煤矸石混凝土抗氯离子渗透实验研究.pdf

第3 9 卷第2 期 2 0 1 6 年 3 月 非金 属 矿 No n M e t a l l i c M i n e s Vb 1 3 9 NO 2 M a r c h ，201 6 煤矸石混凝土抗氯离子渗透实验研究 李永靖邢洋 ( 辽宁工程技术大学 土木与交通学院，辽宁 阜新1 2 3 0 0 0 ) 摘要为了 解煤矸石混凝土抗氯离子渗透性能， 以自 燃煤矸石为粗、 细集料， 4 2 5 普通硅酸盐水泥为胶凝材料并掺入粉煤灰 制备煤矸石混 凝土试件， 进行抗氯离子渗透实验， 研究了水胶比、 粉煤灰掺量以及抗压强度对煤矸石混凝土抗氯离子渗透性能的影响。结果表明： 非稳态条件下 煤矸石混凝土氯离子渗透深度随水胶比增加而加深， 呈正相关， 氯离子渗透深度增长速度在水胶比 0 4 2 0 4 8 时较快， 在水胶比0 4 8 0 5 6时缓慢； 氯离子迁移 系数 与水胶比呈正相关 ， 与粉煤灰掺量呈 负相 关； 氯 离子迁移 系数 随抗压强度增大而减 小， 呈 负相关， 负相 关显著性强弱表 现为粉煤灰 掺量 0 粉煤灰掺量2 0 l 粉煤灰掺量4 0 。掺入粉煤灰可以改善煤矸石混凝土耐久性能。 关键词煤矸石混凝土； 粉煤灰掺量； 抗氯离子渗透； 水胶比 中图分类号： T U 5 2 8 2 ； T D 8 4 9 5 文献标识码： A 文章编号： 1 0 0 0 - 8 0 9 8 ( 2 0 1 6 1 0 2 0 0 1 1 - 0 3 Ex p e r i me n t S t u d y o n Ch l o r i d e I o n Pe n e t r a t i o n o f Co a l Ga n g u e Co n c r e t e L i Y o n i n g Xi n gY a n g ( I n s t i tu t e o f C i v i l E n g in e e r i n g a n d T r a n s p o r t a t i o n ， L i a o n i n g T e c h n i c a l U n i v e r s i t y , F u x i n ， L i a o n i n g 1 2 3 0 0 0 ) Ab s t r a c t T a ke s p o n t a n e o u s c o mbu s t i o n c o a l g a n g u e ， 42 5 o r di n a r y p o r t l a n d c e me n t a n d fl y a s h t o ma k e c o a l g a n g ue l i g h t we i g h t a gg r e g a t e c o n c r e t e wh i c h i n o r d e r t o u n de r s t a n d t h e a n t i c h l o r i d e i o n p e r me a b i l i t y T he c hl o rid e i o n pe ne t r a t i o n t e s t i s c a r r i e d o u t t h a t i n o r d e r t o s tud y t h e r e l a t i o n s h i p be tw e e n a n t i c h l o rid e i o n p e rm e a bi l i ty a n d wa t e r c e m e n t r a t i o ， fly a s h c o n t e nt a s we l l a s c o m p r e s s i v e s t r e n g t h Ex pe rime n t a l r e s ul t s s ho w： t h e c h l o rid e i o n p e n e tr a t i o n d e p t h u n d e r t h e c on