机制砂混凝土及砂浆抗氯离子渗透性能研究.pdf

公路 交通技术2 0 1 3年 1 0月 第 5期T e c h n o l o g y o f Hi g h w a y a n d T r a n s p o r t O c t 2 0 1 3 N o 5 机制砂混凝土及砂浆抗氯离子渗透性能研究 李银斌 ， 阮欣 ( 1 贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司，贵阳5 5 0 0 0 1 ； 2 同济大学 ， 上海2 0 0 0 9 2 ) 摘要： 针对 C 3 0C 6 0四种强度等级， 通过 R C M和浸泡 2种试验方法， 研究机制砂混凝土和砂浆的抗氯离子渗透 性能。试验结果表明， 机制砂能够提高混凝土和砂浆的抗氯离子渗透性能， 且这种提升效果对于低强度等级的试件 更为明显。通过研究， 证实在常见强度等级范围内， 机制砂混凝土具有至少不低于河砂混凝土的抗氯 离子渗透性 能， 值得在实际工程中推广应用。 ， 关键词 ： 机 制砂 ； 混凝 土 ； 砂浆 ； 氯 离子 ； R C M 文章编号： 1 0 0 9 6 4 7 7 ( 2 0 1 3 ) 0 5 0 0 2 9 0 5 中图分类号： U 4 1 4 文献标识码： A Re s e a r c h o n Re s i s t a n c e o f Ma n u f a c t u r e d Sa n d Co n c r e t e a n d Mo r t a r t o Ch l o r i d io n Pe n e t r a t i O n L I Yi n b i n ，RUAN Xi n Abs t r a c t：I n a l l us i o n t o f o u r s t r e ng t h g r a d e s o f C 3 0 C6 0，t hi s p a p e r s t u d i e s r e s i s t a n c e o f ma n u f a c t u r e d s a n d c o n c r e t e a n d mo rta r t o c h l o r i d i o n pe n e t r a t i o n v i a t wo t e s t me t h o d s，i e RCM a n d s o a kTh e t e s t r e s u l t s s ho w t h a t ma n ufa c t u r e d s a n d c a n e n ha n c e r e s i s t a n c e o f c o n c r e t e a n d mo r t a r t o c h l o r i d i o n p e n e t r a t i o n a n d s u c h e n h a n c e me n t e f f e c t i s mo r e o b v i o u s f o r t e s t p i e c e s o f l o w s t r e n gth gra d e s T h e r e s e a r c h v e ri fi e s t h a t i n t h e r a n g e o f c o mmo n s t r e n g t h g r a d e s ，t h e ma n ufa c t u r e d s an d c o n c r e t e o wn s r e s i s t an c e t o c h l o r i d i o n p e n e t r a t i o n n o t l o w e r t h an ri v e r s a n d c o n c r e t e a n d d e s e r v e s t o b e p o p u l a r i z e d a n d印p l i e d i n p r a c t i c a l p r o j e c t s Ke y wo r ds ：ma nu f a c t u r e d s a n d；c o n c r e t e；mo rta r ；c h l o r i d i o n；RCM 近年来 ， 随着我国基础设施建设的大规模开展 ， 水泥产量及混凝土用量呈现快速增长的趋势。