粉煤灰混凝土早期受冻氯离子扩散系数.pdf

张臣松等 ： 粉煤灰 凝 土 期受冻氯离子JJ 敞 系数 粉煤灰混凝土早期 受冻氯离子扩散 系数 张巨松 ， 王保权 ， 黄艳春 ( 1 沈阳建筑大 学材料科学与工程学院 沈阳1 1 0 1 6 8； 2 丹东市兄 弟建材有 限公司 辽宁丹东1 1 8 0 0 3) 【 摘要】 目的： 为研究粉煤灰混凝土早期 一 5 受冻对氯离子扩散系数( D 。 ) 的影响。采用的方法是用粉煤 灰等量取代水泥量为 2 0 、 3 0 、 4 0 的混凝土试件， 早期 一5 受冻， 采用 N E L法测试饱盐电导率， 计算 D 。 值。 得到的结果是粉煤灰混凝土， 一 5 冻后 D 大于同条件标养， 大于同龄期空白组标养； 冻后恢复标养 D ， 小于同条 件标养 2 8 d 。粉煤灰混凝土标养 2 8 d与冻后恢复标养 D 。 均小于空白组标养2 8 d 。粉煤灰混凝土 一 5 冻后恢复标 养， D ； 在预养护5 d 左右时大都出现峰值。结论粉煤灰混凝土抗 c l 一 渗透性比普通混凝土好。粉煤灰混凝土存在 抗冻临界结构 ， 出现龄期较普通混凝土晚。 【 关键词】 粉煤灰； 早期受冻； 氯离子扩散系数 ； 抗冻I 临 界结构 【 中图分类号】 T U 5 2 8 2 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 【 2 0 1 4 ) 0 4 0 0 0 1 0 3 矿物掺合料是高强高性能混凝土不可缺少的组 分 ， 粉煤灰的火山灰效应、 填充效应对水泥石结构和 过渡区结构起优化作用， 能显著改善、 提高混凝土 的综合性能， 尤其是泵送混凝土工作性改善及大体积 混凝土 温度裂缝控 制 ， 因此在 混凝 土 中的应 用也 越来 越广 。对 于普 通混 凝土 ， B e r k o v i t e h研究认 为 ， 在水 泥的水化过程中， 存在一个水泥浆体内部结构有明显 区别的转折点。笔者 曾发现， 混凝土早期结构发展过 程 中 ， 存在水 基本连 续且 富集 在易于迁移 的毛 细孑 L 中 的特 殊结 构混 凝 土抗 冻 临界结 构 。 由于 粉煤 灰的掺人使混凝土早期强度降低， 研究粉煤灰混凝土 早期受冻后的孑 L 结构状况以及受冻后的结构对最终 结构的影响非常必要。 饱盐混凝土电导率法( N E L法) 认为氯离子扩 散系数 ( D ； ) 能反映出混凝土内部孑 L 结构的发展情况。 在一系列研究工作的基础上 ， 文中使用 N E L法， 对 不同预养龄期 一 5 受冻 及冻后恢 复标 养累计 2 8 d的 粉煤灰混凝土 的 D 进行 了探讨。 1 原材料 、 配 合比和 实验方法 1 1 原材料及配合 比 ( 1 ) 原材料。水泥： 冀东水泥厂生产的盾石牌 强度等级 4 2 5 普通硅酸盐水泥； 粉煤灰： 铁岭 I级粉 煤灰， 其化学成分见表 1 ； 粗集料： 沈阳地区康家山碎 石， 粒径 5 2 0 m m连续级配； 细集料 ： 中砂 ， 连续级配， 各项指标符合标准的规定 ； 外加剂： 沈阳依力达公司 生产的萘系高效减水剂。 ( 2 ) 配合 比。胶凝 材料 、 砂 、 石 比为 1 ： 1 5 ： 2 ， 水 胶比0 3 8 ， 高效减水剂掺量为0 7 5 。粉煤灰( F ) 混 凝土， 粉煤灰等量取代水泥量为 2 0 、 3 0 、 4 0 ( 、 、 ) 。空白对照组粉煤灰掺量为0 ( W) 。 表 1 铁岭 I 级粉煤灰化学成分 1 2实验方法 试件尺 寸 1 0 0 m n1 0 0 m m 1 0 0 m m。