拉压应力下自密实混凝土碳化性能试验研究.pdf
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1、第 1 6卷第 1期 2 0 1 3 年 2 月 建筑材料学报 J OURNAL OF B UI L DI NG MATE RI ALS Vo 1 1 6, No 1 F e b , 2 0 1 3 文章编 号: 1 0 0 7 9 6 2 9 ( 2 0 1 3 ) 0 1 0 1 1 5 0 6 拉压应力下 自密实混凝土碳化性能试验研究 郑建岚 , 黄利频 ( 福州大学 土木工程学院, 福建 福州 3 5 0 1 0 8 ) 摘 要 : 制 作 了 4组 单掺 粉 煤灰 自密实混 凝 土试 件 和 2组 复掺 粉 煤 灰 与矿 渣 的 自密 实混凝 土试 件 , 以及 1组 用 以对 比的
2、普 通混 凝 土试件 通过 快速 碳 化 试验 研 究各 种 拉 、 压 应 力水 平 , 掺 和料 用量 等 因素对 自密实混凝土抗碳化性能的影响规律 研 究表 明: 在各种拉 、 压应力水平下 , 掺 量在 4 0 ( 质 量分数 , 下 同) 以 内时粉 煤灰 对 混凝 土碳 化性 能的 影 响很 小 , 超 过 4 0 后 其影 响 迅 速增 大 , 而复 掺 粉 煤灰 与矿 渣后 混 凝土 的抗碳 化性 能 大 大改善 , 两者按 质 量 比 1: 1复 掺 时, 水 泥取 代 率 可提 高至 6 O 自密实混凝土的碳化深度随着拉应 力水平 的增大 而增大, 而随着压应 力水平的增大
3、呈现先 减 小后 增 大的 变化 趋 势 提 出了应 力状 态下 自密 实混凝 土碳 化深 度预 测模 型 的建 立方 法 关 键词 :自密 实混凝 土 ;矿物掺 和 料 ;应 力水 平 ;碳化 深度 ;碳化 速 率 中图分 类 号 : TU5 2 8 0 1 文献标 志 码 : A d o i : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 7 9 6 2 9 2 0 1 3 0 1 0 2 2 Ex p e r i me nt a l S t u d y o n Ca r b o n a t i o n o f S e l f - c o mp a c t i n g Co n
4、 c r e t e u nd e r Te n s i l e a nd Co mp r e s s i v e S t r e s s e s ZHENG Ji a n l a n, HUANG Li p i n ( Col l e g e o f Ci v i l En gi ne e r i ng,Fuz h ou Uni ve r s i t y,Fuz h ou 35 01 0 8,Chi na ) Ab s t r a c t :Fo u r s e r i e s o f s e l f - c o mp a c t i n g c o n c r e t e ( S CC)
5、s p e c i me n s c o n t a i n i n g f l y a s h,t wo s e r i e s o f S CC s p e c i me n s c o n t a i n i n g b o t h f l y a s h a n d g r o u n d g r a n u l a t e d b l a s t s l a g ,a n d o n e s e r i e s o f o r d i n a r y c o n c r e t e s p e c i m e n s wi t h ou t mi ne r a l a dmi x t
6、 ur e a d d e d we r e p r e pa r e dUs i n g t h e a c c e l e r a t e d c a r bo n a t i o n t e s t m e t h od, t h e i n f l u e n c e s o f t e n s i l e s t r e s s r a t e s ,c o mp r e s s i v e s t r e s s r a t e s ,a n d u s e l e v e 1 o f mi n e r a 1 a d mi x t u r e o n t h e c a r b
7、o n a t i o n r e s i s t a n c e o f S CC we r e s t u d i e d Th e r e s u l t s i n d i c a t e t h a t ,u n d e r a l l s t r e s s r a t e s ,f l y a s h h a s l i t t l e e f f e c t o n c a r b o n a t i o n o f S CC wh e n i t s r e p l a c e me n t p e r c e n t a g e i s l e s s t h a n 4
8、0 ( b y ma s s ) ,b u t t h e c a r b o n a t i o n d e p t h i n c r e a s e s q u i c k l y wh e n t h e r e p l a c e me n t p e r c e n t a g e i s mo r e t h a n 4 0 Th e u s e o f b o t h f l y a s h a n d s l a g g r e a t l y i m p r o v e t he c a r bo na t i on r e s i s t a n c e of SCC I
