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矿物掺合料对混凝土耐久性的影响.pdf

1、宋宪辉等: 矿物掺合料对混凝土耐久性的影响 3 矿物掺合料对 混凝 土耐久性 的影响 宋宪辉 , 葛听 , 葛勇 , 蔡小平 , 杨文萃 ( 1 辽宁省高等级公路建设局 沈阳1 1 0 0 0 0 ; 2 哈尔滨工业大学交通科学与工程学院。 哈尔滨1 5 0 0 9 0 ) 【 摘要】 选择粉煤灰和矿渣作为混凝土矿物掺合料, 以不同掺量, 采用单掺和复掺的形式设计了7 种配合 比, 研究矿物掺合料对混凝土抗渗性和抗冻性的影响。试验结果表明: 粉煤灰、 矿渣的掺入可以提高混凝土的抗 渗性, 掺量小于 3 0 时, 随着掺量的增加, 混凝土抗渗性提高。粉煤灰和矿渣单掺时, 会降低混凝土的抗盐冻性

2、能; 复掺时, 当掺量小于最佳掺量时, 可改善混凝土的抗盐冻性能, 超过最佳掺量后 , 混凝土的抗盐冻性能降低, 本 试验中最佳掺量值为 1 5 。 【 关键词】 矿物掺合料 ; 抗冻性; 抗渗性 【 中图分类号】 T U 5 2 8 0 4 1 【 文献标识码 】 A 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 【 2 0 1 4 ) 0 6 0 0 0 3 0 3 TI l E F LUENCE oF M I NERAL ADM TURE oN CONCRETE DURABI LI T Y SONG Xi a n h u i ,GE Xi n ,GE Yo n g ,CAI Xi a

3、o p i n g ,YANG W e n c u i ( 1 L i a o n i n g P r o v i m c e C o n s t r u c t i o n B u r e a u o f t h e H i g h G r a d e Hi g h w a y , S h e n y a n g 1 1 0 0 0 0 ,C h i n a ; 2 S c h o o l o f T r a n s p o t a t i o n S c i e n c e a n d E n g i , H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h

4、n o l o g y , H a r b i n 1 5 0 0 9 0 , C h i n a ) Ab s t r a c t : F l y a s h a n d s l a g a s t h e mi n e r a l a d mi x t u r e o n c o n c r e t e i s c h o s e n t o b e t h e v a r i a b l e q u a n t i t y i n t h e a r t i c l e S e v e n ki n d s o f mi x p r o p o rti o ns a r e ma de

5、u p t o r e s e a r c h t h e i n f l u e n c e t o t h e p e r me ab i l i t y r e s i s t a n c e a n d f r o s t r e s i s t a n c e T h e r e s u l t s s h o ws :mi x i n g t h e fl y a s h a n d s l a g i n c r e a s e s t h e p e r me a b i l i ty r e s i s t a n c e Wh e n b o t h t h e fl y

6、a s h a n d s l a g a r e mi x e d b e l o w 3 0 ,the p e rm e a b i l i t y r e s i s t a n c e i s e n h a n c e dT h e f r o s t r e s i s tan c e i s r e d u c e d wi t h mi x i n g the n y a s h a n d s l a g Th e r e i s a b e s t mi x i n g a mo u n t o n mi x i n g b o t h fl y a s h a n d s

7、 l a g i n c o n c r e t e S a l t f r o s t r e s i s tan c e i s i mp r o v e d wi t h b e l o w t h e b e s t mi x i n g a mo u nt At t h e s a me t i me,s a l t f r o s t r e s i s t a n c e i s r e d u c e d wi t h a b o v e the b e s t mi x i n g a mo un t Th e b e s t mi x i n g a mo un t i n

8、 t h e t e s t i s 1 5 Ke y wo r ds: mi n e r a l a d mi x t u r e;f r o s t r e s i s t a n c e;p e rm e a b i l i t y r e s i s t a n c e 混凝土是现代土木工程建设 中最广泛的结构材料, 一 直被人们认为是耐久的。但是现已发现国内外大量的混凝 土结构在达到规定使用年限前就出现了各种各样的问题 , 需要进行修复甚至重建, 不仅消耗大量的人力、 物力, 且 由 此带来的建筑垃圾会造成环境污染。 目前, 混凝土结构 往往因为没有考虑到日益恶化的环境因素而产生耐久