第一 组 标 准养护( 一) ， 养护龄期 d 7 d 、 2 8 d 。第二组标准养护 至规定龄期 ( 3 7 d ) ， 一5 c c 条 件下 冷冻 7 d ( A ) ； 第三 组标准养护至规定龄期( 3 d 7 d ) ， 一 5 条件下冷冻 7 d后再标养至累计标养 2 8 d ( A 2 ) 。采用 N E L法真空 饱盐， 测试电导率， 根据 N e ms t E i n s t e i n 方程计算 D ， 。 2实验结果与分析 2 1 早期受冻后的粉煤灰混凝土氯离子扩散系数 一 5 冻后与标 准养 护 3 7 d的 D 如 图 l所示 。 由图 1 可见 ， 相同掺量粉煤灰混凝土早龄期 一 5 受冻 后 ， D ； 比同龄期标养略大； 粉煤灰掺量大， 预养护龄期 短时 ， 冻后 D 。 略微小 于标 养 ； 一 5 冻后 D 。 随预 养护 龄期增加下降过 程中 ， 在预养 5 d 左右时 出现凸起。 粉煤灰早期 活性 小， 水泥量小。混凝 土孑 L 隙率 大， 大孔较多， 粉煤灰在较大孔隙中， 不足以堵塞大部 分孑 L 隙， 填充效应未充分发挥作用。 一5 受冻时， 大 孔中水分结冰膨胀， 孔壁开裂。大孔隙之问较i J , ：f L 隙 内水分迁移， 将堵塞的粉煤灰冲开 ， 连通孔隙增加； 小 孑 L 隙 失水后 在低 温环 境 中干燥 收缩开 裂 ； 裂缝 增 加 ， 连通孔增多， 结构渗透性好。D 大于同龄期标养。 粉煤灰掺量大时， 大孔隙多， 水分迁移轻而冻胀 严重， 大孑 L 连通相对较差。当养护龄期短时， 结构塑 【 基金项目 f 目 家f l 然科学丛金项( 5 1 2 7 8 3 1 2 ) ， 沈刚地铁淞凝土攻关项 j ， 低温建筑技术 2 0 1 4年第 4期 ( 总第 1 9 0期 ) 性恢复较好， 冻后 D 小于同龄期标养值。当预养龄期 大时 ， 水泥水化程 度加深 ， 结 构定型 ， 混凝土塑 性恢复 能力变差， 化冻时冻胀开裂恢复较少 ， 冻后 D 大于同 龄期标养。 粉煤灰混凝土预养护 5 d左右， 水泥本体结构达到 E 0 预养护龄期， d 三 昌 宝 毛细孔连续结构， 一5 冷冻孔内水分迁移相对较大， 将堵塞较小孔隙的粉煤灰冲开， 连通孔隙更多， 结构 失水干燥收缩开裂， 而塑性恢复较差， 所 以掺粉煤灰 混凝土， 一 5 冻后 |D 随预养龄期增长而下降， 预养 5 d 左右时出现峰值。 三 - 一 昌 2 预养护龄期， d 预养护龄期， d 图1 粉煤灰混凝土一 5 冻后与标准养护的氯离子扩散 系数 预养护龄期， d - E 0 三 占 预养护龄期， d 预养护龄期， d 图2 粉煤灰混凝土一 5 冻后恢复标养与标准养护2 8 d 的n 2 2 早期受 冻后恢复标准 养护的粉 煤灰混凝 土氯离 子扩 散系数 一 5 冻后恢复标养与标养 2 8 d的 D 如图2 。由 图 2可见 ， 粉煤灰混凝 土 一5 冻 后恢复标 养 ， D ； 比相 同粉煤灰掺量标养 2 8 d的小。掺合料混凝土标养 2 8 d 与冻后恢复标养， D i 均较空白组2 8 d 小。 粉煤灰混凝土 一5 冷冻， 大孔冻胀开裂严重 ； 降 温较慢 ， 水分迁移， 小孔中的粉煤灰颗粒被冲开， 相对 标准养护， 连通孔增加 ， 恢复养护水分较易进入结构。 随恢复养护龄期增长 ， 粉煤灰二次水化所需水分更容 易得到， 火山灰效应和微集料填充效应逐渐增强， 孔 隙率降低， 孔径细化， D。 