防冻剂对掺减水剂煤矸石混凝土抗冻性能研究.pdf

第3 9 卷第1 期 2 0 1 6 年 1 月 非金 属矿 No n M e t a l l i c M i n e s Vo 1 3 9 N o 1 防冻剂对掺减水剂煤矸石混凝土抗冻性能研究 张向东李庆文 宋洋 ( 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 为探究防冻剂对掺减水剂 自 燃煤矸石混凝土的抗冻工作性能影响， 考虑不同 掺量4种防冻剂、 不同掺量减水剂和不同冻融介质 等 因素进行 坍落度与冻融试验 ， 分析其坍 落度和抗 冻融破 坏等情况。结果表 明： 通过拟合分析 出防冻剂与减水 剂对煤矸石混凝土拌舍物坍 落度 影响为二次函数关系， 掺无机盐防冻剂对其减水剂作用无显著影响， 乙二醇对掺减水剂混凝土坍落度有负作用； 随无机盐防冻剂掺量增加， 劣化 煤矸 石混凝 土抗 冻性 能显著性逐渐增 强， 但硝酸钙劣化程度较轻。 乙二醇在较低掺 量 0 1 0 范围， 使其抗冻融破 坏能力得到提 升， 提升 空间为 1 0 - 3 0 ； 无机盐防冻剂对其盐冻融剥蚀性能随掺量增加而降低， 小 掺量乙 二醇增强其抗盐冻性能， 其抗剥蚀能力显著性表现为乙 二醇 硝酸钙 氯化钙 亚硝酸钙 。 关键词 防冻荆； 自 燃煤矸石混凝土； 坍落度； 冻融循环； 盐冻剥蚀 中图分类号： T U 5 2 8 0 4 2 + 6 文献标识码 ： A 文章编号： 1 0 0 0 - 8 0 9 8 ( 2 0 1 6 ) 0 1 - 0 0 4 8 - 0 4 S t u d y o f An t i f r e e z i n g Ag e n t o n Fr o s t Re s i s t a nc e o f Co a l Ga n g u e Co n c r e t e M i x i n g wi t h W a t e r Re d u c e r s Z h a n g Xi a n g d o n g L i Q i n g we n 。 S o n g f a n g ( S c h o o l o f C i v i l E n g i n 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 o l o g y Un i v e r s i t y , F u x i n ， L i a o n in g 1 2 3 0 0 0 ) Ab s t r a c t I n o r d e r t o e x pl o r e t he e ffe c t s o f a n t i fre e z i n g a g e n t o n t h e wo r ka b i l it y b e h a v i o r a nd fre e z i n g r e s i s t a nc e o f c o n c r e t e mi x i ng wi t h wa t e r r e d u c e r s ， c o n c r e t e s l u mp a n d fre e z i n g t h a wi n g t e s t s we r e c a r r i e d o u t c o n s i de rin g s e n s i t i v i t y f a c t o r s wh i c h wa s f o u r k i n d s a n d d i ffe r e n t d o s a g e s o f a n t i fre e z i n g ， d i f f e r e n t d o s a g e s o f wa t e r r e d u c e r a n d di f f e r e n t fre e z i n g t h a wi n g me d i a ， wh i c h a n a l y z e d i t s i n flu e n c e o n c o n c r e t e s l u mp a n d fre e z i n g t h a wi n g r e s i s t i n g d a ma g e Th e r e s u l t s r e v e a l t