白云石粉用作矿物掺合料对混凝土耐久性的影响.pdf

2 0 1 4年 第 9期 9月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA CONCRETE AND CEMENT PR0DUCTS 2 01 4 No 9 S e p t e mb e r 白云石粉用作矿物掺合料对混凝土耐久性的影响 贾丽莉 ， 高育欣 ， 赵 目煦 ， 彭 园 ， 黄 义雄 ， 霍 亮 ( 1 中建商品混凝土有 限公司 ， 武汉 4 3 0 0 7 4 ； 2 中国建筑工程总公司技术 中心) 摘要 ： 用磨细 白云石、 白云石一水淬矿 渣共磨物料作为混凝 土矿 物掺 合料 ， 研 究 了单掺 白云石粉 、 白云石一 水 淬矿渣复合矿 物掺 舍料 对混凝土耐久性的影响 。 研 究结果表 明， 单掺 白云石粉使 C3 0混凝土的电通量值增加 1 5 ， 同时使碳化深度增加 ， 并使 1 0 0次冻融循 环后 的动弹模量损失率最 大达到 3 7 6 弱化 了混凝土的抗氧 离子侵蚀性 和抗碳 化和抗 冻性 能； 而单掺 白云石粉使 混凝 土的抗硫酸盐侵蚀 系数提高 1 7 ， 抗硫 酸盐侵蚀性能改善 。白云石一 水渣复合矿物掺合料 与单掺 白云石粉相 比， 改善 了混凝 土的抗氯 离子渗透性、 抗碳化 、 抗 冻融性能 ； 当水淬矿渣 与白 云 石 比例 为 3 5： 6 5时 ， 混 凝 土 的 耐 久性 包括 抗 氯 离子 侵 蚀 性 、 抗 碳 化 、 抗 冻 性 能 最好 。 关 键 词 ： 白 云 石粉 ； 混 凝 土掺 合料 ； 混 凝 土 耐 久 性 Ab s t r a c t ： e g r o u n d d o l o mi t e a n d C O - g r i n d i n g p o wd e r s o f d o l o mi t e a n d w a t e r - q u e n d c h e d g r a n u l a t e d b l o s t f u r n a c e s l a g we r e u s e d a s c o n c r e t e a d mi x t u r e s ，a n d t h e i n fl u e n c e o f a d mi x t u r e o n the d u r a b i l i t y o f c o n c r e t e a r e s t u d d Th e r e s u l t s s h o w t h a t b y s i n g l e mi x e d wi t h d o l o mi t e p o w d e r t h e e l e c t ric fl u x o f C 3 0 c o n c r e t e i n c r e a s e b y 1 5 t h e c a r b o n a t i o n d e p t h i n c r e a s e a n d t h e l o s s r a t e o f d y n a mi c e l a s t i c mo d u l u s c a n r e a c h u p t o 3 7 6 a f t e r 1 0 0 f r e e z e t h a w c y c l e s ，t h e p r o p e r t i e s o f c h l o ri d e i o n p e n e t r a t i o n r e s i s t a n t ，a n t i - c a r b o n i z a t i o n a n d a n t i - f r e e z e o f c o n c r e t e a r e w e a k e n e d ； h o w e v e r ，t h e s u l p h a t e r e s i s t a n c e c o e ff i c i e n t of c o n c r e t e i n c r e a s e b y 1 7 ，t h e s u l f a t e r e s i s t a n c e i s i mp r o