矿物掺合料对混凝土耐久性能影响

杨 慧等：矿物掺合料对混凝土耐久性能影响 2l 矿物掺合料对混凝土耐久性能影响 杨 慧， 孙永军， 张 振， 李广智 (天津市水利科学研究院 水工研究中心。 天津 300061) 【摘 要】 为了改善混凝土的抗腐蚀性能，提高混凝土耐久性，向混凝土中掺入粉煤灰、矿粉等矿物掺合料。 进行混凝土流动性、坍落度损失、抗冻、抗渗、抗硫酸盐侵蚀、抗氯离子侵蚀的性能试验研究。研究结果 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明：矿物 掺合料能够提高混凝土的流动性，改善混凝土工作性能。在耐久性上，掺入矿物掺合料能够改善混凝土抗冻及抗 渗性能。提高混凝土抗硫酸盐、抗氯离子等有害离子的侵蚀性能。大掺量矿粉的掺人对混凝土工作性能及耐久 性能的改善效果比单掺粉煤灰的改善效果要好。 I关键词】 矿粉；粉煤灰；混凝土；耐久性 【中圈分类号】 TU528．041 【文献标识码】 A 【文章编号】 1001—6864(2009)04—0021—03 E] ECr oF M[【I lAL ADMIX兀 JRE ON DU]R柚 衄 Y 0lF oo] 咂 IE YANG Hui， SUN Yong-jun， ZHANG Zhen， LI Guang-zhi (Center of Water Conservancy Works，Tianjin Institute of Water Resource Conservancy， Tianjin 300061，China) Abstract：In order to improve the durability of concrete against corrosion，adding the fly ash and slag powder in the concrete．Experimented on influence of fly ash and slag po wder on freeze resistance，imperme— ability of concrete，sulfate resistance，chloride resistance，the result shows that，adding fly ash and slag powder in concrete can make the conel~te have the properties of easy mixing an d fluidity，and call endow a series hi gh performances ofdurability，such as high freeze resistance，hi gh impermeability，high sulfate resistance and hi gh chloride resistance．The effect of slag powder on durability of eonel~te is better than fly ash． Key words：slag powder；fly ash；concrete；durability 南水北调工程是迄今为止世界上最大的引水工程。天 津干线是南水北调中线一期工程总干渠的组成部分，是为天 0．013％，为不掺粉煤灰 28d膨胀率的7％。可见，粉煤灰对 混凝土碱骨料反应抑制效果当显著。 2．2．2 石粉含量对碱骨料反应抑制效果试验 由快速砂浆棒法测试结果表明：对于C20、C30强度等级 的混凝土，石粉含量越高，砂浆棒膨胀率越高。石粉含量为 20％的砂浆棒 28d膨胀率是石粉含量为 0的砂浆棒膨胀率 的 1．8～2倍左右。这是由于石粉含量越高，细骨料中的碱 活性成分与水泥浆接触的面积越大，提高了碱骨料反应发生 的几率和速度。 3 结语 (1) 大量掺入粉煤灰 ，降低单位水泥用量 ，控制混凝± 中总碱量是控制板岩混凝土碱骨料反应的有效措施之一，且 掺量越大，抑制效果越显著。最高可降低砂浆棒膨胀率至不 掺粉煤灰砂浆棒膨胀率的7％，粉煤灰掺量优选3o％。 (2) 机制砂中的石粉含量对混凝土碱骨料反应有较大 的影响，当石粉含量从 0增加到 20％，表征混凝土碱骨料反 应的砂浆棒膨胀率增加了 1．8％～2，0％。综合混凝土施工 性和对混凝土碱骨料反应的影响，本试验结果表明机制砂的 石粉含量不高于 10％。 (3) 从快速砂浆棒法的试验结果来看，综合各种碱骨 料反应的抑制技术后，板岩混凝土的碱骨料反应的抑制效应 相当明显。多种抑制技术优化后的混凝土，其早期砂浆棒膨 胀率降低了95％以上，大大降低了碱骨料反应发生的几率 和速度。 参考文献 [1] 郝挺宇．混凝土碱 一骨料反应及其预防[A]．混凝土结构的耐 久性设计与施工[c]．北京：[出版者不详]，2001． [2] 商培伟，吴胜兴，邓敏 ，等 ．掺和料对混凝土力学性能和碱 一集 料反应的影响[J]．建筑 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 学报，2003，6(4)：416． [3] Peter Pet al，Treatments and additivesfor controlling alkali—reactivi． ty[jJ．Cement and Concrete Composites，1993，(15)：21—26． [收稿 日期】 2OO8—12—20 [作者简介】 陈尚江(1977一)，男，贵州凤闪人，从事道路设计、 检测及路面材料研究工作。 (编辑 李卉玉) 低 温 建 筑 技 术 2009年第 4期(总第 130期) 津市及沿线河北省部分地区供水的大型输水工程。天津干 线全长 155kin，采用有压混凝土箱涵，为三孔长距离、大流 量、大断面混凝土输水建筑物。设计输水流量为 6om3／s，水 压控制在 12m水头以内，它是天津 1000万人民的生命线 ，工 程规模之大、工程重要性非同一般。南水北调工程沿线工程 地质条件复杂，京津冀地区分布有大量碱活性骨料，沿线某 些地段硫酸根离子含量过高，对钢筋混凝土具有弱一强的硫 酸盐盐腐蚀性，某些地段氯离子含量偏高，对钢筋混凝土中 钢筋具有弱腐蚀性。 针对南水北调工程沿线的工程地质情况，对大掺量矿粉 混凝土在水利工程中的应用进行了探讨。 1 大掺量矿粉对混凝土性能的改善 1．1 原材料 (1) 水泥：冀东 P·042．5级水泥 ，水泥的碱含量为 O．41％，28d抗压强度为 52．5MPa。 (2) 骨料：蓟县东后屿碎石，采用二级配，中石、小石比 例为 50：50。 砂采用河北中易水天然河砂，砂的细度模数为 2．1。 (3) 外加剂：南京瑞迪高新技术有限公司生产的高效 减水剂。该外加剂在掺量为 1．2％时，减水率达到 18．7％。 (4) 矿物掺合料：唐山陡河发电厂生产的 Ⅱ级粉煤灰 ， 需水比98％，烧失量比 1．69％。鸿泰磨细矿粉 ，28d活性指 数 101％。 1．2 大掺量矿物掺合料对混凝土强度及工作性能影响 从表 1强度试验结果看 ，无论是掺入粉煤灰还是矿粉， 混凝土早期强度均有不同程度的下降。且随着矿物掺合料 取代量的提高，早期强度下降更加显著。虽然空白混凝土在 28d内强度具有一定的优势，但掺入矿粉的混凝土后期强度 增长较快，到 90d时，掺 40％矿粉混凝土强度已与空白组混 凝土强度接近。而掺粉煤灰混凝土的 90d强度增长率不如 掺矿粉混凝土。 从混凝土工作性能来看 ，粉煤灰和矿粉的加入均可以在 一 定程度上改善新拌混凝土的工作性能，且大掺量矿粉改善 混凝土工作性更加明显。随着粉煤灰掺量的增大，混凝土拌 合物的坍落度损失越小。而矿粉掺量达到 6o％时，新拌混 凝土坍落度损失最小，60min后坍落度损失率仅为20．3％，小 于基准组混凝土26．5％，说明矿粉的掺入对混凝土起到“缓 凝”作用。 1．3 大掺量矿粉对混凝土耐久性能的影响 1．3．1 大掺量矿粉对混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的影响 快速测试硫酸盐侵蚀的试验方法参照(GB2420—81)《水 泥抗硫酸盐侵蚀快速试验方法 ，试验结果见图 1、图2。 