h a t t h e r e l a t i o n s h i p b e t we e n m ixi n g wi t h d i ffe r e n t d os a g e s o f a nt i fre e z i n g a nd wa t e r r e d u c e r a g e n t s a nd c o n c r e t e s l u mp wa s q ua d r a t i c f u nc t i o n r e l a t i o n b y fi t t i n g a n a l y s i s Do p e d i n o r g a n i c s a l t a n t i - f r e e z i n g a g e n t s h a d n o s i g n i fi c a n t i mpa c t o n wa t e r r e d u c i n g a g e n t Et h y l e n e gl y c o l h a d n e g a t i v e e ffe c t s o n s l u mp o f c o nc r e t e mi x i n g wi t h wa t e r r e d u c e r a g e n t Th e d e t e rio r a t i o n o f c o nc r e t e fro s t r e s i s t a n c e p e r f o r ma n c e ha d s i g n i fic a n t l y i nc r e a s e d wi t h t h e inc r e a s i ng d o s a g e s o f i n o r g a n i c s a l t a n t i fre e z i n g a g e n t s ， b u t c a l c i u m n i t r a t e h a d l e s s i n fl u e n c e o n d e t e rio r a t ing t h e c o n c r e t e fro s t r e s i s t a n c e W i t h t h e l o we r d o s a ge s o f 0 1 O e t h y l e n e g l yc o 1 t he fre e z i n g t h a wi n g r e s i s t i n g a b i l i t y o f c o n c r e t e g o t p r o mo t e d wh i c h t h e s p a c e wa s 1 0 -3 0 F r o s t s a l t s c a l i n g r e s i s t a n c e o f c o n c r e t e d e c r e a s e d wi t h i n c r e a s i n g d os a g e s o f i n o r g a ni c s a l t a n t i fre e z i n g a g e nt s W i t h s ma l l do s a g e s o f e t hy l e n e g l y c o l ， fro s t s a l t s c a l i n g r e s i s t a n c e o f c o n c r e t e g o t r e i n f o r c e d Th e s i g n i fic a n c e o f fro s t s a l t s c a l i n g r e s i s t an c e wa s e t h y l e ne g l yc o l c a l c i u m n i t r a t ec a l c i u m c h l o r i d ec a l c i u m n i t r i t e Ke y wo r d s a n t i -fre e z i n g a g e n t ； s p o n t a n e o u s c o mb us t i o n c oa l g a n g u e c o n c r e t e ； s l um p； fre e z i n g -t h a wi n g c y c l e s ； fro s t - s a l t s c a l i n g 煤矸石为煤矿开采产生固体废弃物 ， 堆积形成人 造矸石 山， 对 周边土质环境影响巨大 1 - 2 o辽宁阜新 有着丰富的煤矸石资源， 大量煤矸石经过长年累月的 堆积 自燃， 形成品相性质很好的砖红色或红色 自燃煤 矸石 _3 l 。 