复掺硅灰和片麻岩石粉对水工...凝土抗硫酸盐侵蚀性能的影响_黄婷.pdf
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1、2023 年第 2 期水利技术监督检验检测DOI:10.3969/j.issn.1008-1305.2023.02.009复掺硅灰和片麻岩石粉对水工混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的影响黄婷(广东省水利水电第三工程局有限公司,广东 东莞 523716)摘要:抗硫酸盐侵蚀性能是沿海和内陆盐渍区水利工程建设对混凝土提出的重要要求。该研究利用室内试验的方式,探讨了复掺硅灰和片麻岩石粉对提高水工混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的影响。试验结果显示,单掺硅灰在提升水工混凝土抗硫酸盐侵蚀性能方面作用优于单掺片麻岩石粉,而复掺方案与单掺方案相比更具优势,且复掺率为40%时,可以获得与单掺最佳方案类似的效果,具有良好的工程应用价
2、值。关键词:水工混凝土;硅灰;片麻岩石粉;硫酸盐侵蚀中图分类号:TV431文献标识码:A文章编号:1008-1305(2023)02-0026-04收稿日期:2022-10-18作者简介:黄婷(1994 年),女,助理工程师。E-mail:1研究背景混凝土凭借其施工方便、性价比高等诸多优势,在水利工程建设中得到了广泛应用。水泥是混凝土的主要胶凝材料,但是其生产过程会产生比较严 重 的 环 境 污 染,造 成 比 较 大 的 环 境 压力1。因此,如何降低水工混凝土的水泥用量,同时又能满足质量要求,就成为工程界关注的重要问题。在长期实践中,人们发现许多种具有潜在化学活性的矿物掺合料,在水工混凝土
3、制作中不仅可以替代部分水泥作为胶凝材料,甚至还可以制备出性能更为优异的混凝土2。目前,在水工混凝土领域应用最为广泛的矿物掺合料有粉煤灰、硅灰和石粉等。我国作为石材生产和消费大国,在各种石材的开采和加工过程中会产生大量的废弃石粉,这些石粉一般都没有得到妥善处置,不仅占用大量的土地资源,同时还会破坏生态环境。相关研究显示,低掺量石粉可以有效填充混凝土内部的细小孔隙和裂缝,强化界面过渡区的黏结性能,在一定程度上改善和提升混凝土材料的力学和耐久性3。硅灰粒径较小,具有较高的活性,将其掺入混凝土不仅可以提升混凝土的强度和耐久性,其细微颗粒也可以产生良好的填充作用,使混凝土结构更为密实4。对水利工程而言,
4、硫酸盐侵蚀是影响水工混凝土结构耐久性的重要环境因素,特别是我国的沿海和盐湖地区存在大量的含硫酸盐水体,对上述地区的水利工程结构造成明显的侵蚀破坏,从而影响其安全性和耐久性5。目前,国内外的研究中对石灰石粉和花岗岩石粉在混凝土中的应用研究较多,但是针对片麻岩石粉和硅灰联合使用的研究不多,尚没有关于复掺片麻岩石粉和硅灰对水工混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的研究。2试验材料与方法2.1试验材料试验中水泥为 P.O42.5 普通硅酸盐水泥,样本的测定结果显示其密度为 3.01g/cm3,比表面积为 387m2/kg,28g 抗压强度为 46MPa,抗折强度为7.8MPa,各项技术指标均满足相关规范要求,可以用
5、于此次试验研究。试验用硅灰容重为 1650kg/m3,平均粒径为0.1m,二氧化硅含量不低于 98%,堆积密度为0.67g/cm3,比表面积为 20000m2/kg;试验用片麻岩石粉为制砂过程中产生的粒径 0.0075mm 以下的石粉,其 表 观 密 度 为 2750kg/m3,比 表 面 积 为295m2/kg,亚甲蓝值为 1.5。62检验检测水利技术监督2023 年第 2 期试验中细骨料为天然河沙,其细度模数为2.7,为中砂,堆积密度为 1450kg/m3,含泥量小于 3.0%;试验用粗骨料为人工石灰岩碎石,其粒径范 围 为 5 20mm,级 配 良 好,压 碎 率 小 于5.0%,含泥量
