含钢渣复合掺合料对高性能混凝土抗氯离子渗透性能的影响.pdf

2 0 1 3年第 8 期 8月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA CONCRETE AND CEMENT PR0DUCTS 2 0l 3 No 8 Au g u s t 含钢渣复合掺合料对高性能混凝土 抗氯离子渗透性能的影响 刘 静 ， 王元纲 ( 1 南京大学金陵学院土木工程系， 2 1 0 0 8 9 ； 2 南京林业大学土木工程学院 ， 2 1 0 0 3 7 ) 摘要 ： 应用 A型复合掺合料 ( 磨细钢渣粉 ： 粉煤灰 ： 硅 灰= 3 ： 5 ：2 ) 、 B型复合掺合料( 磨 细铜渣粉 ： 矿渣微粉 ： 粉煤 灰= 1 ： 2 ： 1 ) 配制复合型掺合料的 高性能混凝土 ， 通过 电通量试验分析 混凝土的抗 氯 离子渗 透性 能。结果表明 ， 随着矿 物掺合料掺 量的增加 ， 混凝 土的抗氯 离子渗 透性能也 随之 明显提 高： 复掺 A 型掺 合料混凝 土的 5 6 d电通量均低 于 1 0 0 0 C， 且 -3掺 量 小于 3 0 时 ， 其 抗氯 离子渗透性 能显 著优 于复掺 B型掺合料 的混凝土 ： -3掺 量大于 3 0 时 复掺 B 型掺合料混凝土 的电通量 降低速率 高于复掺 A型掺 合料 的混凝土 关键词 ： 高性能混凝土 ； 抗 氯离子渗 透性 ： 电通量 Ab s t r a c t ：A s t u d y 0 n t h e a n t i c h l o r i d e i o n p e n e t r a t i o n p e r f o r ma n c e o f h i g h - p e rfo r ma n c e c o n c r e t e i s ma d e t h r o u g h t h e e l e c t ri c fl u x t e s t ， a n d t h e h i g h p e rf o rm a n c e c o n c r e t e i s ma d e wi t h A c o mp o u n d a d mi x t u r e s f s t e e l s l a g ： fl y a s h ： s i l i c a f u me = 3 ： 5 ： 2 ) a n d B c o m p o u n d a d m i x t u r e s( s t e e l s l a g ： g r o u n d g r a n u l a t e d b l a s t f u r n a c e s l a g ： fl y a s h = l ： 2 ： 1 ) T h e r e s u h s s h o w t h a t t h e a n t i c h l o r i d e i o n p e n e t r a t i o n p e rf o r ma n c e c a n b e o b v i o u s l y i mp r o v e d w i t h t h e i n c r e a s e o f c o mp o u n d a d mi x t u r e a mo u n t ；t h e a n t i c h l o rid e i o n p e n e t r a t i o n p e rf o r ma n c e o f c o n c r e t e w i t h A c o mp o u n d a d mi x t u r e i s s i g n i fi c a n t l y b e t t e r t h a n t h e c o n c r e t e w i t h B c o mp o u n d a d mi x t u r e wh e n t h e a d mi x t u r e a mo u n t i s l e s s t h a n 