v e d C o mp a r e d wi t h s i n g l e - mi x e d d o l o mi t e p o w d e r ， mi x i n g d o l o mi t e s l a g c o mp o s i t e mi n e r a l a d mi x t u r e c a n i mp r o v e p r o p e rt i e s o f c h l o rid e i o n p e n e t r a t i o n - r e s i s t a n t ，a n t i c a r b o n i z a t i o n a n d a n t i f r e e z e o f c o n c r e t e ，e s p e c i a l l y wh e n t h e r a t i o o f s l a g a n d d o l o mi t e i s 3 5 ： 6 5 t h e d u r a b i l i t y o f c o n c r e t e wi l l b e t h e b e s t Ke y wo r d s ： Do l o mi t e p o wd e r ； Co n c r e t e a d mi x t u r e ； Du r a b i l i t y o f c o n c r e t e 中图分类号 ： T U 5 2 8 文献标识码 ： A 文章编 号 ： 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 4 ) 0 9 8 6 0 4 0前言 我国白云岩矿产资源丰富 ，每年开采量巨大 ， 超过千万吨 平均每 t 矿石约产生 0 1 5 0 2 0 t 石 屑。 这些石屑强度低且含有大量石粉 。 难 以进行有效利 用 。 从而造成大面积 的堆砌 。 不仅 占用土地而且造 成了环境的污染【 。目前对 白云石岩屑的主要应用 研究方向是将 白云石碎屑用做细骨料配制混凝 土。 但用 白云石做骨料时存在潜在的碱一 碳酸盐反应危 害。因此 ， 白云石岩屑用作机制砂配制混凝土有争 议和局限性f3 棚。鉴于此 ， 本试验将 白云石岩屑磨细 制成 粉体 ， 并将 白云石岩屑与水 淬矿渣( 以下简称 水渣) 共磨制备复合粉体 ， 用其作 为混凝土矿物掺 合料 。 研究其活性 、 碱一 白云石活性及对混凝土力学 性能及工作性的影响。此外 ， 白云石及白云石一 水渣 复合矿物掺合料对 混凝土 的长期性能及抗侵蚀性 能的影响也引起了关注 ， 因而本试验在前期基础上 研究 了单掺超细 白云石粉 、白云石一 水渣复合矿物 掺合料对混凝土长龄期性 能的影 响 进行 了抗氯离 子侵蚀 、 抗 硫酸盐侵蚀 、 抗碳化和抗 冻融循环等耐 久性试验 ， 以期在保证混凝土质量 。 降低混凝土生 一 8 6一 产成本 的前提下 。将 白云石粉 合理运用 于混凝 土 中， 达到减轻环境污染等 目的。 1 原材 料及试 验 方法 1 1 原 材料 水泥 ： 4 2 5级普通硅酸盐水泥 ； 粉煤灰 ( F A) ： 级粉煤灰 ； 矿粉 ： $ 9 5粒化高炉矿渣粉 ； 水渣 ： 华新水 渣 ； 外加剂 ： 聚羧酸高性能减水剂 ， 固含量 2 0 ， 减 水率 2 5 。水泥、 矿粉和粉煤灰的物理性能见表 1 。 表 1 水 泥、 矿粉和粉煤灰 的物理性能 白云石原料主要为白云岩开采废屑 经 X射线 衍射定量分析 ， 主要物相的组成为 ： 白云石 9 2 ， 方 解石 8 。其 X R D衍射 图谱如图 1 所示 。白云石及 水泥的激光粒度分布见图 2 。白云石粉的平均粒径 为 3 0 p m， 水泥的平均粒径为 1 7 0 m。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 贾丽莉 ， 高育欣 ， 赵 日煦 ， 等 白云石粉用作矿物掺合料对混凝土耐久性的影响 U 魁 C a Mg ( C O 3 ) 2 口Ca C0， d I 。 i 5 1 O l 5 2 O 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 5 O 5 5 6 O 6 5 2 0 。 