据统 计 ， 2 0 1 1 年水泥总产量达到了 2 0 6 3万 t 。以 1 t 水 泥平均可配置 3 3 m 混凝土为例 ， 2 0 1 1年混凝土总 产量达到了 6 3亿 m 。毋 庸置疑 ， 混凝土 用量的增 加 ， 给作为混凝土细骨料 的天然砂开采和供应带来 了极大压力。 天然砂是一种地方性资源 ， 短期内不可再 生， 也 不利于长距离运输。我 国部分地区天然砂资源 日渐 短缺 ， 甚至出现无砂可用 的状况 ， 混凝土用砂供需矛 盾更加突出。为此 ， 2 0 0 2年 2月 1日起实施 的 G B T 1 4 6 8 4 -2 0 0 1 ( 建筑用砂 首次明确了人工砂的定义、 技 术要求和检验方法， 为人工砂的发展开创了新局面 J 。 机制砂是人工砂的一种 ， 与天然砂相 比， 其主要 具有 4大优势 ： 1 )资源优势。机制砂可利用各 种废弃资源 ， 这符合科学发展观和适应节约、 循环型 基金项 目： 贵州省交通运输厅科技项 目( 2 0 1 0 1 2 2 0 1 8 ) 收稿 日期 ： 2 0 1 3 0 3 0 7 作者 简介 ： 李银斌( 1 9 7 4 一) ， 男 ， 贵州省贵阳市人 ， 本科 ， 高工 经济的要求 。2 )管理优势。机制砂生产企业有稳 定的法人主体 ， 有 固定 的经营场所 ， 为加强管理创造 了条件 。3 )质量优势。由于料源稳定和机械化 的 生产方式 ， 可保证产品质量稳定 。4 )品质优势。新 开矿的砂石有较 高的表面能和亲水性 ， 有完整 的级 配和小于 7 5 m石粉的微级配 ， 能做到颗粒级配稳 定 、 可调整 ， 粒形可改善。 本文主要研究机制砂混凝土的抗氯离子渗透性 能 。通过快速氯离子迁移试验 ( R C M) 和浸泡试验 ， 综合考查相同配合 比条件下 ， 机制砂混凝土与河砂 混凝土在抗氯离子渗透性能方面的异同。 1 试 验材 料 1 1 水泥 水泥为贵州盘江海螺牌 P O 5 2 5级水泥。经 x射线衍射试验分析 ， 其化学成分如表 1 、 表 2所示。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 0 公路交通技术 2 0 1 3年 表2 海螺 P O 5 2 5 R级水泥熟料的矿物组成 1 2 细 骨料 机制砂母岩为石灰石 ， 细度模数 3 0 7 ， 石 粉含 量 5 9 ， 表观密度 2 7 6 0 k g 1 1 1 。河砂的细度模数 2 4 ， 表观密度 2 6 0 4 k g m 。 ， 含泥量 4 0 。2种细 骨料的级配曲线如图 1 所示。 图 1 细骨料的颗粒级配 由图 1 可 以看出， 机制砂颗粒粒径大 ， 颗粒级配 在 区级配范 围之外 ； 河砂颗粒较细 ， 级配中粒径大 于 1 1 8 mm的颗粒较少 。 1 3 配合比 试件分为 4类 ： 机制砂混凝 土 ( J C) ， 机制 砂砂 浆( J M) ， 河砂混凝土 ( H C) 及河砂砂浆 ( H M) 。其 中， 每一种试件又包含了 C 3 0、 C 4 0、 C 5 0和 C 6 0四个 强度等级 ， 基本覆盖了常见的混凝土强度等级 。混 凝土试件和砂浆试件 的配合 比分别如表 3 、 表 4所 不 。 1 4 强度等级 按照 G B T 5 0 0 8 1 -2 0 0 2 普通混凝土力学性能 试验方法标准 ， 制作 了边长 1 0 0 mm的机制砂混凝 土 、 机制砂砂浆 、 河砂混凝土及河砂砂浆试件。