掺合料对浮石混凝土抗氯离子渗透性能影响.pdf

霍俊芳等 ： 掺合料对浮石混凝土抗氯离子渗透性能影响 掺合料对浮石混凝土抗氯离子渗透性能影响 霍俊芳 ， 宋的添 ， 李伟玲 ， 李金帅 ( 1 内蒙古工业大学土木工程学院 呼和 浩特0 1 0 0 5 1 ； 2 呼铁局研究所 呼和浩特0 1 0 0 1 8) 【 摘 要】 采用直流电通量方法对浮石混合骨料混凝土抗氯离子渗透性能进行研究， 结果表明： 在保持浮石 体积替代率 3 0 不变的前提下， 掺和料的掺人能有效降低6 h 通过的库伦电量， 提高混凝土抗氯离子渗透能力， 属 于渗透能力等级很低的混凝土。掺合料在混合混凝土中发挥效应可归结为火山灰效应、 微集料效应等的共同作 用。粉煤灰与硅粉复掺时抗氯离子渗透能力最显著 ， 硅粉与粉煤灰复掺技术是配制高性能混合骨料混凝土重要 途径 之一 。 【 关键词】 混合骨料 ； 掺合料； 渗透性； 浮石 【 中图分类号】 T U 5 2 8 2 【 文献标识码】 A 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 2 0 1 3 ) 0 1 0 0 0 1 0 3 I NFLUENCE OF M I NERAL AD XTURES M T URE oN ANTI CHLoR) E I oN OF PUM I CE M ED AGGREGATE CONCRE I E HU O J u n f a n g ， S O NG D e t i a n ， L I We i 1 i n g ， L I J i n s h u a i ( 1 S c h o o l o f C i v i l E n g i ， I n n e r M o n g o l i a U n i v o f T e c h n o l o g y ， H o h h o t 0 1 0 0 5 1 ， C h i n a ； 2 H o h h o t R a i lw a y B u r e a u R e s e a r c h I n s ti t u t e ， H o h h o t 0 1 0 0 1 8 ， C h in a ) Ab s t r a c t ： T h e a n t i c h l o r i d e i o n p e r me a b i l i t y o f t h e p u mi c e mi x e d a g g r e g a t e c o n c r e t e wa s s t u d i e d a c - c o r d i n g t o t h e me t h o d o f d i r e c t c u r r e n t c h a r g e T h e r e s u l t s s h o w tha t ：k e e p i n g v o l u me r e p l a c e me n t r a t e o f p u mi c e i n 3 0 ，t h e c h a r g e d u ri n g 6 h w a s r e d u c e d e ff e c t i v e l y u n d e r t h e c o n d i t i o n o f the mi n e r a l a d mi x t u r e s ，a n d i mp r o v e d an t i c h l o ri d e i o n p e rm e a b i l i t y o f mi x e d a g g r e g a t e c o n c r e t e，the c o n c r e t e o f a d - mi x t u r e s b e l o n g e d t o l o w p e rm e a b i l i t y c o n c r e t e T h e mi n e r a l a d mi x t u r e i n t h e c o n c r e t e wa s a t t r i b u t e d t o a c t i v e e ff e c t o f v o l c a n i c a s h an d mi c ro a g g r e g a t e ，t h e c o mp l e x a d mi x t u r e w a s s i g n i fi c a n t t o a n t i - c h l o r