将煤矸石应用于土木工程中， 使之变废为宝， 替代普通混凝土中的粗骨料 ， 使混凝土构件的 自重、 温 度裂缝、 抗震性能及保温性等均优越于普通混凝 土， 目 前对 自 燃煤矸石混凝土的研究主要围绕其力学 强度、 拌合性及一些耐久性方面 4 - 5 1 0寒冷北方城市 的煤矸石混凝土结构或构件受到冻融交替气候影响， 致使 自燃煤矸石混凝土 因盐冻、 冰冻而产生破坏 ， 最 终降低煤矸石混凝土结构物的使用寿命 l6 。在普通 收稿 日期 ：2 0 1 5 - 1 1 2 4 基金项 目：国家 自然科 学基金( 5 1 1 7 4 2 6 8 ) 。 通讯作 者，E - ma i l ： l g j z l q w1 6 3 c o m。 4 8 混凝土配合比设计时， 常掺入一定量外加剂等 ， 以适 应冻融环境中普通混凝土施工需求。单掺防冻剂 7 - 8 1 和减水剂 9 - 1 0 1 对 自燃煤矸石轻骨料混凝土或普通混 凝土工作性能影响的试验研究较 多， 两种外加剂共掺 影响试验比较少。 为探究防冻剂对掺减水剂 自燃煤矸石混凝土抗 冻工作性能影响， 在 不同掺量 防冻剂 ( 氯化 钙、 硝 酸 钙、 亚硝酸钙和乙二醇) 、 不同掺量减水剂 ( J K一 2萘系) 和不 同冻融介质 ( 水和质量分数 3 5 N a C 1 溶液)等 因素下进行坍落度与冻融试验， 分析其坍落度、 抗冻 融破坏及其机理等。 1 实验部分 1 1 原料水泥采用阜新市大鹰水泥制造有限公司生 产的阜鹰山牌 P 0 4 2 5 普通硅酸盐水泥， 其基本性质 见表 1 ； 试验用水采 用普通 自来水 ； 北京 市建恺 生产 张向东，李庆文，宋洋 防冻剂对掺减水剂煤矸石混凝土抗冻性能研究 J K- 2 萘系减水剂， 主要成分为 萘磺酸钠甲醛缩合物， 为黄褐色粉末 ， 主要性能指标见表 2 。防冻剂采用 3 种无机盐和 1 种有机防冻组分 ， 无机盐分别为氯化钙 ( C a C l z ) 、 硝酸钙 ( C a ( N O ， ) 2 ) 和亚硝 酸钙 ( C a ( NO ) 2 ) ， 均 为无水分析纯用化学试剂， 质量分数均大于等于 9 9 ； 有机防冻组分为无水乙二醇( C z H 5 o Ia 3 ， 质量分数大于 等于 9 9 7 o 0 ， 其密度( 2 0) 为 0 7 8 9 -0 7 9 1 l 1 L ， 均满 足试验要求。普通集料采用阜新本地河砂， 其性能指 标见表 3 ； 粗骨料采用阜新矿务局新五龙煤矿 自燃产 生的煤矸石 嘲 ， 表观颜色为砖红色或红色， 自 燃煤矸石 经机械破碎后颗粒级配范围见图 1 ， 其基本性质见表 4 ， 自燃煤矸石与水泥的化学组分见表 5 。 表 1 水泥物理力学性能 表 2 减水剂主要性能指标 表观密度 ( k g m 3 ) 空隙率 含泥量 0 0坚固性 细度模数 2 4 8 0 4 2 1 8 4 1 2 2 4 8 筛 L 尺寸 m m 图1 粗骨料颗粒级配曲线 表 4 自燃煤矸石基本性质 表 5 水泥与自燃矸石化学组分 1 原料C a O S i O2 A1 2 O 3 F e 2 O 3 T F e 2 O3 Mg O Na 2 0 T i O 2 K2 O S O3 烧 失量 水 泥5 6 5 3 8 3 0 2 5 2 一 1 3 1 2 0 2 0 5 1 I 煤矸石 1 2 5 5 9 5 2 l 5 8 O 一 5 5 4 1 4 7 3 1 9 0 3 5 2 5 3 0 2 4 1 0 1 1 1 2 煤矸 石 混凝 土 配合 比设计试验 主 要探 究 防冻剂对掺减水剂 自燃煤矸石混凝土的工作性和 抗 冻 融破 坏 能 力 的影 响， 依 据 G B 8 0 7 6 2 0 0 9 混 凝 土 外 加 剂 、 J C 4 7 5 2 0 0 4 混 凝 土 防 冻 剂及 J G J 1 2 - 2 0 0 6 轻骨料混凝土结构技术规程 ， 进行配 49 合比设计， 采用混凝土强度等级为 C 4 0 。