矿物掺合料对水泥胶砂抗硫酸盐侵蚀性能的影响.pdf

作者简介翟新明()男工程师主要研究方向:公路工程施工矿物掺合料对水泥胶砂抗硫酸盐侵蚀性能的影响翟新明(青海省果洛公路工程建设有限公司 西宁)摘 要:为了提高水泥胶凝材料的抗硫酸盐侵蚀性能本文用粉煤灰和硅灰两种矿物掺合料等量取代水泥制备砂浆试件用 的硫酸钠溶液浸泡后测定其相对抗折强度、相对抗压强度和质量损失率等性能指标研究矿物掺合料对水泥砂浆抗硫酸盐侵蚀性能的影响 试验发现:大量(以上)粉煤灰的掺入给水泥砂浆的抗硫酸盐侵蚀性能带来负面影响的硅灰可以有效提高水泥砂浆的抗折强度、相对抗压强度矿物掺合料复掺对于水泥砂浆的抗硫酸盐侵蚀性能的影响与掺和比例有关将粉煤灰和硅灰复掺后的效果优于粉煤灰和硅灰复掺后的效果关键词:水泥砂浆矿物掺合料抗硫酸盐侵蚀 (.):.().:引言硫酸盐侵蚀是造成混凝土腐蚀破坏的主要原因之一雨水、土壤、海水中的硫酸根离子侵蚀到混凝土内部后与水泥及其水化产物发生反应生成的钙矾石和石膏等产物对混凝土内部造成侵蚀、膨胀等破坏产生的微裂纹从内部扩展至表面进而导致混凝土构造物性能逐渐劣化最终失去服役能力 因此研究人员使用各种方式提高水泥和混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能 等使用纳米氧化铝充填水泥孔隙提高水泥的密实程度和机械性能进而改善了水泥砂浆的抗硫酸盐侵蚀性能 李观书和王冬等都认为影响粉煤灰混凝土抗硫酸 第 期青海交通科技盐侵蚀性能的主要因素为:石灰含量、硫酸盐浓度、玻璃相中的碱含量 等使用多尺度聚丙烯纤维增强混凝土的抗硫酸盐侵蚀能力经过 次干湿循环后仍保持较好的力学性能但对矿物掺合料的作用效果存在争议基于此本文使用粉煤灰和硅灰等量取代水泥并进行一定比例的复掺制备水泥胶砂试件测定硫酸盐浸泡后的相对抗折强度、相对抗压强度和质量损失率研究矿物掺合料对水泥胶砂抗硫酸盐侵蚀性能的影响 试验.原材料试验用安徽省海螺公司生产的 水泥矿物掺合料采用级粉煤灰、硅灰化学成分如表 细骨料为 标准砂硫酸钠为.的无水硫酸钠水为自来水表 胶凝材料化学成分()胶凝材料 水泥.粉煤灰.硅灰.试验设计根据公路工程水泥及水泥混凝土试验规程()成型规格为 的胶砂试件共采用 个配合比(如表 所示)分别为不掺矿物掺合料的水泥胶砂试验(以后用 表示作为本试验的空白对照组)掺和粉煤灰等量代替水泥的砂浆试件(分别以 和 表示)掺 和 硅灰等量代替水泥的砂浆试件(分别以 和 表示)将硅灰和粉煤灰复掺等量代替水泥的砂浆试件(以 表示)将硅灰和粉煤灰复合掺加等量代替水泥的砂浆试件(用 表示)每个配合比成型 组表 试验设计及配比编号水灰比胶砂比水泥/粉煤灰/硅灰/水/砂/.每个配合比成型 组在水中养护 之后将试件放入温度为 的烘箱中烘 然后从中拿出 块试件测试抗折、抗压强度并将其余的 块试件进行编号 将 块试件浸泡到配置好的 硫酸钠溶液中 待、浸泡到、时取出 块试件放入 的烘箱中 按照试件的标号称取质量并测试其抗折和抗压强度 待 和 试件在 硫酸钠溶液中腐蚀、时取出 块试件放入 的烘箱中 按照试件的标号称取质量并测试其抗折和抗压强度 根据各组试件的强度和质量来评价矿物掺合料对于水泥砂浆试件抗硫酸盐侵蚀性能的影响.