水灰比与粉煤灰掺量对混凝土的抗渗性能影响.pdf

第4 3 卷 第9 期 2 0 1 6 年9 月 建筑论坛 Ar c h i t e c t u r a l F o r u m 建筑技术开发 Bu il d i n g T e c h n o l o g y De v e l o p me n t 水灰比与粉煤灰掺量对混凝士的抗渗性能影响 梁高卓 ( 中铁十一局集团第五工程有限公司，重庆4 0 4 1 0 0) [ 摘要 ] 混凝土 的耐久性是衡 量水泥混凝土公路 长期工作 性能的重要指 标，通过相 关标 准试验 ，对不 同水灰 比和 不同粉煤 灰掺率下的混凝土进行 了相关试验，通过对试验数据的整理可见，在冻融循环作用下，水灰比过大和粉煤灰掺率过小都会导致 混凝土内部的毛细孔数量变多，使得混凝土的抗渗性能和抗冻性能降低，影响到水泥混凝土公路的路用性能。 [ 关键词 ]水灰比 ； 粉煤灰掺率 ； 抗渗性 [ 中图分类号 ] T u 5 2 8 ． 0 4 1 [ 文献标志码 ]A [ 文章编号 ]1 0 0 1 — 5 2 3 X ( 2 0 1 6 )0 9 — 0 1 6 2 — 0 2 Ef f e c t 0 f I m p e r m e a b i l i t y W a t e r — Ce me nt Ra t i o ／ Fl y As h f 0 r Co nc r e t e Li a n g Ga o - z h u o [ A b s t r a c t ] Du r a b i l i t y o f c o n c r e t e i s a n i mp o r t a n t i n d i c a t o r o f l o n g — t e r m p e r f o rma n c e o f c e me n t c o n c r e t e r o a d s ， t h e a r t i c l e t h r o u g h t h e r e l e v a n t s t a n d a r d t e s t s o f c o n c r e t e mi x e d wi t h fl y a s h a t d i ff e r e n t wa t e r a n d d i ffe r e n t r a t e s u n d e r t h e r e l e v a n t t e s t c o n d u c t e d b y t h e t e s t d a t a fin i s h i n g ， s e e n i n t h e fre e z i n g a n d t h a wi n g c y c l e s ， wa t e r - c e me n t r a t i o i s t o o l a r g e a n d t o o s ma l l fl y a s h mi x i n g r a t i o wi l l r e s u l t i n the n u mb e r o f p o r e s i n s i d e the c o n c r e t e i n c r e a s e s ， s o i mp e r me a b i l i t y a n d fro s t r e s i s t a n c e o f c o n c r e t e t o r e d u c e t h e i m p a c t t o t h e c o n c r e t e Hi g h wa y r o a d p e r f o rm a n c e ． [ K e y wo r d s] wa t e r - c e me n t r a t i o ； fl y a s h mi x i n g r a t i o ； i mp e r me a b i l i ty 水泥混凝土公路使用混凝土的耐久性能直接影响公路的 工作年限。