空白组混凝土在硫 酸盐溶液 中其抗蚀系数为 0．98，小于 1．O。 表 1 混凝土强度及耐久性试验配合比 一 I 量 l 一 l l i i ■．■。l i l I 掺人矿物掺合料后 ，砂浆的侵蚀系数都大于 1．0，说明 空白组混凝土抵抗硫酸盐侵蚀能力较差，掺人矿物掺合料可 以提高混凝土抗硫酸盐侵蚀性能 随着粉煤灰掺量的提高 砂浆抗蚀系数呈逐渐增大的趋势。随着粉煤灰矿粉掺量的 提高砂浆抗蚀系数呈逐渐增大的趋势 ，但当矿粉掺量超过 6o％后，砂浆抗蚀系数呈下降趋势。 薹 兰 一 1．3．2 大掺量矿粉对{昆凝土抗氯离子侵蚀性能的影响 参照DlJ'r5150—2001中混凝土抗氯离子渗透快速试验 方法进行试验 ]，试验结果见表2。混凝土中掺人矿物掺合 料能够显著降低混凝土的相对氯离子扩散系数。其中，粉煤 灰等量取代25％的水泥时，混凝土的相对氯离子扩散系数 仅为普通混凝土的 85％左右；矿粉等量取代 6o％的水泥时， 杨 慧等：矿物掺合料对混凝土耐久性能影响 混凝土 的相对氯离子扩散 系数仅为 普通混凝 土 的 30％ 左右。 表 2 混凝土抗氯离子渗透快速试验结果 1．3．3 大掺量矿粉对混凝土抗冻性能的影响 混凝土设计抗冻等级 为 F150，抗冻试验按照 DL／T5150 — 2001L4 中快冻法进行 ，试验结果见表 3。以上混凝土均能 满足 F200的抗冻要求 ，在同含气量条件下 ，随着冻融循环次 数的增加 ，各胶凝材料组合混凝土的抗冻性有了明显差距。 掺 25％粉煤灰混凝土，当冻融循环次数增加至 200次，其相 对动弹模量为 63．4％，已接近破坏 的限值，当冻融循环达 250次已经破坏。 掺有 60％矿粉混凝土抗冻标号达到 F300仍未破坏 ，由 此可见，矿粉混凝土具有更好的抗冻性。 1．3．4 大掺量矿粉对混凝土抗渗性能的影响 抗渗试验按 DIdT5150—2001 L4 中规定的逐级加压法及 恒压法进行，试验结果见表 4。混凝土试验配合 比均满足 W10抗渗等级要求。空白组混凝土相对渗透系数最大，28d 达到 330．1×10～cm／h，而掺加矿物掺合料的混凝土的相对 抗渗透系数均小于空白组混凝土，说明矿物掺合料的加入提 高了混凝土的密实性。 表3 不同掺量矿物掺合料混凝土抗冻性能试验结果 对比试验结果可见，掺入 25％粉煤灰组的混凝土密实 性稍差 ，平均渗透高度和相对渗透系数均 比掺入 6o％矿粉 组大。因此 ，掺入 6o％矿粉抗渗性最好。 2 结语 (1) 粉煤灰和矿粉可以显著提高混凝土的后期强度， 改善混凝土工作性能。矿粉对混凝土后期强度的改善明显 好于粉煤灰 ，尤其是掺人大掺量矿粉时。 (2) 随着粉煤灰和矿粉等矿物掺合料掺量的增加，混 凝土抗硫酸盐侵蚀、抗氯离子侵蚀性能提高，且矿粉能够更 好的提高混凝土的抗硫酸盐侵蚀 、抗氯离子渗透性能。 (3) 掺人粉煤灰对混凝 土抗冻性有不 良影响，掺入 6o％矿粉可以提高混凝土抗冻性能。 (4) 掺入矿物粉煤灰和矿粉可以提高混凝土抗渗性 能，且矿粉对混凝土抗渗性能的改善好于粉煤灰。 参考文献 [1] Higgins D．The effect ofGGBS OntheDurability ofCon~meEJ]．Con— crete，1991，25(6)：17—20． [2] Nakamura N．Effect ofslag Fineness onthe Development of Concrete Strength and Microstructure[A]．Fly A ，Silica Fume，Slag，and Natural Pozzolansin Concrete【CJ．USA，the United States ofAnlETica Editorial ProductionVictorialamick，1992． [3] GB2420—81，水泥抗硫酸盐侵蚀快速试验方法[s]． [4] DIdTSISO一．2001，水工混凝土试验规程[s]． [收稿日期】 2OO8—12—16 [作者简介] 杨 慧(1979一)，女，江苏连云港人，从事建筑材 料研究工作。 (编辑 李卉玉)