评价指标.相对抗压强度 压试件经成型拆模后在水中养护 再将试件浸泡至配好的 硫酸钠溶液中分别取侵蚀、不同配合比的砂浆试件进行抗压强度试验求得相对抗压强度 压如公式():青海交通科技 第 期压/()式中:在硫酸钠侵蚀溶液中侵蚀至一定龄期的试件抗压强度空白对照组试件在水中养护 的试件抗压强度.相对抗折强度 折试件经成型拆模后在水中养护 之后将试件浸泡至配置好的 的硫酸钠溶液中分别取侵蚀、的不同配合比的砂浆试件进行抗折强度试验求得相对抗折强度 折如公式():折/()式中:在硫酸钠侵蚀溶液中侵蚀至一定龄期的试件抗折强度空白对照组试件在水中养护 的试件抗折强度.质量损失率 试件经成型拆模后在水中养护 再将试件浸泡至配置好的 的硫酸钠溶液中分别取侵蚀、不同配合比的砂浆试测其质量如公式():()/()式中:在硫酸钠侵蚀溶液中侵蚀至一定龄期的质量同一配比的试件在水中养护 的试件质量 结果与讨论.粉煤灰的影响掺 和 粉煤灰水泥砂浆的相对抗折抗压强度和质量损失率分别如图 图 所示图 掺粉煤灰水泥砂浆的相对抗折强度图 掺粉煤灰水泥砂浆的相对抗压强度图 掺粉煤灰水泥砂浆的质量损失率 由图 和图 可知当砂浆试件在水中养护 时掺 和 粉煤灰水泥砂浆试件的抗折强度和抗压强度都低于空白对照组原因可能是随着粉煤灰掺量的增加越来越多的水泥颗粒被隔离开来而粉煤灰初期的活性又很低致使砂浆试件内部有很多未被填充的毛孔隙所以在水泥砂浆试件未进行腐蚀之前掺粉煤灰不利于水泥砂浆试件的强度增长在第一阶段的硫酸盐腐蚀过程中()掺 和 粉煤灰水泥砂浆试件的抗折强度和抗压强度都逐渐增大这主要是因为水泥水化产物 第 期青海交通科技和硫酸根离子相互作用生成了钙矾石和石膏晶体生成的膨胀产物填充到水泥砂浆的孔隙中使得水泥砂浆更加密实从而使强度提高 但是掺 和粉煤灰水泥砂浆的抗折强度和抗压强度均低于空白对照组 由图 可以看出水泥砂浆试件的抗折强度掺粉煤灰高于掺的 在 到的第一阶段腐蚀过程中掺 和 粉煤灰的水泥砂浆强度增长速率保持一致但低于空白对照组原因可能为粉煤灰的初期活性比水泥低导致粉煤灰的反应比水泥慢影响了水化产物和硫酸根离子的反应减少了石膏和钙矾石的生成量 由图 可以看出在水泥砂浆中掺加粉煤灰对于受硫酸盐侵蚀的抗压强度却表现出与抗折强度不同的性质 当试件在水中完成养护之后 抗压强度远低于 和空白对照组但是在腐蚀的第一阶段()随着腐蚀的进行 的抗压强度增长速率明显高于 和空白对照组这与图 中的第一阶段腐蚀过程中 质量增长率大于 的现象是一致的 大概在 时 水泥砂浆试件的抗压强度超过 的抗压强度在 时超过空白对照组的抗压强度在第二腐蚀阶段()如图 所示、和空白对照组的水泥砂浆试件的抗折强度都有所降低 和 水泥砂浆试件抗折强度下降幅度基本相同但明显小于空白对照组的下降幅度 如图 所示 的抗压强度高于空白对照组在 到 的腐蚀过程中抗压强度基本保持不变而空白对照组试件的抗压强度明显降低 砂浆试件的抗压强度从开始进行腐蚀就以稳定的速度增长在 时 水泥砂浆试件的抗压强度已经和空白对照组的基本相同 可以预见随着腐蚀的继续进行 砂浆试件的抗压强度将会超过空白对照组和 这可以解释为由于粉煤灰中活性和 