图 1 白云石 的 X射线 衍射 图谱 粒 径 I,L m 图 2白云石和水泥的粒径分布 1 2试验方法 ( 1 ) 抗氯离子侵蚀试验 参照 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 中电通量方法 ， 进 行混 凝土抗氯离子渗透试验 ， 以通过混凝土试件 的电通 量为指标来确定混凝土抗氯离子渗透性能 。试件尺 寸为直径 ( 1 0 0 1 ) mm， 高 ( 5 0 2 ) m m的圆柱体试件 ， 养护 2 8 d后进行真空饱水 ，将试件放置在试 验槽 内。将质量浓度为 3 O 的 N a C 1 溶液和摩尔浓度为 0 3 m o l L的 N a O H溶液 分别 注入试 件两侧 试验 槽 中， 连接 电源正负极。 ( 2 ) 抗硫酸盐侵蚀试验 参照 G B T 5 0 0 8 2 2 0 0 9中抗硫酸盐侵蚀试验方 法 。 测定混凝土试件在干湿交替环境 中的抗硫酸盐 侵蚀性能。 试 件 尺 寸 l O O m mx l O O m mx l O O mm。 每 组 3个 试 件 。 侵蚀试件养护 2 6 d后在 ( 8 0 5 ) o C 下烘 4 8 h ， 冷却 后放入硫 酸盐干湿循环水箱中的试件架上 。配制 5 N a 2 S O 溶液放人水箱 ， 溶液应至少超过试件上表 面 2 0 ram。 混凝土的抗压侵蚀系数应按下式进行计算 ： = o 式 中 ： 为 抗 压 强度 抗 蚀 系 数 ， ； 为 N次干湿循环后 受硫 酸盐腐蚀 的一组的混凝土试件 的抗 压 强 度 测 试 值 ， M P a ， 精 确 至 0 1 MP a ； 为与受硫酸盐腐蚀试件 同龄期的标准养护的一组基准混凝 土试件 的抗压强度测试值 M P a 。 精 确 至 0 1 MP a 。 ( 3 ) 抗 碳化 试验 参照 G B T 5 0 0 8 2 2 0 0 9中碳化 试验方法 ， 测定在一定浓度 C O ： 中混凝土试件的碳 化程度。试件尺寸 1 0 0 mm x 1 O O m mx 1 0 0 m m，每组 3 个试 件 ， 养护 2 8 d后进行碳化试 验 ， 除相对的两个 侧面外 ， 其余表面采用加热 的石蜡予以密封 ， 放人 混凝土碳化试验箱 ， C O ： 的浓度保持在 ( 2 0 -+ 3 ) ， 相 对湿度控制在 ( 7 0 -+ 5 ) ， 温度控制在( 2 0 -+ 2 ) o C。 ( 4 ) 抗冻融循环试验 参照 G B 仃 5 0 0 8 2 2 0 0 9中混凝 土抗冻性试 验 方法快速法 ，其 中的混凝 土快速冻融循环次数 ， 等 于混凝土试件质量损失率低于 5 ，并且混凝土试 件 的相对动弹性模量值大于 6 0 时 的最大循环 次 数 ， 而混凝土试件的抗冻性能系数以下式计算 ： K =( P x N) 3 0 0 式 中： 为混凝 土抗冻性 系数 ； 为混凝 土耐 快速冻融的循环次数 ： P为经 次冻融循环后试 件 的相对动弹性模量。 2试 验 结果 与分 析 2 1 白云石粉及白云石一 水渣复合掺合料基本性能 将磨细的白云石粉 以 5 、 1 O 、 2 0 和 3 0 取 代胶材总量 ，测得不同龄期砂浆强度及反应活性 ， 结果见表 2 。 由表 2看 出 ， 超 细 白云石水 化 活 性 较 低 ， 掺 量 为 3 0 时。 2 8 d活性为 6 O 9 ， 低于 级粉煤灰及矿 表 2 不同掺量 白云石粉对砂浆强度 的影响 渣 ；随着单掺 白云石粉掺量的增加 ， 7 d和 2 8 d强度 均逐渐降低 且 2 8 d活性降幅明显 。 白云石粉单独作为矿物掺合料时活性较低 ， 因 此 ， 本试验 以一定 比例的水渣与 白云石共磨 ， 以期 改善掺合料的活性。水渣与白云石共磨的比例分别 是 2 ： 8 、 3 5 ： 6 5和 5 ： 5 ，白云石一 水渣复合掺合料的 掺量均为 3 0 ， 共磨后的平均粒径及活性见表 3 。 由砂浆流动度看出 ，白云石一 水渣 复合矿物掺 合料具有一定的减水作用 ，由于白云石粉粒径较 小 填充在水泥颗粒间隙， 增加 了胶凝体系密实度 ， 置换 出水泥浆体中颗粒之间的填充水分 ， 进而提高 了浆体 的流动性。