d i t i o n o f n o n s t e a d y s t a t e i n c r e a s e s wi t h the wa t e r c e me n t r a t i o a n d i s p o s i t i v e c o rre l a t i o n Th e g r owt h r a t e i s f a s t e r b e tw e e n 04 2048 o f wa t e r c e me nt r a t i o an d s l o we r be tw e e n 0 4 80 5 6 o f wa t e r c e me n t r a t i o Chl o rid e mi gr a t i o n c o e ffi c i e n t a n d wa t e r c e me n t r a t i o i s po s i t i v e l y c o r r e l a t e d Chlori d e mi g r a t i o n c o e ffi c i e n t d e c r e a s e s wi t h t h e i n c r e a s e o f c o mp r e s s i v e s t r e n g t h a n d i S n e g a t i v e c o rre l a t i o n Th e s tr e n g th o fthe s i tua t i o ni s a sf o l l o ws ： t h efl y a s h c o nt e n to f 0 i sl e s stha nt h efl y a s h c o n t e n to f2 0 a n dthefl y a s h c o n t e n t o f 2 0 i sl e s st h an thefl y a s h c o n t e n t o f 4 0 F l y a s h c a n i mp r o v e t h e d u r a b i l i ty o f c o a l g ang u e c o n c r e t e K e y wo r ds c o a l g a n g u e c o n c r e t e ； fly a s h c o n t e n t ； c h l o r i d e i o n p e n e tr a t i o n ； wa t e r c e me n t r a t i o 煤矸石是煤炭生产过程中产生的固体废弃物， 堆 存后占用大量农田， 并且污染地下水和空气， 因此如 何利用煤矸石成为亟待考虑的问题 1-2 o煤矸石综合 利用的主要途径有生产煤矸石砖、 路基填筑和制备煤 矸石混凝土等 3 4 。， 虽然利用煤矸石制备煤矸石混凝 土存在许多亟待解决的问题， 但煤矸石部分、 甚至全 部替代碎石制备煤矸石轻骨料混凝土作为大宗建筑 材料是必然趋势 5 】 。大规模利用煤矸石混凝土的主 要障碍是其耐久性尚缺乏深入研究， 如抗氯离子渗透 性能 。抗氯离子渗透性能是评价建筑结构钢筋抵 抗锈蚀能力的主要指标之一， 而煤矸石混凝土由于其 自身结构存在的天然缺陷， 强度和耐久性较普通混凝 土低， 对其在建筑结构中的推广使用造成了较大影响 。因此， 提高煤矸石混凝土抗氯离子渗透性能已成 为煤矸石混凝土在建筑结构中推广使用的重要课题 收稿 日期 ：2 0 1 6 - 0 l 一 0 9 基金项目：国家自 然科学基金( 5 1 0 0 8 1 4 8 、5 1 2 7 4 1 1 1 ) ；辽宁省教育 厅 基金( L 2 0 1 3 1 3 7 ) 。 通讯作者 ，T e l ： 1 5 1 3 4 0 6 3 2 5 8 ；E - ma i l ： l g d x i n g y ang 1 2 6 c o m。 之一 。 本实验以自燃煤矸石为集料， 4 2 5 普通硅酸盐 水泥为胶凝材料并掺入粉煤灰， 制备煤矸石混凝土试 件， 进行抗氯离子渗透实验， 研究了抗氯离子渗透性 能与水胶比、 粉煤灰掺量以及抗压强度关系。 