i d e i o n p e rm e a b i l i t y o f c o n c r e t e ，a n d t h e c o mp l e x t e c h n o l o gy o f n y a s h a n d s i l i c a f u me c a n b e ma d e t h e HP C Ke y wo r d s ： mi x e d a g gre g a t e ；a d mi x t u r e s ；p e r me a b i l i t y ；p u mi c e 混合骨料混凝土是在普通混凝土与轻骨料混凝 土发展的基础上应运而生的一种过渡性混凝土， 是以 轻骨料代替部分普通粗骨料 ， 体积密度介于 1 9 5 0 2 2 0 0 k g m 之间、 强度介于 4 0 8 0 M P a之间的中高强 度的混凝土。混合骨料混凝土 比轻骨料混凝土抗 压强度、 比强度和弹性模量高， 收缩变形和徐变小 ， 降低了普通混凝土的体积密度， 提高了水泥水化程度 等优点 ， 可以满足大承载、 高预应力、 海洋工程和大跨 度桥梁等工程建设中使用要求。矿物掺合料加入混 凝土中能显著改善混凝土的施工性能、 使用性能、 耐 久性能 ， 提高混凝土的密实度， 使氯离子等有害物质 的渗透性大大降低 ， 延长了混凝土结构的使用寿 命，提高耐久性。文中采用直流电通量法， 对粉煤灰 单掺 ， 粉煤灰与硅粉、 矿粉和石粉复掺混合骨料混凝 基金项目】 内蒙古 自 治区自 然科学基金资助项 目( 2 0 1 1 B S 0 7 0 7 ) 土的抗氯离子渗透性能进行了试验研究。 1 试验设计 1 1 试验材料及性能 粗集料： 碎石 52 5 m m连续粒径； 浮石 5 2 5 m m 连续粒径内蒙古锡林郭勒盟， 化学组成见表 1 。 细集料： 中砂 ， 细度模数 2 9 ， 含泥量 1 6 ， 泥块 含量 0 4 ， I I 区砂 ， 颗粒级配良好。 水泥： 乌兰 P 1 0 4 2 5级普通硅酸盐水泥， 乌兰察 布 中联水泥有限公司。 粉煤灰： 达拉特旗火力发电厂 I级粉煤灰， 化学 组成见表 2 。 硅粉： 微硅粉 北京西曼特工程技术有限公司， 化 学组成见表 2 。 矿粉： 矿渣微粉 包头 中光工贸有限责任公司， 化 2 低温建筑技术 2 0 1 3 年第 1 期( 总第 1 7 5期) 学组成见表 2 。 石粉 ： 普通石灰石粉 内蒙古呼和浩特， 化学组成 见表 2 。 外加剂： 引气减水剂 F D NY， 减水率 1 6 ， 含气 量 1 2 。内蒙古北腾工程材料有限公司。 水： 普通自来水。 表 1 浮石租集料化学组成 粉煤灰5 2 5 4 3 3 6 2 7 0 5 3 5 6 0 3 6 0 3 1 0 5 0 0 6 8 硅粉 8 5 1 6 0 0 6 7 0 4 0 5 6 1 1 0 一 一 一 矿粉 3 2 5 1 5 3 2 5 5 4 3 5 6 7 8 5 一 一0 8 9 石粉 1 3 3 0 5 8 5 3 3 7 一 一 一 一 1 2 混凝土配合 比 确定浮石替代碎石的体积替代率是 3 0 ， 基准组 ( N P C ) 为纯硅酸盐水泥混凝土， 单掺组( C F A) 粉煤灰 等比例取代水泥 3 0 ， 掺合料复掺时( C S F ) 组粉煤灰 和硅粉取代率为2 0 、 1 0 ， ( C S P ) 组粉煤灰和矿粉取 代率为2 0 、 1 0 ， ( C L S ) 组粉煤灰和石粉取代率为 2 0 、 1 0 ， 确定表 3所示的 C 3 5混合骨料混凝土试验 配合 比。 1 3 试验方法 参照国标 G B T 5 0 0 8 22 0 0 9 普通混凝土长期性 能和耐久性试验方法 推荐使用的测量混凝土抗氯离 子渗透性的直流电通量法， 试验基本原理如图 1所示。 制作 1 5 0 m m 1 5 0 m m1 5 0 m m的混凝土立方体试件， 在标准条件下( 温度为 2 0士 2 C ， 相对湿度 9 5 ) 下 养护 5 6 d后， 经取芯、 切片处理后制成直径 l O 0 m m、 高 5 0 m m圆柱体试件 ， 将试件侧 面用硅胶 密封， 测量 6 h 通过试件的电量， 评价混合骨料混凝土的渗透性高低。 