在标 准养护 3 、 7和 2 8 d后 ， 根据试验标准规程 ， 测得 了 混凝土和砂浆试件的抗压强度 ， 分别如表 5 、 表 6所 不 表 3 机制砂和河砂混凝土试件配合比 编号 水泥 粉煤灰 砂 细碎石粗碎石 水 比 砂浆种类 编号 水泥粉煤灰 砂 水 水灰比 混凝 土种类 编号 强度 3 d 7 d 2 8 d 表 6 砂浆 2 8 d养护龄期的抗压强度 MP a 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 3年第5期 李银斌 ， 等 ： 机制砂混凝土及砂 浆抗氯离子渗透性能研究 3 1 从表 5 、 表 6中可以看 出， 机制砂混凝 土各龄期 强度均 比河砂混凝土强度高 ， 砂浆强度 的差异则更 加明显。造成这一现象的原因主要在于机制砂 中所 含的石粉 ， 其对混凝土强度主要存在以下几种影响 ： 1 )石粉颗粒细小 ， 对混凝土具有一定的微集料填充 效应 ； 2 )石粉具有加速效应 ， 石灰石粉颗粒作为一 个个晶核 ， 使溶解状态的 C S H凝胶遇到 固相粒子并 沉淀其上的概率有所增大 ； 3 )石灰石粉并非完全惰 性 ， 它在水化 过程 中可以与水泥 中的 C 。 A和 C A F 发生反应 ， 生成水化碳铝酸钙 ， 水化碳铝酸盐又可与 其他水化产物相互搭接 ， 使水泥石结构更加密实 ， 提 高了水泥石的强度。 2试验过程 2 1 RC M 试验 R C M试验可分为 2个 阶段 。首先是氯 离子在 外加电场作用下的迁移， 此时的试验设备如 图 2所 示。试件的制作及试验步骤遵循 G B T 5 0 0 8 2 -2 0 0 9 普通混凝土长期性能与耐久性能试验方法 J 。这 一 阶段的持续时间与试验中选用的电流强度有关。 ( 内径 1 1 2 0， 图 2 R C M测定仪示意 当到达通电时间后 ， 将试件从 R C M测定仪中取 出 ， 立即在压力试验机上劈成 2半， 并喷涂 0 1 m o L L 的 A g N O 溶液。按 图 3所示 的 1 2个位置 ， 用游标 卡尺测出试件变色区域 的深度并取平均值 ， 将其带 入式( 1 ) 中， 最终可得该试件的氯离子迁移系数。 _ t髦 霉 摹 曩 薯 | l_ 舔 | | | I l l 2 3 4 5 6 7 8 9 l O l 1 1 2 图 3 R C M试验氯离 子侵蚀 深度测定位置示 意 n Q ： 兰 ! ： ! 三 c M 一 ( U 一 2 ) t Xa -O 0 23 8 ( 2 7 3 + T ) L X d ) 。 ( 1 ) 式中， D 为混凝土的非稳态氯离子迁移系数 ， m s ； U为所用电压的绝对值 ， V； T为阳极溶液的初始温度 和结束温度的平均值 ， ； 为试件厚度 ， mm； X d 为氯 离子渗透深度的平均值， m m； t 为试验持续时间， h 。 2 2 浸泡试验 取机制砂、 河砂混凝 土 C 3 0 、 C 4 0 、 C 5 0、 C 6 0各 2 块以及机制 砂和河砂砂 浆 C 3 0 、 C 4 0 、 C 5 0、 C 6 0各 1 块 ， 用环氧树脂将各个试块其 中 4个面封 闭， 剩余 2 个上 下侧 面进 行 氯盐 侵 蚀试 验 。将 试 件 浸 泡在 3 5 氯化钠溶液 中， 时间分别为 3 O、 6 0 、 9 0 d ； 到试 块浸泡期满后取 出， 在 ( 1 0 5 5 ) 的温度下烘 干分 层磨 粉取 样 ， 分 层深 度 为 2、 4 、 6 、 8 、 1 0、 1 5 、 2 0 、 2 5 mm。每个层样称取 2 g ( 精确到 0 0 1 g ) ， 重量为 G ， 置于熟料瓶中 ， 并加入 5 0 mL蒸馏水 ( ) ， 塞 紧瓶 塞。振荡 1 2 h ， 浸泡 2 4 h 。将上述试样过滤， 用移 液管分别吸取滤液 ( ) 2 5 mL ， 置于锥形瓶中各加 2 滴酚酞 ， 使溶液呈微 红色 ， 再用稀硫酸 中和至无 色。 记录所消耗的硝酸银 ( ) 毫 升数。则水溶性 氯离 子含量可按下式计算 ： P： CA g NO 3xV 5 X _ 0 03 5 4 5 1 0 0 。 ( 2 )G 。 式中 ， P为砂浆样品中水溶性氯离子含量 ， ； C A 为硝酸银标准溶液浓度 ， m o l L 。 3试 验结 果 3 1 RC M 试 验 3 1 1 混凝土试件氯离子迁移系数及评价 由 R C M试验得到的机制砂混凝土和河砂混凝 土的氯离子迁移系数如 图 4所示。 