由活性看 出， 白云石 与水渣共磨 一 8 7一 0 砌 抑 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 4年第 9期 混凝土与水泥制品 总第 2 2 1 期 复合矿物掺合料 的活性 明显提高 ， 2 8 d的活性达到 7 5 以上 ， 较单独的白云石粉活性提高 1 8 7 。 水渣 掺量 的增加在一定程度上提高 了复合 白云石矿物 掺合料的活性 ， 但水渣质硬 ， 复合 掺合料粉磨效率 降低 ， 同时会增大粉磨消耗。 2 2 白云石粉作矿物掺合料配制混凝土的耐久性 试验研究 了白云石粉 、白云石一 水渣复合矿物 掺合料对常用 C 3 0混凝土耐久性的影响 ， 分别进行 了抗氯离子侵蚀 、 抗硫酸盐侵蚀 、 抗碳化和抗冻融 循环试验 。试验用混凝土配合 比见表 4 。 表 4 白云石粉一 水渣共磨物料配制 C 3 0混凝 土配合 比 k 咖 。 2 2 1 抗氯离子侵蚀 氯 离 子是 引 发钢 筋锈 蚀 ， 造成 混 凝 土结 构 耐久 性下降主要的原 因之一 ， 故氯离子渗透性是评价混 凝土抵抗氯离子侵蚀的一个重要参数 。试验采用电 通量法进行混凝土抗氯离子侵蚀试验， 结果见图 3 。 单掺 白云石粉混凝土的抗氯离子渗透性较差 ， 电通量 与基准混凝土试件相比增 长 3 5 ：而白云 石一 水渣复合掺合料配制混凝土 的抗氯离子侵蚀性 与单掺 白云石粉 比有所改善 ， 水渣掺量为 3 5 的复 合掺合料 。 与基准混凝土相 比降低 0 7 。试验结果 表 5抗硫酸盐侵蚀 干湿循环试验强度 1 0 00 8 o o 6 0 0 罂4 0 0 2 o 0 O l l J L 一 1 J L 一 2 J L 一 3 J L 4 J L 一 5 图 3 白云 石 粉 配制 混 凝 土 电通 量 测 试 结 果 表明 ，白云石一 水渣复合矿物掺合料与单独 的白云 石粉掺合料相 比具有更好的抗氯离子侵蚀效果。单 掺白云石粉会降低混凝土强度 ， 使混凝土结构存在 一 定的界面缺陷和薄弱区域， 利于 C l 一 在混凝土毛细 孔中的迁移 ， 使电通量增大， 抗氯离子渗透性变差。 2 2 2 抗硫酸盐侵蚀 干湿循环作用下的物理腐蚀是影响混凝土耐 一 88一 久性 的重要因素之一。试验测得 的 3 0次和 6 0次硫 酸盐溶液干湿循环下混凝 土的抗压强度值及抗蚀 系数 ，见 表 5 。在 N a z S O 溶 液 养 护 3 0次 干 湿循 环 内， 混凝土试块强度整体高于标养试件 ， 此时 ， s o ? 一 可进入混凝土毛细孔隙与胶材 中的水化铝酸钙生 成针状钙矾石 ，在混凝土中起到微膨胀的效果 ， 以 及钙矾石类似“ 微钢筋” 的搭接效果 。 使混凝土在短 期侵蚀 时 。 表现 出抗压强度增大 ， 抗侵蚀系数增加 的现象 。 在 N a 2 s O 溶液养护 6 0次干湿循环后 ， 混凝 土试件强度 出现弱化 ， 整体低 于标养试件 ， 抗蚀 系 数也降低 。此时 ， 更多的 S O ? - 进入混凝土形成钙矾 石 ， 产生较大的膨胀 ； 同时由于钙矾石 晶形不稳定 ， 在后期转化产生较大的体积变化 ， 破坏 了混凝土结 构 。使局部缺陷增加 ， S 0 4 2 一 更易进入混凝土结构 内 部 ， 造成进一步侵蚀 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 贾丽莉 ， 高育欣 ， 赵 日煦 ， 等 白云石粉用作矿物掺合料对混凝土耐久性 的影响 单掺 白云石粉 使混凝土在标养条件 和 N a z S O 溶液养护条件下的抗压强度降低 明显 ， 而抗蚀系数 最高 ， 比基准混凝土提高 1 7 ； 随着 白云石一 水渣复 合掺合料 中水渣掺量 的增加 ， 抗蚀系数降低 ， 混凝 土的抗硫酸盐侵蚀性降低 。 2 2 3 抗碳 化性 能 超细 白云石粉及 白云石一 水渣复合掺合料对混 凝土碳化深度的影响见图 4 。 由图可见 单掺 白云石 粉使碳化加深 ， 1 4 d碳化深度为 9 2 ram。 较基准混凝 土试件增长 1 3 m m； 2 8 d碳化深度为 1 0 6 m m，比基 准混凝土试件增长 0 4 mm。