表 3 混 合 骨 料 混 凝 土 配 合 比 k g I T I 6 1 - 0 3 m o l L N a OH溶液 ；2 一混凝土试件 ； 3 - 3 N a C I 溶液 ； 4 一有机玻璃 ； 5 一铜网电极 ； 6 一防水密封胶 ； 7 一稳压电源 ；8 一电流表 图 1 电通量法试验装置示意 图 2 试验 结果与分析 2 1 试验结果与掺合料的作用机理 掺和料对混合骨料混凝土抗氯离子渗透试验结 果如图2所示， 掺合料3 0 粉煤灰单掺加入混合骨料 混凝中， 可以有效降低混合骨料混凝土的6 h的库伦电 量。粉煤灰在混合骨料中首先发挥了密实填充效应， 降低了混凝土孔隙率并改善了孔特征， 有效地延长了 毛细孔通道 ， 从而提高了粉煤灰混凝土抗氯离子渗 透性能。随着龄期的增长， 粉煤灰开始出现火山灰效 应 ， 与混凝土内的碱性物质 C a ( O H) 发生二次水化反 应 ， 生成 了具有凝胶性能的 CS H， 堵塞 了孔 道 ， 显 著降低了混凝土中的大孔含量及总的孔隙率 。此 外由于浮石 的反水作 用 ， 有助于 二次水化反应 。 因此 使得结构更加致密， 降低了氯离子的渗透。 u 1 8 0 0 道 1 5 0 0 蠢 20。0 嘲 6 0 0 霎 3 0 0 0 。圈 一 图 。 譬 翻 一 擘 嗣 NPC C FA CS F CS P CL S 图2 矿物掺和料对氯离子渗透性的影响 粉煤灰的掺人能加强对氯离子的物理化学的吸 附作用， 粉煤灰具有较大的比表面积和特殊的空间表 霍俊芳等： 掺合料对浮石混凝土抗氯离子渗透性能影响 3 面结构 ， 粉煤灰表面通过气孔与内部空腔相连通 ， 混 凝土内部对活性氯离子吸附与反应就在粉煤灰的球 体表面和通过孔在空腔内部同时进行 ， 增加了吸附与 反应的场所。二次水化生成 CsH凝胶有较大的 比表面积 ， 通过双电层作用， 对氯离子产生较强的吸 附固化作用 。降低 了游离氯离子的浓度， 从而提 高了混凝土抗氯离子的渗透性能。 掺合料复掺混合骨料混凝土的 6 h的库伦电量全 部小于粉煤灰单掺组 ， 尤其以2 0 粉煤灰与 1 0 硅粉 复掺作用效果最为显著， 其次是粉煤灰与矿粉、 石粉 复掺。掺和料复掺加入到混合骨料混凝土中， 不仅发 挥了矿物掺和料各 自物理化学作用， 而且矿物掺和料 之间化学作用相互激发 ， 通过组合叠加体现出复合叠 加效应 。 粉煤灰与硅粉复掺加入混合骨料混凝土中， 硅粉 水化活性、 表面能较大 ， 所以其反应速度快 ， 与粉煤灰 共同作用生成较多的水化铝酸盐相 csH及其衍 生物 ， 能够结合更多的混凝土中的氯离子。而且， 硅 粉与粉煤灰水化生成的有大的比表面积的水化硅酸 钙、 钙矾石以及 C a ( O H) ： 聚集在粉煤灰颗粒周围， 起 着晶核的作用 ， 从而加速粉煤灰的水化反应H 引， 有利 于固化氯离子。矿粉的比表面积和表面能都小于硅 粉 ， 矿渣 的晶核作用远弱于硅粉， 因此与粉煤灰复掺 抗氯离子渗透效果低于硅粉 ” 。石粉与粉煤灰复掺 的作用效果较差， 主要是石粉不具备火 山灰活性 ， 石 粉主要发挥微集料效应 ， 形成紧密堆积体系 纠， 提高 了水泥水化产物分布的致密性来改善抗渗性能。 2 2 掺和料对抗氯离子渗透性能的分析 直流电通量法常用来评价混凝土抗氯离子渗透 能力， 混凝土抗氯离子渗透性按6 h通过库伦电量的大 小分为五个渗透等级， 如表4 ， 纯硅酸盐水泥混合骨料 混凝土 6 h的电通量大于 I O 0 0 C ， 抗氯离子渗透能力等 级为低 ， 而矿物掺合料加入混合骨料混凝土中6 h的库 仑电量在 1 0 0一I O 0 0 C之间， 均属于渗透能力很低的等 级， 其中以硅粉与粉煤灰复掺对混合骨料混凝土的抗 氯离子渗透能力提高最为显著。 表 4 电量法评价混凝土抗氯离子渗透能力 3结 语 ( 1 ) 掺合料粉煤灰单掺， 粉煤灰与硅粉、 矿粉和 石粉复掺取代水泥配制混合骨料混凝土 6 h通过的电 量很小， 渗透能力等级都很低， 可以满足混合骨料混 凝土抗渗性的要求。 ( 2 ) 掺和料复掺时 6 h通过的电量小于粉煤灰 单掺时， 尤其 2 0 粉煤灰与 1 0 硅粉复掺抗氯离子渗 透能力最显著， 硅粉与粉煤灰复掺技术可以配制高性 能混凝土。 ( 3 ) 掺合料在混合混凝土中发挥 了火山灰效 应、 微集料效应等的共同作用。 