3 0 a n d t h e e l e c t r i c fl u x o f c o n c r e t e wi t h A c o mp o u n d a d mi x t u r e i s b e l o w 1 0 0 0 C w h e n t h e c o n c r e t e h a s b e e n c u r e d 5 6 d a y s ； t h e e l e c t r i c fl u x d e c r e a s i n g s p e e d o f c o n c r e t e w i t h B c o mp o u n d a d mi x t u r e i s h i g h e r t h a n t h e c o n c r e t e wi t h A c o mp o u n d a d mi x t u r e w h e n t h e a d mi x t u r e a mo u n t i s mo r e t ha n 30 K e y w o r d s ： H i 曲 p e r f o r m a n c e c o n c r e t e ； A n t i - c h l o r i d e i o n p e n e t r a t i o n p e rf o r m a n c e ； E l e c t r i c fl u x 中图分类号 ： T U 5 2 8 1 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 3 ) 0 8 一 O 9 0 4 0前 言 氯化 物 的 侵 入是 引 起 混 凝 土 中钢 筋 锈 蚀 的 主 要原因之一 ， 氯离子 能破坏钢筋表面钝化膜而引起 钢筋局部腐蚀 ， 对腐蚀过程具有催化作用l 1 。我 国 海 岸 线 长 ， 由于 海 水 中富 含 氯 离 子 ， 沿 海 及 近 海 地 区的混凝土结构 ， 经常受氯离子 的侵袭 ； 北方地区 冬季严寒 ， 除冰盐被广泛应用 于北方道路桥梁冬季 除冰雪工程 中； 盐湖 、 沿海地 区对海水 、 海砂 的大量 使用 ， 使得众多混凝 土结构暴露于氯离子侵蚀 的环 境之下 。提高高性能混凝土的抗氯离子渗透性能已 成为 国内外 的研究热点 ， 而通过掺矿物掺合料 的方 式来提高 高性 能混凝 土的抗渗性能是主要 的研究 方 法 3 j 。 矿物掺合料 的掺入可 以影 响混凝 土抗氯离子 渗透性能 【4 ， 然而矿物掺合料的种类 、 掺量 与混凝 土抗氯离子渗透性能之间的定量关系并不明确 。近 年来 ， 钢渣在混凝土领域 的应用越来越受重视_7 _ 8 ， 本文应用磨 细钢渣粉与矿渣微粉 、 粉煤灰 、 硅灰进 行三元复合 ， 其复合 比例 为 ： 磨细钢渣粉 、 粉煤灰 、 硅灰按 3 ： 5 ： 2的比例复合( 即 A型复合掺合料) ； 磨 细钢渣粉 、矿渣微粉 、粉煤灰按 1 ： 2 ： 1的比例复合 ( 即 B型复合掺合料) 9 - 1 0 ，应用 A、 B两种类型的复 合矿物掺合料拌制混凝土 ， 研究其掺量与混凝土抗 氯离子渗透性能之间的关系 研究成果对含钢渣掺 合料在混凝土领域的应用具有一定 的参考价值。 1 原 材料 与试 验方 法 1 1 原 材料 水 泥 ( C ) ： P 4 2 5级水 泥 ， 比表 面积 为 3 1 0 m 2 k g ， 表 观密 度为 3 1 0 0 k g m 。 粉煤灰 ( F A) ： 南京产 级粉煤灰 ， 比表 面积 为 3 2 0 m k g ， 表观 密度 为 2 0 5 0 k g m ， 活性 指数 为 7 0 。 矿渣微粉 ( G S ) ： 南京产 $ 9 5型矿渣微 粉 ， 比表 面积为 4 0 2 m V k g ， 其表观密度为 2 9 0 0 k g m ， 活性指 数为 1 2 3 。 