逐渐与水泥水化生成的()发生二次水化反应生成水化硅酸钙、水化铝酸钙等反应产物从而降低混凝土中液相碱度促进水泥水化另外粉煤灰与水化生成的()反应生成纤维状水化硅酸钙凝胶 取代六方板状的()对硬化水泥浆体起增强作用促进混凝土后期强度增长粉煤灰的颗粒越细微小玻璃球形颗粒越多比表面积越大粉煤灰的活性成分也越容易和水泥中()化合其活性越高而且随着颗粒细度增加粉煤灰的比重标准稠度需水量减少浆体的密实度及强度增大 因此随着掺量的增加粉煤灰对提高水泥砂浆的抗硫酸盐侵蚀性能效果就越显著图 展示了在整个硫酸盐腐蚀过程中 和 砂浆试件的质量损失率变化曲线可以看出 和 砂浆试件在经过腐蚀后质量都有所增加主要原因是 经由砂浆损伤微裂缝和孔隙进入到试件内部和水泥水化产物进一步反应生成钙矾石填充到水泥砂浆的内部孔隙中使其质量增加另外粉煤灰在()溶液中发生二次水化反应生成水化硅酸钙和水化铝酸钙凝胶使质量增加 而且从图 中可以看出 和 砂浆试件在第一腐蚀阶段的质量增长速度超过第二腐蚀阶段而且 的质量增加超过了 这和以上得到的 强度高于 是一致的.硅灰的影响试验所得的掺 和 硅灰的水泥砂浆的相对抗折、抗压强度和质量损失率如图、图、图 所示图 掺硅灰水泥砂浆的相对抗折强度青海交通科技 第 期图 掺硅灰水泥砂浆的相对抗压强度图 掺硅灰水泥砂浆的质量损失率 在腐蚀的第一阶段()与之前掺加粉煤灰时的结果一样掺入硅灰试件的强度和空白对照组相比都有所增加 由图 可知 试件的相对抗折强度高于 和空白对照组的而且 的相对抗折强度比空白对照组低 由图 可知当不同配合比的试件在水中养护 之后 试件的相对抗压强度稍高于 而 的相对抗压强度稍高于空白对照组 可以得出:在腐蚀的第一阶段以等量取代法在水泥砂浆中掺加 的硅灰对于砂浆试件的抗折强度改善作用最好但是随着将硅灰掺量增加到 时抗折强度反而不及空白对照组 对于抗压强度掺加硅灰在水中养护 时的抗压强度提升不明显且当第一阶段腐蚀完成之后、和空白对照组试件的抗压强度基本一致说明掺加硅灰对于砂浆短期抗压强度基本没有改善作用在腐蚀的第二阶段()由图 可知、以及空白对照组试件的抗折强度都有所下降、和空白对照组试件的相对抗折强度在该阶段都有所下降但是空白对照组试件抗折强度下降的幅度最大并且 和空白对照组的相对抗折强度始终高于 由图 所示的相对抗压强度可知空白对照组的相对抗压强度在该阶段出现小幅的下降而 和 试件的相对抗压强度在该阶段都有所增加但是 试件的相对抗折强度有一个明显的上升图 展示了 和 砂浆试件从在水中养护 开始到腐蚀 和 时其质量损失率的变化曲线 从图中可以看出在腐蚀的第一阶段和 质量都有一个快速增长的过程这一过程是水泥砂浆中生成的钙矾石和由于石膏晶体填充水泥砂浆中的孔隙中使之更加致密的过程对应的砂浆试件抗折、抗压强度都有较大程度的增加 而在腐蚀的第二阶段 和 试件的质量都从一个最大值开始减小 这说明硫酸盐溶液已经开始对水泥砂浆造成侵蚀破坏对应的砂浆试件抗折强度都有所降低.