比标养 2 8 d的小； 掺量 3 0 的 粉煤灰混凝土， 冻后恢复标养 D ； 比标养 2 8 d的大应是 泌水相对较大 ， 结构疏松导致 。 3结语 ( 1 ) 粉煤灰混 凝土， 一5 C 冻后 D 大于同条件标 养 ， 大于同龄期空 白组标养 ； 冻后恢复标养 D 。 小于同条 件标养2 8 d 。表明粉煤灰早期火山灰活性差， 一 5 冻后 恢复标养， 火山灰活性活跃， 粉煤灰填充效应明显。 ( 2 ) 粉煤灰混凝土标养 2 8 d与冻后恢复标养 均小于空白组标养 2 8 d 。表明掺合料混凝土抗 c l 一 渗 透性 比普通混 凝土好 。 ( 3 ) 掺粉煤灰的混凝土， 一 5 冻后恢复标养， 在预养护 5 d 左右时大都出现峰值 ； 对应早期 情况， 说明掺粉煤灰混凝土仍存在抗冻临界结构， 但由于掺 合料的加入抗冻临界结构出现龄期较普通混凝土晚。 参考文献 1 U N i s e n ， P S a n d e r g 。 K F o l l a r d I n fl u e n c e o f m i n e r a l a d m i x t u r e s o n t h e t ra n s i t i o n z o n e i n c o n c l t e c I n t e r f a c e s i n C e m e n t a t i o n s Co mp o s i t e s P mc e e d i n g s o f t h e I n t e r n a t i o n a l Co n f e r e n c e He l d b y RI L EM ， E&F N S P ON， 1 9 9 3： 6 5 2 项翥行 混凝土冬季施工二 I ： 艺学f M 北京： 中国建筑工业出 版礼 ， I 9 9 3 1 1 8 0 8 6 4 2 O 背强等 ： 石膏基 钢渣建筑砂浆的配合 比设计 3 石膏基钢渣建筑砂浆的配合 比设计 晋强， 冯勇， 何金春 ， 罗立权 ( 新疆农 业大学水利与土木工程学院 。 乌鲁木 齐8 3 0 0 5 2) 【 摘要】 通过研究石膏基钢渣建筑砂浆的配合比， 以及水泥和缓凝剂对其强度的影响规律， 制备出了一种 新型建筑砂浆， 该砂浆具有性能优良、 成本低廉的特点。它与传统的水泥砂浆相 比， 具有粘结力强、 不易空鼓开 裂； 具有 自 动调节室内的气候 ， 改善室内的湿度和温度的特点， 是一种适合人居环境的绿色建筑材料。 【 关键词】 钢渣； 石膏； 砂浆 ； 配合比 【 中图分类号】 T U 5 2 8 0 4 1 【 文献标识码 】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 4 ) 0 4 0 0 0 3 0 3 0 弓 l 言 炼钢过程中产生的钢渣， 依炉型分为转炉渣、平 炉渣 、电炉渣 。排 出量约 为粗钢 产量 的 1 5 2 0 。 钢渣的排放量约为钢产量的 1 0 ， 全球每年大约产 1 4 0 0 0万吨钢渣 。美 国的钢 渣 已达 到排用 平衡 ， 欧洲 6 5 的钢渣 已得到高效率的利用。随着全国钢铁 产业的发展 ， 各种钢渣的堆积量 日益增多， 据统计 ， 我 国渣场堆 积的高 炉钢渣 约 3亿 吨， 利用 率较低 约 为 1 0 。 发达国家的钢渣的总体利用率较高 ， 但钢渣主 要是应用于道路的路基建设、 局部工程回填料和沥青 混凝土集料等， 而在砂浆 中的应用并不广泛。钢渣主 要由钙、 铁、 硅、 镁和少量铝、 锰、 磷等的氧化物组成。 