磨细钢渣粉 ( S S ) ： 马鞍 山某公 司分选后陈伏一 年 的钢 渣 粉磨 2 h后 表观 密度 为 2 9 9 0 k g m ， 比表 面 一 9 一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 3年第 8期 混凝 土与水 泥 制品 总第 2 0 8 期 积为 4 0 7 m k g ， 活性指数为 6 6 8 。 硅灰( S F ) ： 表观密度为 1 2 0 0 k g m ， 比表面积为 2 1 5 0 0 m 2 k g 活性指数为 1 2 0 6 。 减 水 剂 ：江 苏某 公 司生 产 的 S B T J M 一l I 混 凝 土高效减水剂。 集 料 ：粗 集料 为 石灰 岩碎 石 ，表 观 密度 为 2 7 4 0 k m 3 ， 级配 良好 ； 细集料 为江砂 ， 表观密 度为 2 6 3 0 k m。 ， 细度模数为 2 8 6 ， 属 中砂。 水泥及掺合料的化学成分如表 1 所示。 1 2试 验方法 分别采用 A型复合掺合料和 B型复合掺合料 制作 1 0 0 m mx 1 0 0 m mx 1 0 0 mm混凝土试件 ； 新拌混凝 土的坍落度为 9 0 1 l O m m，通过调整高效减水剂的 用量满 足坍 落 度要求 。试 件在 养护 至规 定 龄期 ( 2 8 d 、 5 6 d ) 前 2 d时 ， 用 切 割机 切成 1 0 0 m mx 1 0 0 mmx 5 0 ra m的尺寸 。 根据 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 进行抗氯离子 渗透试验， 使用 N E L P E R系列混凝土渗透性电测 表 1 原材料 的化学成分 仪测定混凝土试件真空保水 1 8 h后通电 6 h的直流 电通 量 。 1 - 3配合 比 本试验 主要分析矿物掺合料 的类型 与掺量对 混凝土抗氯离子渗透性能的影响规律 。 应用 A、 B两 种类型的复合矿物掺合料配制混凝土 ， 其掺量变化 范围取 1 0 5 0 试验配合 比如表 2所示。 2试验 结果 与分 析 本试验测定 了掺 A型、 B型复合型掺合料高性 能 混凝 土 标准 养 护 2 8 d 、 5 6 d时 的 电通量 ， 试验 结 果 如表 3 。 2 1 抗氯 离子渗 透性 能分 析 由表 3中的电通量 试验 结果可 以看 出 ： ( 1 ) 掺 A型复合掺合料 的混凝土 ， 其抗氯离子 表 2混凝土配合比 k g m 1 6 2 8 6 65 4 1 0 85 6 注 ： T 0为基准混凝土 ； 表 中 W 表示用水量 ； S表示砂子用量 ； G表示石子用量 。 渗透性能显著优于掺 B型复合掺合料 的混凝土。在 掺合料掺量和混凝土养护龄期相 同的条件下 ，掺 A 型复合掺合料混凝 土的电通量显著低于掺 B型复 合掺合料的混凝土； 掺量越大这种差异也越大 。以 掺量 为 2 O 、养护 2 8 d时混凝土的电通量为例分 析 ， 掺 A型复合掺合料 的混凝 土 ， 其 电通量相对于 基准混凝土降低 7 4 ： 而掺 B型复合掺合料的混凝 一 l 0一 土， 其 电通量相对于基准混凝土仅降低 了 1 8 。掺 A 型 复 合 掺 合 料 的 混 凝 土 ， 2 8 d电 通 量 均 低 于 1 3 0 0 C， 5 6 d电通量基本都低 于 1 0 0 0 C 。 若以5 6 d电通 量作为评定依据 掺 A型复合掺合料混凝土的抗渗 等级均 已达到 Q一 1 V级 ( J G J T 1 9 3 -2 0 0 9 ( 混凝土耐 久性检验评定标准 ) ； 而掺 B型复合掺合料的混凝 土 ， 在掺量大于 2 0 时 ， 其抗渗等级才能达到 Q I l l u 驺 罟 8 6 2 8 4 0 2啊 m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 刘 静 ， 王元纲 含钢渣复合掺合料对高性能混凝土抗氯离子渗透性能的影响 级。