图 4 机 制砂 和河砂混凝土的氯离子迁移系数 比较 0 O O O 0 0 0 O O 8 7 6 5 4 3 2 l 一 一 b_【 一 暴 韫 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 2 公路交通技术 2 0 1 3正 由图4可知 ， 机制砂t 昆 凝 土与河砂混凝土的氯 离子迁移系数均随强度等级提高而降低。机制砂混 凝土的迁移系数均低于 4 1 0 m s ， 且小于同配合 比的河砂混凝土。这可能是 由于机制砂石粉的填充 作用细化 了硬化水泥石 的结构 ， 减少 了氯离子侵入 通道 ， 从而提高 了机制砂混凝土 的抗氯离子渗透性 能所致 。 3 1 2 砂浆试件氯离子迁移系数及评价 由 R C M试验得到的机制砂砂浆 和河砂砂浆的 氯离子迁移系数如图 5所示 。 图 5 机制砂和河砂砂浆 的氯离子迁移系数 比较 由图 5可以看出 ， 砂浆试件呈现 出与混凝土试 件相同的规律 ， 即在相同配合 比条件下 ， 采用机制砂 制作的试件均比采用河砂制作的试件具有更好的抗 氯离子渗透性能。 3 2 浸 泡试 验 由浸泡试验得到的混凝土和砂浆试件的 自由氯 冰 燃 褪 皿 0 4 5 0 4 0 0 3 5 矮 0 3 0 0 2 5 键 0 2 0 0 1 5 咂O 1 0 皿O O 5 O ( a )C 3 0浸泡 3 0 d 到暴露面的距离 ram 离子浓度分布分别如图 6和图 7所示。由于试验数 据较多 ， 限于篇幅， 本文仅给出了 C 3 0和 C 5 0试件 浸泡 3 0 d和 6 0 d的数据。 通过比较可以发现 ， 无论是混凝土还是砂浆 ， 机 制砂试件 中的自由氯离子浓度均低于同配合比的河 砂试件 ， 这种规律在低强度等级试件 中表现尤为明 显。这主要是因为低强度等级混凝土和砂浆试件中 水泥用量较少 ， 水灰 比较大， 硬化水泥浆中存在大量 孔隙， 使得试件的抗氯离子渗透性能较差 ； 而机制砂 中石粉的引入 ， 有效填充了水泥浆体中的孑 L 隙 ， 从而 提高了机制砂 试件 的抗 氯离子渗透 性能。但需 注 意 ， 不能通过盲 目增加石粉含量来提高机制砂混凝 土的抗氯离子渗透性能 ， 且实际应用 中， 机制砂 的石 粉含量需满足规范规定。但对于高强度等级试件 ， 由于其本身的孔隙率 已经很小 ， 石粉的填充效应不 明显 ， 其对机制砂试件抗氯 离子渗透性 能的提升十 分有限。 4 结论 本文针对 C 3 0、 C 4 0 、 C 5 0和 C 6 0四种强度等级 ， 采用 R C M试验和浸泡试验研究 了机制砂混凝土及 砂浆试件的抗氯离子渗透性 能。根据试验结果 ， 得 如下结论。 1 )R C M试验 中， 机制砂混凝 土及砂浆试件 的 氯离子迁移系数均显著小于同配合 比的河砂混凝土 及砂浆试件 。 避 H 艇 骣 征 皿 0 堡0 0 皿 0 ( b )C 5 0浸泡 3 0 d ( c )C 3 0浸泡 6 0 d ( d )C 5 0浸泡 6 0 d 图 6 浸泡试验 中机制砂和河砂混凝土试件 自由氯离子浓度 比较 8 6 4 2 O 8 6 4 2 一 b_【 一 较垛浍壬 艇 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 3年第 5期 李银斌 ， 等 ： 机制砂混凝土及砂浆抗氯离子渗透性能研究 3 3 毯 H 褪 撅 旺 皿 避 租 匣 搋 旺 皿 7 0 6 O 5 0 4 0 3 O 2 0 l O 0 6 o 5 0 4 0 3O 2 0 1 O 0 到暴露 面的距 离 m m ( a )C 3 0砂浆浸泡 3 0 d 键 孺 趣 皿 褪 瓣 皿 6 O 5 0 4 0 3 O 2 0 l 0 0 到暴露 面的距 离 mm ( b )C 5 0砂浆浸泡 3 0 d 到暴露面的距离 m m 到暴露面的距离 m m ( c )C 3 0砂浆浸泡 6 0 d ( d )C 5 0砂浆浸泡 6 0 d 图 7 浸泡试 验中机制砂 和河砂砂浆试件 自由氯离子浓度 比较 2 )浸泡试验中， 机制砂混凝土及砂浆试件 中的 自由氯离子浓度小于同配合 比的河砂混凝土及砂浆 试件 ， 但这种差别将随着试件强度等级 的提高而减 小 。