矿物掺合料复掺的影响本试验所得的 粉煤灰和 硅灰以及粉煤灰和 硅灰复合掺加的水泥砂浆的相对抗折、抗压强度如图、图 所示图 矿物掺合料复掺水泥胶砂的抗折强度 第 期青海交通科技图 矿物掺合料复掺水泥胶砂的抗压强度图 为空白对照组试件、和 试件在水中养护 以及在 硫酸钠溶液中腐蚀 之后(即)的抗折强度柱状图 当不同配比的水泥砂浆试件在水中养护 时 的抗折强度最大其次为空白对照组 和 都不利于早期抗折强度的发展 在经过 的硫酸盐溶液腐蚀之后 、的抗折强度增长很小 和 不及空白对照组和 的强度增长值图 为空白对照组试件、和 试件在水中养护 以及在 硫酸钠溶液中腐蚀 之后(即)的抗压强度柱状图 当不同配比的水泥砂浆试件在水中养护 时空白对照组和 的抗压强度基本一致 的抗压强度稍稍低于空白对照组和 而 的抗压强度最低 经过 的硫酸盐溶液腐蚀之后各配合比的砂浆试件抗压强度都有所增加 抗压强度增长最多 次之 增加最少由以上的分析可以看出在试件未进行硫酸盐腐蚀之前粉煤灰和硅灰的复掺比例对于砂浆试件的强度有较大的影响 的抗折强度明显低于 和空白对照组 的抗折强度明显高于其他配合比的 并且 的抗压强度也比较高因此在试件未进行腐蚀之前的粉煤灰和 的硅灰复合掺加最有利于砂浆试件的强度增长 当不同配合比的砂浆试件经过 的硫酸盐腐蚀之后 的抗压强度较 的明显上升 的抗折强度与 差距较小而 的抗压强度比 的高 左右 结论()掺入粉煤灰不利于砂浆试件的抗硫酸盐侵蚀性能并且掺 粉煤灰的相对抗折强度、相对抗压强度和质量损失率等指标均优于掺 粉煤灰()较低掺量的硅灰可以在一定程度上提高水泥砂浆的抗硫酸盐侵蚀性能 硅灰的效果优于硅灰的效果()矿物掺合料的复掺比例对于水泥砂浆的抗硫酸盐侵蚀性能有较大影响将 粉煤灰和 硅灰复掺后的效果优于 粉煤灰和 硅灰复掺参 考 文 献 左晓宝孙伟.硫酸盐侵蚀下的混凝土损伤破坏全过程.硅酸盐学报():.高润东赵顺波李庆斌等.干湿循环作用下混凝土硫酸盐侵蚀劣化机理试验研究.土木工程学报():.陈登宋旭艳王爱国等.改性石英岩粉对水泥浆体抗硫酸盐侵蚀的影响.非金属矿():.金雁南周双喜.混凝土硫酸盐侵蚀的类型及作用机理.华东交通大学学报():.方祥位申春妮杨德斌等.混凝土硫酸盐侵蚀速度影响因素研究.建筑材料学报():.:.李观书.粉煤灰混凝土抗硫酸盐侵蚀性能(英文).硅酸盐学报():.(下转第 页)青海交通科技 第 期 何锐梁映平解瑞松等.铝酸锶长余辉发光材料在交通标线中的应用研究进展.长安大学学报(自然科学版)():.孙思威金鑫邓昌宁等.基于分形理论的蓄能自发光道路标线涂料性能预测模型研究.材料导报():.刘宇韩美钊殷玉花等.石墨烯在智能公路中的研究进展及前瞻性探索.材料导报():.孙滕谌.智能动态道路交通指示标志.北京:.吴铁锋.智能可变式道路交通标线.辽宁:.张岳玥.位置可调的马路双黄线.辽宁:.汪桥朱建华台德进.一种具有交通信号灯功能的交通标线及可变更的车道指示线.安徽:.朱本成郭忠印宋灿灿等.透光混凝土基 主动发光交通标线的光纤设置.同济大学学报(自然科学版)():.李海锋许玮珑.凸起型道路标线的特点及应用探讨.山西建筑():.():.(上接第 页)王冬黄国泓祝烨然.大掺量磨细矿粉胶凝体系抗硫酸盐侵蚀的研究.混凝土与水泥制品 ():.:.:.刘赞群李湘宁侯乐等.粉煤灰加剧半浸泡混凝土硫酸盐侵蚀的研究.建筑材料学报():.唐咸燕肖佳陈雷.粉煤灰及水胶比对水泥净浆抗硫酸盐侵蚀性能影响的试验研究.粉煤灰 ():.宫经伟谢刚川贾洪全等.矿渣粉与粉煤灰改善水泥基材料抗硫酸盐侵蚀性能差异研究.水力发电():.青海交通科技 第 期