1 实验部分 1 1 原料水泥， 阜新大鹰水泥厂产 4 2 5 号普通硅 酸盐水泥； 实验用水为普通 自 来水； 减水剂， 上海耀前 建筑涂装有限公司产 S H I I 高效高能无氯减水剂 ( 萘 系高效减水剂) ， 可减水 1 5 2 5 ； 煤矸石集料取 自 阜新艾友矿矸石山； 粉煤灰为阜新大唐发电厂 级粉 煤灰。水泥和粉煤灰物理力学指标见表 1 ， 物理性能 指标见表 2 ， 粉煤灰和煤矸石化学成分见表 3 ， 自 燃煤 矸石粗、 细集料颗粒级配见图 1 。 表 1 水泥、 粉煤灰力学指标 第3 9 卷第2 期 非金 属矿 2 0 1 6 年3 月 表 2 水泥、 粉煤灰物理性能指标 表 3 粉煤灰、 煤矸石化学成分 ( w ) 1 O 0 8 0 篓6 0 絮 o 堰 2 0 0 5 1 0 1 5 2 0 u1 1 粒 径 m m 粒径 m m 图1 煤矸石级配曲线 a 一 粗集料 ；b 一 细集料 1 2 实验设计 与实验过程本 次抗 氯离子渗透实 验参 考 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 和 J G J T 1 9 3 2 0 0 9 混 凝土耐久性检验评定标准 【9 进行， 试件采用直径 1 0 0 1 T i m、 高度 5 0 mm 的圆柱体 ， 煤矸石 骨料最大公 称粒径 2 0 m m， 标准养护 2 8 d ， 然后进行抗氯离子渗 透实验。煤矸石混凝土配合比情况， 见表 4 。非稳态 条件 下 自燃煤矸石混凝 土氯离子迁移系数 J ) 。 M可 按公式 ( 1 ) 和 ( 2 ) 计算： D = 0 0 2 3 9 。 t ( Xd 一 0 0 2 3 8 ) ( 1 ) a =( 2 7 3 +T ) L ( U一 2 ) ( 2 ) 式中： t 为实验持续时间， h ； 为C 1 渗透深度平均值， m r n ； U为实验电压绝对值， V； L为试件厚度， m m； T 为阳极溶液初始温度和结束温度的平均值，。 2 结果与讨论 2 1 氯离子渗透深度分析抗氯离子渗透实验得到 煤矸石混凝土氯离子渗透深度和迁移系数， 见表 5 。 表 5 煤矸石混凝土氯离子迁移系数 依据表 5所示数据， 绘制非稳态条件 下煤 矸石 混凝土氯离子渗透深度曲线， 结果见图 2 。由图2 a 可看出， 非稳态条件下氯离子渗透深度随水胶比增 加而增大， 呈正相关； 氯离子渗透深度增长速度在水 胶比 0 4 2 - 0 4 8时较快 ， 在水胶比 0 4 8 - 0 5 6时缓慢。 未掺粉煤灰混凝土渗透深度曲线位于掺入粉煤灰混 凝 土上方， 表 明未掺粉煤灰煤 矸石混凝土抵抗氯离 子渗透能力较弱， 钢筋容易发生锈蚀， 建筑结构耐久 性较差； 掺入粉煤灰煤矸石混凝土抵抗氯离子渗透 能力较强 ， 可以有效延缓钢筋锈蚀过程 ， 增强建筑结 构耐久性 。由图 2 b可看 出， 非稳态条件下氯离子渗 透深度随粉煤灰掺量增加而减小， 呈负相关。实验 表明掺入粉煤灰可以提高煤矸石混凝土抗氯离子渗 透能力。 表 4 煤矸石混凝土配合比设计及实验方案 1 2一 0 芝褂 埘 嚣 目 R 李永靖，邢洋 煤矸石混凝土抗氯离子渗透实验研究 2 1 E 1 8 聪 蚓 1 5 拯 1 2 21 E 1 8 s 艇 1 2 图2 渗透深度变化规律 a 一 水胶比 ；b 一 粉煤灰掺量 2 2 氯离子迁移系 数分析抗氯离子渗透实验得到 的非稳态条件下煤矸石混凝土氯离子迁移系数变化 规律 ， 见图 3 。 04 2 04 8 O5 6 0 2 0 4 0 水 胶 L w c 粉 煤灰 掺 量 图3 氯 离子迁移 系数变化规律 a 一 水胶 比；b - 粉煤灰掺量 由图 3 a 可看出， 非稳态条件下煤矸石混凝土氯 离子迁移系数随水胶比增加而变大， 呈正相关。当 未掺加粉煤灰时， 水胶比为 0 4 2 0 5 6 ， 氯离子迁移 系数分别为 6 9 、 8 5 和 9 -3( 单位 1 0 。 