这与 R C M试验中得到的结果不同 ， 主要原因可 能是因为在 R C M试验和浸泡试验中， 氯离子的侵蚀 机理不同。前者是在外电场作用下的迁移运动， 而后 者是在浓度差的作用下的扩散运动 ， 因此试件的孔隙 结构在 2种运动中所起的作用可能有较大差别。 3 )在常见混凝土强度等级范围内， 机制砂混凝 土具有至少不低 于河砂混凝土 的抗氯离子 渗透性 能， 值得在实际工程 中推广应用。 参 考 文 献 1 中华人民共和国国家标准 G B T 1 4 6 8 4 -2 0 0 1 用砂 S 北京： 中国标准出版社 ， 2 0 0 9 陈家珑 我国人工砂的发展与问题探讨 J 建筑技 术 ， 2 0 0 7 ， 3 8 ( 1 1 ) ： 8 4 9 8 5 2 郭蓉 ， 赵文志， 王永成 ， 等 机制砂的试验研究及应 用 J 河北工业大学学报 ， 2 0 0 5， 2 0 ( 1 ) ： 1 8 2 0 易文 ， 王永 和 ， 鲁云 岗 机 制砂混凝土强 度与变形试 验研究 J 中南林业科技大学学报， 2 0 0 8 ， 2 8 ( 6 ) ： 1 3 6 1 3 8 徐健 ， 蔡基 伟 ， 王稷 良， 等 人 工砂 与人 工砂 混凝 土 的研究现状 J 国外建材科技 ， 2 0 0 4 ( 3 ) ： 2 0 2 4 马昭淼 ， 罗金星 采用破碎机全干法生产人工砂若干 问题的研究 J 水利科技 ， 2 0 0 1 ( 1 ) ： 4 0 4 1 中华人民共和国国家标准 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 S 北京 ： 中国建 筑工业出版社 ， 2 0 0 9 建设 8 安文汉 石屑混凝土强度及微观结构实验研究 J 山 西建筑 ， 1 9 8 9 ( 2 ) ： l 9 2 6 t， -0c ：0 ( ( 0 000 00) 00 () ( 上接 第2 8页) 参 考 文 献 1 交通部公路司 J T G B 0 1 -2 0 0 3 公路工程技术标准 S 北 京 ： 人 民交通 出版社 ， 2 0 0 4 2 中交第一公路勘察设计研究部 J T G D 2 0 -2 0 0 6 公路 路线设计规范 s 北京： 人民交通出版社， 2 0 0 6 3 中交第二公路勘察设计研究院 J T G D 3 0 -2 0 0 4 公路 路基设计规范 S 北京： 人民交通出版社， 2 0 0 6 4 贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司 兰海 国家高速公路 遵义 至 贵 阳段 扩 容工 程工 程 可行 性研 究报告 R 贵阳： 贵州省交通规划勘察设计研究院股 份 有限公司 ， 2 0 1 2 朱彦， 李华伟 互通密集路段高速公路改扩建方案 比选 J 现 代交通技术 ， 2 0 1 2 ( 4 ) ： 1 2 1 5 贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司 广西 沿海高速公路改扩建工程可行性研究报告 R 贵阳： 贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司， 2 0 1 1 中交第二公路勘察设计研究院 重庆至湛江国道主干 线贵阳至遵义公路扎佐至南 白段改扩建工程两阶段 施工图设计 z 武汉 ： 中交第二公路勘察设计研究 院 ， 2 0 0 5 贵州省交通规划勘察设计研究院 贵阳至新寨高速公 路都匀至新寨段改扩建工程两阶段施工图设计 Z 贵阳： 贵州省交通规划勘察设计研究院， 2 0 0 6 1 J 1 j 2 3 4 5 6 7 r； h rl rL 1j j j 1 J 5 6 7 8 l_l l 【 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m