9、性破 坏 , 不是单纯的力学性能不能满足导致破坏【 2 , 许多发达 国家也存在不同程度的结构耐久性失效或破坏情况 j 。混 凝土耐久性是指其抵抗各种内外部破坏因素或腐蚀介质作 用 , 保持其原有性质的能力, 是一项综合性能指标 , 而抗渗 性、 抗冻性是其中很重要的两点。对于粉煤灰、 矿渣等矿物 掺合料的使用 , 很多人还停留在为了节约水泥、 降低工程造 价等经济目的观念上 J , 事实上, 矿物掺合料对耐久性的改 善, 已经成为使用它们的主要 目的, 文中以粉煤灰和矿渣为 例, 就矿物掺合料对耐久性的影响进行研究。 1 试 验 ( 1 ) 原材料。大连小野 田水泥厂生产的华 日P O 4

10、2 5 R型水泥; 营口市展朋建筑化工科技有限公司生产的 级粉煤灰 ; 营口市展朋建筑化工科技有限公司生产的矿渣 粉; 辽宁省产粗砂, 级配合格; 51 0 ra m、 1 0 2 0 m m、 1 6 2 5 ra m三种单粒级碎石, 按照1 5 : 3 0 : 5 5的比例混合成符合标 准要求的5 2 5 mm和51 6 m m连续级配碎石; 沈阳依力达 生产的聚羧酸减水剂, 满足 G B 8 0 7 6 2 0 0 8 混凝土外加剂 的要求。 ( 2 ) 试验配合比。按基于最佳浆骨比的高耐久性混 凝土配合 比设计方法计算混凝土配合比, 试验所用配合比 见表 1 。 ( 3 ) 试验方法。

11、混凝土抗渗性试验按照 C C E S 0 1 2 0 0 5修改版 混凝土结构耐久性设计与施工指南 中的电通 量法进行 。单面盐冻试验参照 G B T 5 0 0 8 22 0 0 9 普通混 凝土长期性能和耐久性能试验方法标准 进行。 2 结果与分析 2 1 混凝土抗渗性能研究 ( 1 ) 粉煤灰掺量对混凝土渗透性的影响, 见图 1 。由 图可知, 2 8 d时, 随着粉煤灰掺量的增大, 混凝土的电通量逐 渐降低, 抗渗性提高, 掺加 1 5 、 3 0 粉煤灰后混凝土电通 4 低温建筑技术 2 0 1 4 年第 6 期( 总第 1 9 2期) 量较基准混凝土分别降低了 6 5 和 1 3

12、8 。5 6 d龄期时, 掺加 1 5 、 3 0 粉煤灰后混凝土的电通量与基准混凝土降 低了4 9 左右。抗渗性提高主要是由于孔隙率的降低及孔 隙结构的改变。同时, 当混凝土中掺人粉煤灰后 , 与水泥水 化生成的 C a ( O H) 反应生成 CSH凝胶, CSH凝胶 能吸附一部分氯离子, 阻碍其在混凝土 内部的迁移。粉煤 灰掺量越大 , 结合氯化物的能力越强, 故粉煤灰掺量高, 电 通量值低, 但粉煤灰结合氯离子的能力有限, 当粉煤灰掺量 大于一定值后, 结合氯离子的能力不再提高, 电通量值变化 较小。 ( 2 ) 磨细矿渣对混凝土抗渗性的影响, 见图 2 。由图 2可知, 掺加矿渣粉后

13、, 混凝土的电通量值降低。矿渣粉掺 量为 1 5 时, 2 8 d 、 5 6 d电通量值较基准混凝土分别降低了 1 9 6 和3 3 1 ; 矿渣粉掺量为 3 0 时 , 2 8 d 、 5 6 d电通量较 基准混凝土分别降低了5 0 4 和 5 1 5 。主要原因有以下 两点 : 矿渣粉比表面积较水泥大, 细颗粒含量较多, 与水 泥混合后 , 粒度分布得到优化, 细粉的填充作用进一步增加 啦! 昭 胶凝材料 图1 粉煤灰对混凝土抗渗性的影响 了浆体的密实度, 孔隙率降低, 孑 L 结构得到改善; 矿渣粉 能优化水泥浆体和集料界面间过渡区域, 干扰过渡区域 中 氢氧化钙晶体的取向性, 提高界