故使用 A型掺合料可以配制 出抗氯离子渗透性 能非 常好的高性能混凝土 ， 主要是 因为 A型复合掺 合料 中含有硅灰 ， 硅灰颗粒细小 、 比表面积大 、 火 山 灰活性很高 ， 其且水化 反应很快 ， 致使生成 的水泥 u 石更 加致 密 蝈 ( 2 ) 养护龄期越 长 ， 混凝土抗 氯离子渗透性能 越好 。在相 同配合 比条件 下 ， 养护 5 6 d时混凝土的 电通量均低于养护 2 8 d时混凝土的电通量 主要是 因为养护龄期越长 ， 水泥及各种矿物掺合料 的水化 反应越充分 ， 其致密性就越高 ， 故耐久性提高。 ( 3 ) 混凝土的抗氯离子渗透性能随着矿物掺合 料掺量的增加而提高 。从表 3可以看 出 电通量随 着矿物掺合料掺量的增加而降低 ， 以掺 B型复合掺 合料 的混凝土为例 ，当 B型复合掺合料掺量小于 2 0 时， 对抗氯离子渗透性能提高不大 ， 当掺量达到 5 O 时， 5 6 d电通量已基本低于 1 0 0 0 C，抗氯离子渗 删 透性能提高 5 9 。这主要是因为矿物掺合料具有微 奢 集料效应 、 微 晶核效应和火 山灰效应 ， 能改善混 凝 土 的微观结构 ， 使水泥石更加致密 降低 了混凝 土 的孔隙率 ， 因而宏观上表现为其抗渗透性能增加 。 表 3 抗氯离子渗透试验结果 注 ： B r 表 示胶凝材 料总量 ， W B f 表不水 胶 比， P 表 不矿物掺 合料的掺量 。 2 2 电通量与掺量关系曲线拟合 由 2 1小节 的分析 可 知 ，混凝 土 的 电通 量 随着 矿物掺合料的增加而降低 ，本文应用 Mi n i t a b进行 曲线拟合 ， 分析电通量与掺量 的关 系。通过曲线拟 合发现 ： 电通量 ( C ) 是掺量 ( p ) 的三次 函数 ， 拟合 曲 线如 图 1 图 4所示 ， 拟合关系式如式( 1 ) 一 式( 4 ) 。 决定系数 R S 。 代表一个 比值 ，是根据 D O E试 验建立 的方程式 ( 数学模型) ， 对各个 因子参数值代 入方程后所得 的预测值 占实际总样本值的百分 比， 皿 硎 喇 咖 昭 掺量 D 图 1 掺 A混凝土 2 8 d电通量三次拟合曲线 掺量 p 图 2掺 A混凝土 5 6 d电通量三次拟合曲线 掺量 p 图 3掺 B混凝 土 2 8 d电通量三次拟合 曲线 掺量 p 图 4 掺 B混凝 土 5 6 d电通量三次拟合 曲线 一 l 1一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 3年第 8期 混凝土与水泥制品 总第 2 0 8期 通常大于 6 4 即可 ； R S 。 越大 ，说明 白变量对 因变 量的影响越显著。R S 。 ( 调整) 应该变化也不大 ， 若 与 R S 差别 超过 5个 百分 点 ，说 明模 型过 度拟合 ， 故而 预测 不 足 本文中是一个单因素 的数据拟合 ， 掺量作为 自 变量 是电通量 的一个影响 因素 ； 电通量 的变化一 部分是由掺量变化引起 的， 还有一部分是 由其它因 素及误差引起的， 而 R S 。 作为 比值 ， 表示掺量引起 的变化 占总变化的比率 。从 图 1 一 图 4中可以看出， 决定 系数 R S 均在 9 9 左 右 ， 且 调 整后 的 R S 变 化也不大， 故拟合方程的相关性很好 。因此， 掺量对 混凝土电通量 的影响显著 ，符合 三次 曲线 的关系 ， 关 系式 如下 ： 掺 A掺合 料 时 ： C A 2 8 = 2 7 2 0 1 8 8 5 3 P + 5 4 6 2 9 p 一 - 5 1 9 1 2 ( 1 ) C A 5 6 = 2 3 5 3 1 7 6 8 4 p + 5 2 4 l 9 ,2 - 5 0 9 7 2 q ( 2 ) 掺 B掺合 料 时 ： C B 2 8 = 2 7 2 6 + 6 6 2 p l 1 0 8 8 q 1 0 1 4 5 q 7 ( 3 ) C B 5 6 = 2 3 6 9 1 7 9 7 q 一 - 7 0 8 3 q ： + 1 0 2 7 7 q ( 4) 式 中 ， C表示 电通 量 ； p表示矿物 掺合料 的掺 量 ； A 勰表示复掺 A型复合掺合料养护 2 8 d ，其余依 次类 推 。 