在影响混凝土耐久性能的诸多因素中，混凝土的 抗渗 性能对其耐 久 性能 的影响程度 最大 。抗 渗性能好 的混 凝 土 一般较为密 实 ，其 内部 结构中细 小 的渗 透通道较 少 ，这 导 致 了混凝土 四周 的各种不 良介质难 以侵 入到混凝 土 内部，混 凝土 的耐久性能较好 [ 1 - 3 ] 。 通过 进行混 凝土 棱柱体 冻融循环 试验 ，本文得 到 了不 同 水 灰 比和不 同粉 煤 灰掺量 的冻融循环 后混 凝土各项 抗渗 指标 的变化规律 ，讨 论 了混凝 土抗渗性 能 的主要影 响因素 ，总结 了实际施工中常采用提高混凝土抗渗性能的措施，以期为有 抗渗要求的混凝土参数选取、设计和施工提供参考。 1 试验 1 ． 1 试验原材料 试验所使用 的原材 料及其主要物理性 能参数如表 1 所示 。 表1 试验原材料的主要物理性能参数 k g ／ m 水 水泥 细骨料 粗骨料 粉煤灰 减水剂 强度 ： 中砂 ： 碎石 ： p o O4 2 ． 5 MX- 2 6 5～ 2 0 ram 普通 自来 表观密度 ： 表观密度 ： I 级粉煤 AL ． S高效 水密度 ： 密度 ：3 1 5 0 灰密度 ： 减水荆 2 6 5 0 2 8 0 0 1 0 0 0 2 3 5 O 密度 ：1 1 0 0 2 8 d强度 ： 堆积 密度 ： 堆积 密度 ： 61 ． 5 M Pa 1 7 50 l 600 1 ．2试 验 配 合 比 试验 设计了共 8 组 不同水灰 比 ( 0 ． 3 0 ， 0 ． 5 0 )和不 同粉煤灰 掺率 ( 0 ％， 1 0 ％， 2 0 ％， 3 0 ％)的混凝土配制方案，其详细配合比 如表2 所示 。 1 ． 3 试验试件制备 与养护 试验试件 为规范规定 的标准棱柱体混凝土 ，根据表 2 制 备 8 组试件 ，每组均 制 备 6 个 相同试块 ，共计 4 8 个 。首先将 表 1 中的原材料按照表2 中的配合比拌合均匀，并注入表面涂有脱 模剂的钢模中振捣密实，再放入混凝土标准养护室中条件下 养护2 4 h后拆模，接着转移至盛有饱和氢氧化钙的水溶液中养 护 ，以避免空气 中 C O ， 的影响 。 收稿 日期 ： 2 O 1 6 _ 0 4 _ 1 2 作者简介 ：梁高卓( 1 9 8 3 一 ) ，女，河 南南 阳人，工 程师，主 要研 究 方向为道路桥梁施工及管理 。 1 6 2 表2 不同水灰比和粉煤灰掺率下试验混凝土配合比 试验组名 R1 R 2 R3 R 4 Tl T 2 T3 T4 水灰 比 O _ 3 O 0 3 O 0 _ 3 0 0 -3 0 0 ．5 0 O ．5 0 0 ．5 0 0 5 0 水泥 ／ k g 5 6 7 0 5 1 0 3 4 5 3 6 3 9 6 ．9 3 6 0 0 3 2 4 ．0 2 8 8 ． 0 2 5 2 0 粉煤灰 ／ k g O 5 6 ．7 1 l 3 ． 4 l 7 0 ． 1 0 3 6 ． O 7 2 ．0 1 0 8 ． O 水 ／ k g 1 7 0 1 7 0 l 7 0 1 7 0 l 8 0 1 8 0 1 8 0 1 8 O 砂 ／ k g 4 6 0 4 6 0 4 6 0 4 6 0 6 4 0 6 4 0 6 4 0 6 4 0 石 ／ k g 1 1 O O l 1 0 0 1 l O 0 l 1 O O 1 2 0 0 1 2 0 0 1 2 0 0 1 2 0 0 减水齐U ／ ％ 6 ． 0 6 ． 0 6 ． 0 6 ．0 5 ． 0 5 ．0 5 ． 0 5 ． O 注 ：R 组 为水灰 比等于0 ． 