m 2 s ， 下同) ， 迁 移系数 分别 增长 了 2 3 2 和 9 4 ； 当掺 加 2 0 粉 煤灰时， 水胶比为 0 4 2 - 0 5 6 ， 氯离子迁移系数分别 为 6 4 、 7 7和 8 2 迁移系数分别增长 2 0 O 和 6 5 ； 当掺加 4 0 粉煤灰时， 水胶比为 0 4 2 - 0 5 6 ， 氯离子 迁移 系数分别 为 5 3 、 7 4和 8 0 ， 迁移 系数分别增长 3 9 6 和 8 1 。可以看出， 虽然氯离子迁移系数随 水胶比增加而增大， 但增长速度在降低。 由图3 b 可看出， 非稳态条件下煤矸石混凝土氯 离子迁移系数随粉煤灰掺量增加而减小， 呈负相关； 当水胶比为0 4 2 ， 粉煤灰掺量为 0 、 2 0 和 4 0 时， 氯离子迁移系数分别降低 7 3 和 1 7 2 ； 当水胶比 为0 4 8 ， 粉煤灰掺量为 0 、 2 0 和 4 0 时， 氯离子迁 移系数分别降低 9 4 和 3 9 ； 当水胶比为 0 5 6 ， 粉 煤灰掺量为 0 、 2 0 和 4 0 时， 氯离子迁移系数分别 降低 1 1 8 和 2 4 。实验表明在煤矸石混凝土中掺 入一定量粉煤灰对抗氯离子渗透起到有益作用。综 合上述实验结果可知， 为了提高煤矸石混凝土抗氯 离子渗透能力， 应采用较小的水胶比并掺入一定量 粉煤灰。 2 -3 氯离子迁移系 数与抗压强度关系非稳态条件 1 3一 下煤矸石混凝土氯离子迁移系数DR M 与抗压强度关 系， 见图4 。由图4 可看出， 粉煤灰掺量一定时， 非稳 态条件下煤矸石混凝土氯离子迁移系数随抗压强度 增长而减小， 呈负相关， 负相关显著性强弱表现为粉 煤灰掺量 0 粉煤灰掺量 2 0 粉煤灰掺量 4 0 。未 掺粉煤灰混凝土抗压强度普遍较高， 氯离子迁移系数 也较大， 抵抗氯离子渗透能力较弱， 钢筋容易锈蚀， 耐 久性较差； 掺入粉煤灰混凝土强度有所降低， 但耐久 性较好 。 Z Z 6 40 抗压 强 度 MP a 图4 氯 离子迁移 系数与抗压强度关系 3 结论 1 非稳态条件下氯离子渗透深度随水胶比增 加而加深， 呈正相关 氯离子渗透深度增长速度在 水胶比为 0 4 2 -0 4 8时较快， 在水胶比为 O 4 8 - 0 5 6 时缓慢 ； 2 非稳态条件下煤矸石混凝土氯离子迁移系数 与水胶比呈正相关， 与粉煤灰掺量呈负相关； 3 非稳态条件下煤矸石混凝土氯离子迁移系数 随抗压强度增长而减小， 呈负相关， 负相关显著性强 弱表现为粉煤灰掺量0 粉煤灰掺量 2 0 粉煤灰掺 量 4 0 。 参考文献： 1 周梅 ， 王强， 牟爽 自燃煤矸石粗 集料特性 对混凝 土拌舍物 工作性 影响研究 _ 非金属矿， 2 0 1 3 ， 3 6 ( 1 ) ： 8 - 1 1 【 2 】 李永靖， 张旭， 闰宣澎， 等。 测定煤矸石骨料混凝土性能的试验分析 非金属矿 ， 2 0 1 3 ， 3 6 ( 3 ) ： 4 3 - 4 5 3 宋洋， 赵 禹， 祝 百茹 煤矸石轻集料混凝 土性能试验研 究 J 非金属 矿 ， 2 0 1 4 ， 3 7 ( 1 ) ： 2 8 - 3 0 4 胡瑾， 阎培渝， 董树国， 等 提高中等强度等级混凝土抗氯离 子渗透 性能的研 究 硅酸盐通报 ， 2 0 1 4 ， 3 3 ( 4 ) ： 9 1 3 9 1 7 5 】 刘军， 邢锋， 董必钦， 等 混凝土的微观孔结构及对渗透性能的影响 叨 混凝 土， 2 0 0 9 ( 2 ) ： 3 2 3 4 6 赵铁军 ， 朱金铨 ， 冯乃谦 高性能混凝土的强度与渗透性的关 系【 J y -,_lk 建筑， 1 9 9 7 ， 2 7 ( 5 ) ： 1 4 2 3 7 王栋民， 王剑锋 ， 范兴旺， 等 自燃煤矸石粉对混凝土耐久性的影响 硅 酸盐通报 ， 2 0 1 3 ， 3 2 ( 5 ) ： 8 3 9 8 4 3 8 】 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 【 S 】 9 9 J G J T 1 9 3 - 2 0 0 9混凝土耐久性检验评定标 准 s 】