14、面强度和密实性。 表 1 混凝土配合 比 编 水泥 粉 煤 灰 矿渣 粉 水 砂 子 碎 石 减 水剂 I 气剂 号 m 一 k g m _。 k g m 一 k g m_ 。 k g m一 k g m一 ( 3 ) 复合掺合料对混凝土抗渗性的影响, 见图 3 。 FA 1 0 0 C 8 5 C +1 5 S L 7 0 C+ 3 0 S L 胶凝材料 图2 矿渣粉对混凝土抗渗性能的影响 掺入复合矿物掺合料后 , 混凝土抗渗性提高, 掺量为 1 5 时, 抗渗性能与基准混凝土相当; 掺 3 0 时,混凝土 2 8 d和 5 6 d龄期的电通量分别较基准混凝土下降 3 2 1 和 3 2 4

15、。复掺作用机理与矿物掺量料单独使用时基本相似, 复掺时, 矿物掺合料对混凝土抗渗性的改善效果有所下降, 其原因有待进一步探讨。 2 2 混凝土抗冻性研究 2 2 1 粉煤灰对混凝土抗盐冻性能的影响 从图4中可以看出, 随着粉煤灰掺量的增加, 混凝土抗 盐冻性能下降。粉煤灰掺量为 3 0 时, 3 6 次盐冻循环后 , 混 凝土的剥 落 量达 1 0 1 2 1 g m , 接 近试 件损 坏 的 临界值 g 删 楗 盐冻次数, 次 图4 粉煤灰对混凝土抗盐冻性能的影响 吕 唧 裢 磊 斓 脚 l 0 o C 8 5 C+1 5 F S 7 0 C+ 3 O FS 胶凝材料 图3 复掺对混凝土抗

16、渗性能的影响 1 5 o i n 。这是因为在水化反应前期 , 粉煤灰的潜在活性 还没有被完全激发出来。 2 2 2 矿渣对混凝土抗盐冻性能的影响 图 5为矿渣对混凝土抗盐冻性能的影响。 从图中可知, 掺入 1 5 的矿渣粉后 , 剥落量较基准混凝 土有所降低, 表面混凝土的抗盐冻能力有所提高, 掺入 3 0 矿渣粉后 , 混凝土的剥落量变大, 经 3 6次盐冻循环后 , 其剥 落量是基准混凝土的2 5倍。 2 2 3 复合掺合料对混凝土抗盐冻性能的影响 图6为矿物掺合料复掺时对混凝土抗盐冻性能的影响。 盐冻次数 次 图5 矿渣对混凝土抗盐冻性 能的影响 吕 咖 瓣 盐冻次数, 次 图6 复掺

17、对混凝土的抗盐冻性能的影响 从图6中可以看出, 经过3 6 次盐冻循环后 , 粉煤灰和矿 渣粉复掺 3 0 的混凝土试件, 剥落量为2 6 6 7 g m , 抗盐冻 宋宪辉等 : 矿物 掺合料对混凝土耐久性的影响 5 能力最差。未掺人矿物掺合料的基准混凝土的剥落量为 1 0 3 O m , 复掺 1 5 矿物掺合料的混凝土试件剥落量为 6 6 7 g I l l 2 。说明复掺时存在最佳掺入量, 当小于等于最佳 掺入量时, 可改善混凝土的抗盐冻性能, 而超过此值时反而 会降低混凝土的抗盐冻性能。 3结语 ( 1 ) 单独掺人粉煤灰和矿渣可以提高混凝土的抗渗 性, 本试验中当掺量在 3 0 以

18、下时, 掺量越大, 抗渗性越好 ; 复掺粉煤灰和矿渣时, 当掺量小于 3 0 时, 掺量越大, 抗渗 性越好 。 ( 2 ) 单独掺人粉煤灰和矿渣后, 混凝土的抗盐冻性能 不同程度地下降, 但当矿渣掺量为 1 5 时, 抗盐冻能力与基 准混凝土相当。复掺掺量为 1 5 时, 可改善混凝土的抗盐 冻性能, 掺量大于 1 5 时, 抗盐冻性能下降。 参考文献 1 陈改新 混凝土耐久性的研究、 应用和发展趋势 J 中国水利 水电科学研究院学报, 2 0 0 9 , ( 6 ) 2 蔡跃波 掺活性掺合料混凝土研究与应用中的几个疑难问题 J 硅酸盐学报, 2 0 0 0 , ( 1 2 ) 3 冯乃谦