3 0 的混凝 土试验组 ；T 组 为水灰 比等于0 ． 5 0 的 混凝土试验组 。 1 ． 4试验 方法 快速 冻 融循环 试验采用 大 型冷冻冰柜 根据 贴于 混凝土表 面 的温度 传感 器所测得 的温度 来进 行实时控 温 ，将 温度控制 在 ( ～ 1 5 2 )℃至 ( 5 2 )℃。快速冻融循环试验 中粉煤灰 混凝 土试 件共经历 2 0 0 次冻融循环 ，每次冻融循 环全过程共计 4 h 。每隔 4 O 次快速冻 融循环 ，取出试件记 录其 各项抗渗指标 值并分析各指标的变化规律。在冻融试验完成后对各组粉煤 灰混凝土试件采用自动电导率仪记录其混凝土的渗透电阻值、 分析其变化规律，并对试件抗渗性能进行评价 。 2 质量损 失率相 关实验 根据 试验 记录数据 ，作 出不 同水 灰 比下 各试 验组 的质量 损失率变化规律如 图 1 ， 2 所 示。 循环次数，次 图1 水灰比为0 ． 3 时混凝土试件质量损失率变化规律 建筑技术开发 Bu i l d i n g T e c h n o l o g y De v e l o p me n t 建筑论坛 Ar c h i t e c t u r a l Fo r u m 第4 3 卷第9 期 2 0 1 6 年9 月 图2 混凝土试件质量损失率变化规律 从图2中可得到以下结论。 ( 1 )当冻融循环从0 次增加至4 O次时，各试件组的质量 损 失率均 为负值 ，表 示各试 件质量均 有所 增加 。这 是 由于 当 冻融循环次数少 ( 小于4 0 )时，粉煤灰混凝土试件中空隙首 先凝结成冰从而导致 了混凝土试件质量的增大，质量损失率 出现负值 ；当冻融循环次数多 ( 大于4 0 )时，混凝土试件由 于 内部水结冰膨胀作用导致试件表面混凝土出现脱落现象， 从而导致试件质量减轻，质量损失率逐渐上升为正值。 ( 2 )当经历相等的冻融循环次数下，对于相同的水灰比的 R试件组、T试件组而言，粉煤灰掺率为3 0 ％的 R 4 、T 4 试件 组的质量损失率要分别大于其他粉煤灰掺率为2 0 ％， 1 0 ％， 0 ％。 因此，在一定范围可通过适当调高混凝土中粉煤灰掺率来提 高冻融循环作用下混凝土的抗渗性能。 ( 3 )在相同次数 的冻融循环作用和相同粉煤灰掺率的情 况下，水灰比为0 - 3 的 R试件组的质量损失率分别小于其他水 灰比为0 ． 5的T试件组。这说明在相同次数的冻融循环作用和 相同粉煤灰掺率的情况下，试件组的质量损失率随着水灰比 的增大而 增大。 因此 ，可通过适 当调低 混凝土 的水 灰 比来提 高冻融循环作用下混凝土的抗渗性能。 ( 4 )当冻融循环次数从0 增大至2 0 0时，各试件组的渗透 电阻损失率均有所增大，这说明随着冻融循环次数 的增多， 混凝土的抗渗性能不断下降。因此，冻融循环会导致混凝土 抗渗性 能的降低 。 ( 5 )当经历相等的冻融循环次数下，对于相 同水灰 比 的R试件组、T试件 组而言，粉煤灰掺率为3 0 ％的 R 4 、T 4 试件 组的渗透 电阻损失率要分别 小于其他粉煤灰掺 率为 2 0 ％， 1 0 ％， O ％。这说明粉煤灰混凝土试件的抗渗性能随着粉煤 灰掺率 的增大而减 小。 ( 上接第 1 4 2 页) ( 2 )测线布设应符合规范、设计要求。里程点和标记应 刻 画清晰 、位置准确 。 ( 3 )数据采集时，须获得高质量的源数据 ；数据记录应 完整，信号清晰，里程记录准确 ： 过程中遇到的构筑物、干 扰源、特殊情况应准确记录。 ( 4 )数据处理分析时，确保信号不失真，有利于提高信 噪比，雷达图像能准确反映结构物的特性 ；图像分析时，反 复对 比，排除外界 ( 构造物)干扰，对异常段 的数据单独分 析判译，必要时应制作雷达探测的正演和反演模型。 ( 5 )源数据的合格率应大于9 5 ％ ； 衬砌背后回填密实度相 对误差应小于 1 0 ％ ； 混凝土厚度分层相对误差应小于 1 5 ％； 钢 构件误差控制在允许范围内。 ( 6 )成果报告书应综合评价隧道衬砌的施工质量，附剖 面图，防止弄虚作假。 4 结束语 ( 1 )雷达探测技术作为一种手段在隧道衬砌质量检测中 3 影响因素 从原材料组成来看，影响混凝土抗渗性能主要有以下几 个方面 。 ( 1 )水泥种类 ： 采用的水泥种类和水泥性能对抗渗性能 有着很大影响。对抗渗要求较高的混凝土，宜选用干燥、合 格的普通硅酸盐水泥。 ( 2 )粗细骨料 ： 混凝土所采用粗细骨料的级配是否良好 对其抗渗性亦能有着很大影响。粗细骨料级配不 良会在混凝 土内部形成 空隙。 ( 3 )水灰比 ： 根据研究资料，混凝土中水灰比过大会导致 混凝土内部毛细孔数量过大，冻融循环下混凝土的抗渗性能越 差。因此，对有抗渗要求的混凝土，应严格控制水灰比大小。 ( 4 )粉煤灰掺率 ：在混凝土中掺入适量的粉煤灰可改善 混凝土内部孔隙结构，提高混凝土抗渗性能，但应考虑掺入 粉煤灰对混凝土强度的影响。 4 结束语 基于 以上分析 ，可得 出以下主要结论 。 ( 1 )冻融循环次数过多会使混凝土内部结构发生破坏，空 隙通道和微裂缝的数量增多，导致了其相对弹性模量的降低。 ( 2 )当冻融循环次数较多 ( 大于4 0 )时，混凝土试件由 于内部水 结冰膨胀作用导致试件表面混凝土 出现脱落现象， 导致试件质量减轻，质量损失率为正值。 ( 3 )在相同次数的冻融循环作用和相同粉煤灰掺率的情 况下，粉煤灰混凝土试件的渗透电阻损失率随着水灰比的增 大而增大 。 ( 4 )水灰比过大和粉煤灰掺率过小都会导致混凝土内部 的毛细孔数量变多，使混凝土的抗渗性能和抗冻性能降低。 ( 5 )在 实 际施工 中可综 合采用 多种提 高混凝 土 的抗渗性 能的措施，提高公路的路用性能。 参考文献 [ 1 ]1任峰 ． 集料对混凝土性能影响的试验研究[ D 】 ． 大连： 大连理工大学， 2 0 0 8 ． [ 2 】 陈 月顺 ， 刘 莉，吴宏伟 ． 粉煤灰掺量对混凝土抗渗性影响 的研究 [ J ] ． 新型建筑材料 ，2 0 0 7 ，3 4( 3 )：1 9 - 2 2 ． 【 3 ] 赵丁 ． 水泥混凝土抗渗性的试验研究 [ J ] ． 东北公路，2 0 0 1( 1 ) ： 8 3 - 8 5 ． [ 4 】 张兴 山 ． 大体积混凝土及地 下防水混凝土一 粉煤灰 的利用 [ J ] ． 黑龙 江科技信 息，2 0 0 0 ( 0 3 )： 2 2 - 2 2 ． [ 5 】 李钧 ，王 宗林 ． 冻融循 环作用对混凝土毛细孔结构 的劣化机 制及 改 善措施 [ J ] ． 建筑技术 ，2 0 1 6 ，4 7( 6 )： 4 9 l _ 4 9 4 ． 是可行的 。 ( 2 )雷达探 测在 数据 处理 方面应合 理选择 参数 ，尤其 是 介电常数的选择直接影响衬砌厚度的判断。 ( 3 )雷达波频率的选择应根据天线的中心频率选择，低 频不小于 1 ／ 2 ，高频不大于2 ． 5 倍。 ( 4 ) 由于 衬砌 作为一种 复 杂介质 ，存在不 均匀 性 ，因此 检测结果也存在一定 的误差 。 ( 5 )雷达的检测条件须满足 ： 检测体与周边的环境介质 存在一定的介电常数差异。 ( 6 )衬砌质量的优劣，应通过雷达检测结果及结合其它 检测手段来综合判断。 参考文献 [ 1 】 T B1 0 0 1 3 -- 2 0 1 0 ． 铁路工程物理勘探规程 【 S ] ． [ 2 】 T B1 0 2 2 3 -- 2 0 0 4 ． 铁路隧道衬砌质量无损检测规程 【 s ] ． [ 3 ] T B 1 0 7 5 1 --2 0 1 0 ． 高速铁路隧道 工程施工质量验收标准 [ S ] 1 6 3