参考文献 1 储建军， 霍俊芳 混合骨料混凝土抗冻性能试验研究 J 建筑 科学 ， 2 0 1 1 ， 2 7( 1 ) ： 2 22 4 2 李红云， 申向东， 康文彪 引气浮石轻骨料混凝土抗冻耐久性 的试验研究 J 混凝土， 2 0 0 9 ， ( 6 ) ： 7 3 - 7 6 3 PN a t h ， P S a r k e r E ff e c t o f n y A s h 0 11 t h e d u r a b i l i ty p r o p e r t i e s o f h i s h s t r e n g t h c o n c r e t e J P r o c e d i a E n g i n e e r i n g ， 2 0 1 l ， 1 4 ： 1 1 4 9 一 l 1 5 6 4 C a h i t B i l i m，C e n z D A t i ， H a r an T a n y i l d i z i ，O k a n K IL r l i h R I P r t s t i c t i n gt h e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h o f g r o u n d g r a n u l a t e d b l a s tf u r - n a c e s l a g c o n c r e t e u fi n g a r t i fi c i a l n e u r a l n e t w o r k J A d v a n c e s i n E n g i n e e r i n g S o a l e 。 2 0 0 9 ， 4 0 ( 5 ) ： 3 3 4 3 40 5 S m i t h S o n g p i ri y a k i j ，T e i n s a k K u b p r a s i t ，C h a i J a t u r a p i t a k k u l ， P r i n y a Ch i n d a p r a s i r t Co mpr e s s i v e s t r e n h a n d d e g r e e o f r e a c t i o n o f b i o m a s s and fl y a s h b as ed o p o l y m e r J C o n s t r u c t i o n and B u i l d i n g M a t e ri a l s ， 2 0 1 0 ， 2 4 ( 3 ) ： 2 3 6 2 40 6 李懿卿， 牛荻涛， 宋华 复合矿物掺合料混凝土力学性能的试 验研究 J 混凝土， 2 0 0 9 ， ( 3 ) ： 4 7 4 9 7 季晓霞， 霍俊芳， 李金帅 粉煤灰掺量对混凝土抗氯离子渗透 性的影响 J 内蒙古工业大学学报， 2 0 1 0 ， 2 9 ( 2 ) ： 1 4 9 1 5 3 8 R K D h i r ， M R J o n e s ， E A B y a r s ， e t a 1 P r e d i c t i n g c o n c r e t e d u r a - b i l i t y 。 i n ： P r o c eed i n g s o n C O n C r e t e t h n d o g y P as t J P r e s e n t an d F u t u r e De t r o i t ， U S A AC I S P，2 0 0 9： 4 1 4 4 9 B i n g C h e n ， J u any u L i u E x p e ri m e n t a l a p p l i c a t i o n of m i n e r a l a d - mi u ms i n l i g h t we i g h t c o n c r e t e wi th h i s h s tr e n gth and wo r k a b i l i ty J C o n s t r u c t i o n and B u i l d i n g M a t e ri a l s ， 2 0 0 8 ， 2 2 ( 6 ) ： 1 1 0 8 一 l l 1 3 1 O 陈友治， 许闽， 宋正林， 等 超细活性硅粉对混凝土的物理力 学性能影响研究 J 混凝土， 2 0 1 1 ， ( 5 ) ： 1 0 5 1 0 8 1 1 王宇， 刘福战 粉煤灰、 矿粉双掺技术在高性能混凝土中的应 用研究 J 粉煤灰综合利用， 2 0 1 1 ， ( 6 ) ： 3 5 3 9 1 2 葛栋 石粉含量对混凝土性能的影响 J 工业技术， 2 0 1 0 ， ( 2 9 )： 8 38 5 收稿日期 2 0 1 2 一 o 9 2 1 作者简介 霍俊芳( 1 9 7 1 一) ， 女， 内蒙古呼和浩特人 ， 教授， 工学博士， 研究方向： 新型建筑材料。