主要的矿物相为硅酸 三钙 、 硅 酸二钙 、 钙镁 橄榄石 、 钙 镁蔷薇辉石 、 铁铝酸钙 以及 硅 、 镁 、 铁 、 锰 、 磷 的氧化 物 形成的固熔体， 还含有少量游离氧化钙以及金属铁、 氟磷灰石等。有的地区因矿石含钛和钒， 钢渣中也稍 含有这些成分。钢渣中各种成分的含量因炼钢炉型、 钢种 以及 每炉钢 冶炼 阶段 的不 同 ， 有 较大 的差异。 由 于一些铁 的氧化物 ( 特别是铁 氧体) 具有 吸收 电磁 波 和屏蔽射线 的特性。 石膏是一种低能耗胶凝材料 ， 用这种气硬性胶凝 材料制作的材料具有 自重轻 ， 强度比较高， 尺寸稳定 ， 抗 震性能好等特点 。但是 ， 石膏胶 凝材 料抗折 强度不 高、 脆性大 ， 需要进行优化来提高抗折强度避免脆性 破坏的发生。在我 国社会 总能耗中， 建筑能耗 占了 3 0 。推动新型住宅与公共建筑节能和现有建筑节能 改造 ， 实现第三步建筑节能 6 5 的 目标， 已成为国家 近期建设节能型社会需要抓好的重点工作之一。 1 实验部分 ( 1 ) 原材料。石膏： 生达牌建筑石膏。 钢渣： 八一钢铁有限公司工业副产品( 3 0目) ， 见表I 。 表 I 钢渣的化学成份 硅酸盐水泥： 新疆屯河水泥有限责任公司生产普 通 4 2 5 硅 酸盐水泥 。 石膏缓凝剂： 临沂黑马石膏建材有 限公 司生产 D H C蛋 白质缓凝剂 。 ( 2 ) 试样制备。先将石膏与钢渣在搅拌机里搅 拌 1 m i n 左右， 后加入其他辅助材料搅拌均匀 ， 再与适 量水搅拌 1 2 m i n ， 形成黏稠状浆体， 制成 4 0 m m x 4 0 m mx1 6 0 ra m试件 ， 成型后在 自然环境下养护 7 d ， 检 测其抗压、 抗折强度等物理力学性能。 2 材 料配比试验 ( 1 ) 石膏添加量对砂 浆强度 的影响 。本试 验采 基金项目】 国家科技支撑计划课题( 2 0 l 3 B A J l 2 B o 5 5 ) ； 乌鲁木齐市科学技术计划项目( Y 1 2 1 1 1 0 0 1 4 ) ； 新疆水利水电工程重点学科 基金资助 0 0o o0 。o oo 00 0 o O00 00 000 00 QO 00 000 00 0 O00 00 00 00 04 00 0。O 0 00 00 o。0 000 0 。 oo0 00 0 00 000 00 0 。 0o 。o 。o o0 0o oo oo 0 。 o0 00 00 o0 0 0 0o o 3 张巨松， 盂庆君， 杨锁青 负温混凝- l-+ il 界强度对应结构的探 讨 J 低温建筑技术， 2 0 0 0 ， ( 3 ) 4 L u X i n - y i n g A p p l i c a t i o n o f t h e N e ms t E i n s t e i n e q u a ti o n t o c o c re t e J 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 5 张巨松， 邓嫔矿物掺合料及硫酸钠对混凝土早期电导率的影 响 J 沈阳建筑大学学报， 2 0 0 8 。 ( 5 ) 6 张巨松， 张微 掺合料、 早强剂对冻融混凝土 C J 一 扩散系数的 影响 J 沈阳建筑大学学报， 2 0 0 9 ， ( 1 ) 7 严捍东， 新型建筑材料教程 M 北京： 中国建筑工业出版社 2 0 0 5， 1 【 收稿 日 期 2 0 1 3 1 2 - 2 9 作者 简介 张 巨松( 1 9 6 2一) ， 男 ， 沈 阳人 ， 教授 ， 博士 ， 从 事水 泥混凝土耐久性研究