结合煤矸石 自身特性， 为满足其规程规定的和易性与坍落度 ， 经 多次试配， 确定其水灰 比为 0 4 8 ， 具体配合比见表 6 ， 其中 A组为基准混凝土。 表 6 煤矸石混凝土配合 比 ( k g m3 ) 1 3 试件制作及试验方法为探究防冻剂对掺萘系 减水剂 自燃煤矸石混凝土工作性与抗冻性的影响， 在 基准混凝土和掺减水剂 B组配合 比的基础上， 分别掺 加 3 种无机盐防冻剂， 掺量分别为 1 、 3 、 5 及7 ， 乙二 醇 防冻 剂掺 量 则为 0 5 、 1 0 、 1 5 及 2 0 。 按规定投料顺序 ， 搅 拌均匀后立即测定新拌煤矸石 混凝土坍落度， 3 0 mi n后再次测定其坍落度， 以观察 掺加不同防冻剂后的经时坍落度损失。混凝土试件 尺寸 1 0 0 n u r l x 1 0 0 m mx 4 0 0 1T Lr n 棱柱体及相应边长为 1 0 0 r n r n立方体试件， 利 用混凝土振动台进行振捣成 型， 在标准环境中进行养护 2 8 d 。 冻融试验采 用 “ 快冻法”l 】 4 ， 在标养 ( ( 2 0 -A ： 2 )， 相对湿度大于等于 9 5 ) 环境中养护 2 4 d ， 将 自燃煤 矸石混凝土试件放在冻融介质为水和质量分数 3 5 的N a C 1 溶液中进行浸泡4 d ， 在 2 8 d 取出试件开始 做冻融试验。1 次循环包括 1 5 h 冻结与 1 5 h 融化， 其温度控制在 ( - l 8 士 2 ) 和 ( 5 士 2 ) 范围内， 煤矸石混 凝土试件要完全浸没 ， 并记录其相对动弹性模量损失 率与剥落率 。 2 结果 与讨论 2 1 防 冻剂 对掺 减 水 剂煤 矸石 混 凝 土工作 性 影 响首先研究在基准煤矸石混凝土的基础上掺不同 比例减水剂煤矸石混凝土坍落度隋况， 利用O r i g i n 软 件拟合分析其坍落度与不同掺量减水剂之间的关系， 结果见图 2和表 7 。 减 水 剂 掺 量 图2 掺减水剂煤矸石混凝土坍落度结果 通过对图2 和表 7 拟合结果分析可知， 自燃煤矸 石混凝土坍落度与不同掺量J K - 2 萘系减水剂之间呈 现正相关的关系。从相关系数 方面来分析 ， 相关 ：2 ；2 E 山 娅蜜 爨嘤 士 生 !； i 张向东，李庆文，宋洋 防冻剂对掺减水剂煤矸石混凝土抗冻性能研究 入不同防冻剂煤矸石混凝土 ( 以 A组为基础)单位面 积剥落量， 见图 5 。 3 0 2 5 2 -0 舔 1 5 嶷 1 0 丑 s 辏 氯 化 钙亚硝 酸钙硝 酸钙 乙二 醇 不 同防 冻 剂种 类 图5 掺 防冻 剂煤矸石 混凝土抗 盐冻剥 离量 从图5 可看出， 掺氯化钙和亚硝酸钙显著降低煤 矸石混凝土抗盐冻剥蚀性能 ， 掺硝酸钙对煤矸石混凝 土抗盐冻性能影响没有前两者显著， 但掺量超过 1 后， 剥落量与掺量成正相关； 不同掺量 乙二醇对其抗 盐冻剥蚀影响水平比较稳定， 约为 0 9 k g m2 。从本质 上看， 因N a C 1 溶液迁移摩擦力比水大， 使得未冻结水 向煤矸石混凝土内部混凝土表层孔隙中的渗透相对 困难， 更大静水压力施加在表层煤矸石混凝土上， 使 得微裂缝加速形成和发展 ， 发生盐冻融剥蚀破坏。 3 结论 1 防冻剂与减水剂对煤矸石混凝土拌合物坍落 度影响为二次函数关系， 掺无机盐防冻剂对其减水剂 无明显影响。乙二醇对掺减水剂煤矸石混凝土工作 性有负作用， 3 0 m i n 其坍落度损失随掺量增加有增大 趋势。施工时应用乙二醇为防冻剂时， 需注意其对萘 系减水剂有负作用。 2 随氯化钙、 亚硝酸钙掺量增加， 煤矸石混凝土 抗冻性能明显减弱。硝酸钙虽对其抗冻性能也有劣 化作 用， 但较氯化钙、 亚硝酸钙不显著。乙二醇在较 低掺量 0 1 O 范围内， 使其抗冻融破坏能力得到提 升， 提升空间为 1 0 - 3 0 。 3 无机盐防冻剂对其盐冻融剥蚀性能随掺量增 加而降低 ， 乙二醇在小范围增强煤矸石混凝土抗盐冻 性能， 其抗剥蚀能力显著性表现为乙二醇硝酸钙 氯化钙 亚硝酸钙。 