6、小于 2.0%。试验所采用的减水剂为 SBTJM 标准型高效减水剂,其固含量 18.2%,减水率 21.6%。试验用水为普通自来水,其氯离子含量为 0.02%,满足 JGJ632006混凝土用水标准 的要求。2.2试验方案试验以水工建设领域常用的 C30 混凝土为参照确定主要材料的配合比。其中,水泥用量为340kg/m3、细骨料用量为 810kg/m3、粗骨料用量为 1250kg/m3、水用量为 240kg/m3。此次研究的主要目的是探讨复掺硅灰和片麻岩石粉对水工混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的影响。考虑到不同掺合料的掺量会对试验结果存在加大影响,直接进行复掺试验需要考虑较多的影响因素,试验工作量较大
7、6。因此,试验中采用首先进行单掺试验,分别获得硅灰和片麻岩石的最佳掺量水平的基础上,再进行复掺试验。试验中的硅灰和片麻岩石粉均以内掺的方式等质量取代混凝土中的胶凝材料。结合片麻岩石粉和硅灰在混凝土领域的应用研究成果,以混凝土中的胶凝材料用量为标准,其质量比的形式确定 0%、2%、4%、6%、8%、10%等6 种不同的硅灰掺量水平;确定0%、4%、8%、12%、16%、20%等 6 种不同的片麻岩石粉掺量水平进行试验。通过对单掺试验结果的分析,获得最佳掺量水平7。在单掺试验结果的基础上,以硅灰和片麻岩石粉的最佳单掺比为基础进行复掺方案试验。试验过程中以硅灰和片麻岩石粉最佳掺量水平的 120%、1
8、00%、80%、60%、40%、20%确定复掺比。2.3试验方法在硫酸盐侵蚀试验中采用的是 150mm 150mm150mm 的立方体标准试件。根据上节的试验方案设计,称量好混凝土制作所需要的各种材料,然后制作好混凝土试件并在标准养护条件下养护至28d 龄期7。试件的硫酸盐侵蚀试验采取自然浸泡方式,试验仪器为 TVN350 型干湿循环硫酸盐侵蚀试验机8。在试验之前,首先将养护至 28d 龄期的试件取出,在擦拭干净表面水分之后放在阴凉通风处静置 48h,然后称量其质量以及初始弹性波的波速,测量完毕之后将其放入试验桶,然后倒入 5%的硫酸钠溶液,液面高度以高出试件上表面 5cm 为宜。试验中将温度
9、稳定在约 25。为了保持硫酸钠溶液的浓度,每隔 25d 更换一次硫酸钠溶液,整个试验历时 150d。在浸泡试验结束之后,取出试件擦拭干净其表面的水分,然后在阴凉通风处风干48h,再测量试件的质量和弹性波波速,然后利用WHY-3000 型全自动压力试验机进行试件的单轴压缩试验,获取其极限抗压强度和抗折强度。3试验结果与分析3.1单掺试验结果与分析根据不同单掺方案的试验数据,计算获取掺加硅灰和片麻岩石粉方案的质量损失率、抗压强度损失率、抗折强度损失率以及相对动弹模量,试验结果见表 12。表 1单掺硅灰方案试验结果单位:%硅灰掺量质量损失率抗压强度损失率抗折强度损失率相对动弹模量02.7714.22
10、15.2186.4122.2310.2311.2389.3441.878.269.4591.2161.537.848.2892.7581.397.778.0193.19101.568.038.5592.52表 2单掺片麻岩石粉方案试验结果单位:%石粉掺量质量损失率抗压强度损失率抗折强度损失率相对动弹模量02.7714.2215.2186.4142.6513.5614.8687.2282.4313.2414.5487.51122.3513.0114.2887.35162.8714.5115.9286.24203.2217.6918.2282.13由表 1 可知,单掺硅灰方案下水工混凝土的质量损失
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