对于掺 A型复合掺合料的混凝土 ， 掺量为 2 C 时为 曲线 的突变点 ， 这说明当 A型复合掺合料掺量 在 2 0 时 ， 对混凝土电通量影响比较显著 ： 然而 ， 当 A型复合掺合料的掺量 由2 0 增加到 5 0 时 电通 量的变化趋于平缓 ， 仅降低 了不到 3 0 0 C， 且 A型复 合 掺 合料 掺量 越 大 ，拌制 混 凝 土时 需 水量 也 越 大 。 故 A型复合掺合料不适宜大掺量应用。 对于掺 B型 复合掺合料的混凝土 ， 电通量随着掺量的增加而降 低 ； 当掺 量 大 于 2 0 时 ， 不 同养 护 龄 期 混 凝 土 的 电 通 量 拟合 曲线均 近 似直 线 ， 说 明掺 量 对 电通 量 的影 响较为均匀。当掺量小于 3 0 时 ， 掺 B型复合掺合 料混凝土 电通量下 降的速率远 小于掺 A型复合掺 合 料的混凝土 ； 而 当掺量大于 3 C 时 ， 掺 B型复合 掺合料 混凝土 电通量下降的速率高于掺 A型复合 掺合料的混凝土，且 B型复合掺合料掺量越大 ， 新 拌混凝土的和易性越好 混凝土养护 2 8 d后电通量 也能降至 2 0 0 0 C， 达到 Q I I I 级 ( J G J T 1 9 3 -2 0 0 9 ) ， 故 B型复合掺合料适宜大掺量使用。因此 ， A型复 合掺合料的最佳掺量为 1 0 3 0 ， B型复合掺合料 的适宜掺量应 大于 3 C 甚 至可 以提高至 5 0 以 上 。 3结论 ( 1 ) 矿物掺合料的种类显著影响混凝 土的抗氯 一 1 2 一 离子渗透性能。掺量小于 3 0 时 ， 掺 A型复合掺合 料的混凝土 其抗氯离子渗透性能显著优于掺 B型 复合掺合料的混凝土 ；且掺 A型复合掺合料时 ， 混 凝 土 的 2 8 d电通 量 均 低 于 1 3 0 0 C、 5 6 d电通 量 基 本 低于 1 0 0 0 C， 其抗氯离子渗透性能非常好 。 ( 2 ) 混凝土 的抗氯离子渗透性能随着矿物掺合 料掺量的增加而明显提高。当掺合料的掺量由 1 0 增加 到 5 0 时 ， 与 基 准混 凝 土 相 比 ， 掺 A 型 复合 掺 合料的混凝土 ， 其 2 8 d电通量降低了 5 2 5 一 8 2 4 ， 5 6 d电通量降低 了 5 6 3 一 8 9 2 ；掺 B型复合掺合 料的混凝土 ， 其 2 8 d电通量降低了 2 2 一 4 2 8 ， 5 6 d 电通量降低了 9 1 5 8 9 。 ( 3 ) 通过拟合分析可知， A型复合掺合料的最佳 掺量为 1 C 3 C ，当 A型复合掺合料掺量继续增 大时 ， 新拌混凝土的需水量增大 ， 且对渗透性改善 作用不 大 ： B型复合 掺合料 的适宜掺 量为 3 0 5 0 。 参考文献 ： 1 1 杜荣 归， 刘玉， 林 昌健 氯离子 对钢筋腐蚀机理 的影响及 其研究进展l J 1 材料保护， 2 0 0 6 ， 3 9 ( 6 ) ： 4 5 5 0 【 2 l 王春福， 王瑜玲 钢筋混凝土氯离子腐蚀机理 与防护措施 J 】 商品混凝土， 2 0 1 0 ( 3 ) ： 5 6 5 8 3 吴敏， 施惠生 矿物质掺合 料对混凝 土性 能的影响 J 1 新 型建筑材料 2 0 0 7 ( 5 ) ： 1 (3 -一 1 3 4 周立 霞， 王起才， 张粉芹 矿物 掺合料和孔结 构对混凝土 抗渗性的影响 J 水力发电学报， 2 0 1 0 ， 2 9 ( 3 ) ： 1 9 6 一 2 0 1 【5 】 孟振亚， 刘加平 矿物掺合料的掺人对混凝土抗氯离子渗 透性能影响的评价与研究 J 混凝土， 2 0 1 0 ( 7 ) ： 2 8 3 3 6 黎鹏平， 苏达根， 王胜年， 等 掺合料 对胶 凝材料水 化热及 混凝土氯离子扩散系数的影响l J 1 水运 程， 2 o o 9 ( 1 1 ) ： 6 - 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