 友均， 龙广成 ， 等 引 气粉 煤灰混凝 土抗冻融 耐久性 的研 究 J 粉煤灰 ， 2 0 0 4 ， ( 6 ) ： 3 5 7 马保 国， 白建飞， 许永和 ， 等 煅烧磷石 膏对舍掺 和料混凝 土耐久 性的影响 J 建筑材料学报， 2 0 0 6 ， ( 6 ) I n flu e nc e o f fly a s h c o nt e n t o n c a r bo n i z a t i o n a n d f r o s t r e s i s t a nc e o f p umpe d c o n c r e t e YAN G Hu a me i ，YA NG Hu a q u a n ，WAN G Yi n g c h u n，YAN J i a n j u n ( R e s e a r c h C e n t e r o f W a t e r E n g i n e e r i n g S a f e t y a n d D i s a s t e r P r e v e n t i o n o f Mi n is t r y of Wa t e r R e s o u r c e s ，C h a n g fi a n g R i v e r S c i e n t ifi c Re s e a r c h I n s t i t u t e ， Wu h a n 4 3 0 0 1 0，C h i n a) Abs t r a c t ： We s t ud i e d t he i n flu e nc e o f di f f e r e n t wa t e rb i n de r r a t i o a n d flv a s h c o n t e n t o n c a r bo n i z a t i on a n d f r o s t r e s i s t a nc e 0 f pu mpe d c o n c r e t eTh e r e s ul t s s h o w t h a t t h e c a r b o ni z a t i o n d e p t h o f p ump e d c o nc r e t e i nc r e a s e s wi t h t he i n c r e me n t o f fly a s h C O B t e n t ，wa t e rbi nd e r r a t i o a n d c o n c r e t e a g e Co mpa r e d wi t h c o n v e n t i o n a l c o n c r e t e，t he pu mpe d c o nc r e t e mi x e d wi t h fly a s h i s mo r e f a v o r a b l e t o i t s c a r bo n i z a t i o n r e s i s t a nc e； t h e c a r bo n i z a t i o n a n d f r o s t r e s i s t a n c e p r o p e r t i e s o f p umpe d c o n c r e t e mi x e d wi t h SP 一 8 N a r e s l i g h t l y b e t t e r t h a n t h a t mi x e d wi t h J M 一2； whe n 30 flya s h u s e d i n i t ，t h e pu mpe d c o n c r e t e h a s hi g h e r f r o s t r e s i s t a n c e wi t h t h e wa t e rb i nd e r r a t i on r a n g i ng b e t we e n 0 3 0 a n d 0 5 0； wa t e rbi n de r r a t i o i s t he p r i ma r y f a c t o r i n flu e n c i ng c a r bo ni z a t i o n a n d f r o s t r e s i s t a nc e o f p ump e d c o n c r e t e Ke y wor ds：pu mpe d c o n c r e t e；fly a s h；wa t e rb i nd e r r a t i o；c a r b o ni z a t i o n；f r o s t r e s i s t a n c e ( 编 辑 ： 刘 忠 清 )