而 白云石一 水渣复合矿 物掺合料则使 混凝土碳化深度降低 当水渣与 白云 石 比例为 3 5 ： 6 5时 ，混凝土的碳化深度最浅 ， 1 4 d 碳化深度为 5 6 m m， 2 8 d碳化深度为 6 2 mm 提高了 C 3 0混凝土的抗碳化能力。 由于白云石一 水渣复合掺 合料的填充作用 ， 及活性效应 ， 使混凝土结构致密 ， 改善了结合界面 。 使混凝土抗碳化能力提高。 l 越 涨 催 图 4 抗碳化深度试验结果 2 2 4 抗 冻融 循环试 验 混凝土 的冻融破坏是混凝土建筑物在运行过 程 中产生 的主要 老化病 害之 一 。试 验测得 2 0 0次冻 融循 环内的混凝 土质量损失率和动 弹性模量损失 率 ， 见表 6 。 表 6自云石粉混凝土抗冻融性试验结果 W质量掺失率 ： 动弹性模 量 由表 6可知 ， C 3 0混凝土试件 的快冻循环次数 为 1 0 0次 ， 冻融循 环为 1 5 0次时 相对动弹模量 低 于 6 0 。单掺 白云石粉混凝土冻融循环 1 0 0次后 ， 质量损失率最高 ， 为 0 4 4 ， 且动弹模量的下降幅度 最大 ， 达到 3 7 6 。与基准混凝土相比， 单掺 白云石 粉使 C 3 0混凝土的抗冻融性能降低 。而 白云石一 水 渣复合矿物掺合料 制备 C 3 0混凝土经 1 0 0次冻融 循环后 。 质量损失和动弹模量损失较单掺 白云石粉 混凝 土小 ，当复合掺合料 中水渣 与 白云石 比例为 3 5 ： 6 5时 ， 质量损失率最小 ， 仅为 0 2 3 ， 相对动弹 模量损失最低 ， 为 2 7 5 ， 抗冻性能有所改善 。 3结论 ( 1 ) 单掺 白云石 粉时 ， 混凝 土的 2 8 d活性 仅为 6 0 9 ， 低于掺 级粉煤灰混凝土 ； 而白云石与水渣 共磨 复合使掺合料 的活性 明显 提高 ， 2 8 d的活性达 到 7 5 以上 。 ( 2 ) 单掺 白云石粉使 C 3 0混凝土的电通量值增 加 1 5 ， 抗氯离子渗透性能 降低 ； 同时使混凝土 的 碳化深度增加 ， 降低 了抗碳化能力 ； 并使混凝土 1 0 0 次冻融循环后的动弹模量损失率最大达 到 3 7 6 ， 抗冻性能降低 ： 而单掺 白云石粉使混凝土抗硫酸盐 侵蚀系数 比基准混凝土提高 1 7 ， 有利于改善抗硫 酸盐侵蚀性能 。 ( 3 ) 白云石一 水渣 复合矿 物掺合料 与单掺 白云 石粉相 比 改善 了混凝 土的抗氯离子渗透性 、 抗碳 化 、抗 冻融性能 ；当水渣与白云石 比例为 3 5 ： 6 5 时 ， 其电通量值 、 碳化深度及冻融循环动弹模损失 均低于基准混凝土 。 改善 了混凝土耐久性能 ； 而 随 着 白云石一 水渣复合掺合料 中水渣比例的增加抗蚀 系数降低 。 弱化了混凝土的抗硫酸盐侵蚀性 。 参考文献 ： 川 1 吕忆农， 兰祥辉， 陈东明， 等 碱 一 自云石反应及碱一 碳酸盐岩 反应的膨胀机理 J 1 硅酸盐学报， 1 9 9 4 ， 2 2 ( 4 ) ： 3 1 5 3 2 5 2 】 张礼华， 刘来宝， 周永生 ， 等 石粉含量对 机制砂 混凝土力学 性能与微观结构影响 J 】 混凝土与水泥制品， 2 0 1 1 ( 1 2 ) ： 2 2 2 6 【 3 】 兰祥辉， 许仲梓 ， 邓 敏， 等 碱碳 酸盐反 应活性快 速试验 方 法的比较研究 J 混凝土与水泥制品， 2 0 0 3 ( 6 ) ： l 1 - 1 4 4 唐明述 碱 硅酸反应与碱碳酸盐反应 J 中国工程科 学， 2 0 0 0 ， 2 ( 1 ) ： 3 4 - 4 1 【 5 】 邓敏， 唐明述 碱一 白云石 反应 机理 与预防 J 南京化工大 学学报， 1 9 9 8 ， 2 0 ( 4 ) ： 1 6 收 稿 日期 ： 2 0 1 4 0 5 1 2 作者简介 ： 贾丽莉 ( 1 9 8 6 一 ) ， 女 ， 助理工程师。 通讯地址 ： 湖北省武汉市洪 山区珞狮南路 2 4 8号 联系 电话 ： 1 8 6 7 2 7 5 3 7 4 1 E- ma i l ： ii a l i 6 0 8 9 2 71 2 6 c o m 一 8 9一 O 5 05 O 5O 50 5 O5 1OO99 8 8 77665 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m