19、混凝土与混凝土结构的耐久性 M 北京: 机械工业 出版社 , 2 0 0 9 4 】 覃维祖 混凝土耐久性若干问题的讨论 J 建筑技术, 2 0 0 0 5 梁家顶 混凝土中粉煤灰掺量对耐久性的影响 J 建筑科 学 , 2 0 1 4 , ( 2 2 7 ) 收稿日期 2 0 1 4 0 4 1 0 【 作者简介 宋宪辉( 1 9 8 3 一) , 男, 黑龙江齐齐哈尔人, 硕士, 工程师 , 研究方向 : 道路与铁道工程。 ( 上接第2页) 的因素包括骨料的表观密度 、 级配、 吸水率和母体混凝土强 度等。鉴于再生骨料较高的吸水率、 较天然骨料相比较低 的表观密度等原 因, 导致再生骨料的压

20、碎指标 高于天然骨 料; 本实验测得再生骨料的压碎指标为 1 4 。根据有关众 多文献 实验数据统计, 再生骨料压碎指标在 1 4 3 0 之间, 而最新 建筑用卵石、 碎石 标准规定: ( 下面表4中数 据) 满足 I 类标准的骨料可用于配制 C 6 0 混凝土, 满足 类 标准的可用于C 3 0一C 6 0的混凝土中, 满足 I I I 类标准的用 于 C 3 0以下混凝土中。所以大多数再生骨料能满足国标中 I I 类骨料对压碎指标的要求, 且能配置强度达到 C 3 0C 6 0 的混凝土, 还能满足抗渗、 抗冻和其他的要求, 因此, 再生骨 料的压碎指标能满足大多数实际工程的需要。 表

21、3 连续粒径再生粗骨料的密度与当前规范中相关数值的对比 表4 碎石、 卵石压碎指标标准值 3 结语 ( 1 ) 再生骨料在级配方 面满足当前普通混凝土拌合 中对于骨料的要求。 ( 2 ) 高吸水率是再生骨料较天然骨料的最大特性之 一 ,在计算再生混凝土用水数量时, 可取 3 0 ra i nl h时间内 的吸水率作 为配置再生 混凝土时计算 附加 水用量 的吸 水率。 ( 3 ) 再生骨料的吸水率与骨料的粒径大小有一定的 关系, 但无固定的趋势而言, 主要取决于废弃混凝土原始骨 料粒径的大小 。 ( 4 ) 与现行 建筑用卵石、 碎石 规范对天然骨料的规 定相比, 再生骨料的表观密度 、 堆积

22、密度较小, 而松散堆积 孔隙率较大, 但二者相比, 相差并不太大; 且再生骨料的这 一 性质对降低建筑结构自重和提高结构抗震是有利的。 ( 5 ) 再生骨料的压碎指标能满足配制最常用的 C 3 0 C 6 0的混凝 土的要求 。 参考 文献 1 王宝民, 涂妮, 杨弈 建筑垃圾处理及应用研究进展 J 低温 建筑技术 , 2 0 1 0 , 3 2( 6 ) : 79 2 侯星宇 再生混凝土研究综述 J 混凝土 , 2 0 1 1 , ( 7 ) : 9 7 9 9 3 J G J 5 2 2 0 0 6 , 普通混凝土用砂石质量及检验方法标准 S 4 G B T 1 4 6 8 5 -2 0 1 1 , 建筑用卵石、 碎石 s 5 顾荣军, 袁江, 耿殴, 高飞剑再生骨料的基本性能研究 J 混凝土 , 2 0 0 9 , ( 9 ): 8 58 6 6 任星。 龚爱民, 李丽生, 等 再生混凝土骨料的基本性能试验研 究 J 云南农业大学学报, 2 0 0 8 , 2 3 ( 9 5 ) : 7 2 7 7 2 9 收稿日期 2 0 1 4 0 2 1 9 作者简介 刘喜平( 1 9 7 7一 ) , 女, 陕西城固人 , 讲师, 硕士。 研 究方 向: 高层抗震 、 建筑材料 。

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