参考文献： 1 】 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 饥 非金属矿 ， 2 0 1 3 ， 3 6 ( 3 ) ： 4 3 - 4 5 2 】 宋洋， 赵禹， 祝百茹， 等 煤矸石轻集料混凝土性能试验研究 明 非 金 属矿 ， 2 0 1 4 ， 3 7 ( 1 ) ： 2 8 3 0 3 3王国平 辽宁阜新煤矸石资源化研 究 D 成都： 成都理工大学， 20 0 5 4 李庆文， 李桂秀， 李洋 冻融和碳化交替作用煤矸石混凝土耐久性 研究 J 非金属矿 ， 2 0 1 5 ， 3 8 ( 4 ) ： 3 9 -42 5 】 周梅 ， 牟爽， 王 强 基 于正 交设计 的大流动性 自燃煤矸石 全轻 混凝 土试验研 究 们 非金属矿 ， 2 0 1 2 ， 3 5 ( 6 ) ： 1 9 2 2 ， 4 8 【 6 张向东， 李庆文， 李桂秀， 等 自 燃煤矸石轻集料混凝土碳化性能试 验研 究 明 非金属矿 ， 2 0 1 5 ， 3 8 ( 3 ) ： 4 0 - 4 2， 5 1 7 】 张军 防冻剂对混凝土性能影响的研究 J 甘肃农业， 2 0 1 1 ( 5 ) ： 7 6 7 7 【 8 】 文婧 ， 李 家和 ， 朱卫 中 负温务件下防冻组分对 HC S A膨胀剂性 能 影响 J 低温建筑技术， 2 0 0 8 ， 3 O ( 3 ) ： 8 - 1 0 9 】 仇影 含泥量对掺 高效减水剂的混凝土性能影响研 究 阴 硅酸盐通 报 ， 2 0 1 4 ， 3 3 ( 1 0 ) ： 2 5 0 8- 2 5 1 3 【 1 0 陈宝墙 MP E G A A A A - 6 s 改性聚羧酸高效减水剂在高性能混 凝土中的保坍性能 明 硅酸盐通报 ， 2 0 1 3 ， 3 2 ( 8 ) ： 1 4 8 4 1 4 8 9 ( 上接第2 6 页) 于矿物沉降。在实际运用中如对印 染废水色度去除要求不高时， 可采用硅藻土处理印染 废水。 3 结论 对于 印染废水处理黏土矿物原土和改性土相 比 有较大优势： 不造成二次污染， 且成本低廉。综合考 虑性价比， 在原土具有较好的降低 C O D 0值和色度的 前提下， 优先选用原土。对于深度处理， 可以采用联 用技术或多级处理。 膨润土和硅藻土各具优缺点， 前者效果更好 ， 但 沉降性能较差； 后者效果稍差， 但沉降性能更优。而 高岭土原土不进行改I生 不适于处理印染废水。 参考文献： 【 l 】 薛懂， 李长波， 张洪林， 等 絮凝 - F e n t o n 试剂氧化处理印染废水 J 51 环境工程学报， 2 0 1 4 ， 8 ( 9 ) ： 3 6 0 1 3 6 0 6 【 2 马万征 ， 刘丹丹 ， 郑洪倩 ， 等 改性高岭土对印染废 水处理的研 究 明 山东理工大学学报 ， 2 0 1 3 ， 2 7 ( 1 ) ： 3 4 - 3 7 3 Ga o E n l i ， Z h o n g We ij i a ， F u Xi a o l a n ， e t a 1 De c o l o r i z a t i o n o n i n d i g o d y i n g wa s t e wa t e r b Y l a c c a s e f r o m c o r i o l u s v e r s i e o l o r J Me t e o r o l o g i c a l a n d E n v i r o n me n t a l R e s e a r c h ， 2 0 1 3 ， 4 ( 1 ) ： 5 3 5 6 4 刘汉阳 膨润土吸附处理染料 印染废水研究 D 湘潭： 湘潭大学， 2 0 1 2 5 5 闰金 霞， 成 庆利 印 染废 水 治理技 术综述 明 染料 与 染色， 2 0 0 7 ， 4 4 ( 2 ) ： 4 8 5 1 6 王立璇， 马宏瑞， 何晓云， 等 有机黏土对分散染料废水的处理 闭 工业安全 与环保 ， 2 0 1 2 ， 3 8 ( 9 ) ： 2 1 - 2 3 【 7 范恒， 聂锦旭， 昊光锋， 等 微波改性膨润土对合磷废水的吸附性能 研究 叨 非金属矿 ， 2 0 1 4， 3 7 ( 1 ) ： 6 9 7 1 8 8 杜 玉成 ， 孙 广兵 ， 郑广伟 硅藻土 WO- P A M 复合 吸附剂制备及 去 除铯性能研究阴 非金属矿， 2 0 1 5 ， 3 8 ( 1 ) ： 6 9 7 2 腻 l | 一 槽 昌 昌 昌 昌 一 - JI