9、 f f l y a s h a nd s l a g a dmi x t u r e r a t i o i s 1:1 t h e r e p l a c e me n t p e r c e n t a g e c a n b e i n c r e a s e d t o 6 0 Th e c a r b o n a t i o n d e p t h o f S CC i n c r e a s e s a s t e n s i l e s t r e s s r a t e r i s e s ,wh e r e a s i t d e c r e a s e s f i r s
10、 t l y a n d t h e n i n c r e a s e s a s c o mp r e s s i v e s t r e s s r a t e r i s e s Th e r e l a t i o ns h i p be t we e n c a r b on a t i on r a t e a nd s t r e s s r a t e wa s a l s o e s t a b l i s h e dThe r e s ul t s c a n pr o v i de a m e t h o d f o r e s t a b l i s h i ng t
11、 h e m o de l f o r p r e d i c t i ng t he c a r bo na t i o n de p t h o f SCC Ke y wo r d s :s e l f c o mp a c t i n g c o n c r e t e ( S CC);mi n e r a l a d mi x t u r e ;s t r e s s r a t e ;c a r b o n a t i o n d e p t h;c a r b o n a t i o n r a t e 粉煤 灰 、 矿 渣 等 矿 物掺 和 料 对 混 凝 土 抗 碳 化性 能具
12、有正负效应 : 一方面它能使混凝土更加致密, 减 少 C O。 的渗入 , 提高混凝 土的抗碳 化性能 ; 另 一方 面其替代水泥 以及 二次水化反应 又会使混凝土 中 C a ( OH) 的含 量减少 , 从 而使 混凝 土内部碱度 降 低 、 抗 碳化能力下降 这种正负效应 的作用 , 导致 了 收稿 日期 : 2 0 1 1 - 0 9 2 9 ;修订 日期 : 2 0 1 2 - 0 6 2 5 基金项 目: 国家 自然科学基金资助项 目( 5 0 8 7 8 0 5 6 ) ; 福建省科技厅重点项 目( 2 0 0 9 H0 0 2 7 ) 第一作者: 郑建岚( 1 9 6 2 一)
13、 , 勇, 福建平潭人, 福州大学教授, 博士生导师, l g E - r n a i l : j i a n l a n f z u e d u c n 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 建筑材料学报 第 1 6 卷 目前粉 煤 灰 、 矿 渣 对混 凝 土 抗 碳化 性 能 的 影 响程 度 存在 争议 同 时 , 混凝 土结 构在服 役期 间将 承受 不 同 程度的荷载 , 使 其表面及 内部产生微 裂缝, 加剧 了 C O 在混凝土内部的扩散 , 为此 , 一些学者研究 了荷 载对混凝土抗碳 化性能 的影响, 建立 了考虑应力作 用的碳化预测模型L l ,
14、 使碳化深度预测更为准确 自密实混凝土近年来在实际工程 中得到了很好 的应 用 4 , 与相 同强 度 等 级 的普 通混 凝 土相 比 , 它 有较大的粉体材料用量 , 并选用高性能减水剂以降 低水胶比, 同时矿物掺和料掺量很大 6 大掺量矿物 掺和料及复掺技术可减少水泥水化热、 降低化学收 缩 , 是控制 自密实混凝土体积稳定性 、 提高耐久性的 重要措施 , 但同时也带来了对其抗碳化性能 的质疑 相比普通混凝土, 有关 自密实混凝土抗碳化性能的 研究报道较少_ 7 , 荷载作用下的抗碳化性能研究更 不多见 笔者前期研究了大掺量矿物掺和料对 自密 实混凝土抗碳化性能的正负效应_ 8 , 本
15、文在此基础 上研 究 了应力 作 用 的影 响 , 并 提 出了 自密 实 混 凝 土 碳 化深度 预测模 型 的建立 方法 1 试验设计 1 1 原 材料 与配 合 比 水 泥 : 4 2 5普通 硅酸盐 水 泥 ; 粉 煤 灰 : I级 粉 煤 灰 , 比 表 面 积 为 4 2 0 m k g ; 矿 渣 : 比 表 面 积 为 4 7 1 m。 k g ; 石子 : 最大 粒径为 2 0 mm 连 续 级 配 的碎 石 ; 砂 : 细度 模数 为 2 3 2的闽江河 砂 ; 外 加剂 : UNF 一 5 萘 系高 效减水 剂 自密实 混 凝 土 的配 合 比 、 2 8 d立 方体 抗
16、压 强 度 a 和弯 拉强度 。 。 实 测值 见 表 1 , 其 中弯 拉 强度 参 照 GB 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 进行三分点加载测定 表中所有配合 比的胶 凝材料总量均为 5 2 0 k g m。 , 单位用水量、 砂、 石用 量也均相同, 分别为 1 8 2 , 7 8 6 , 8 5 2 k g m。 ; 水胶 比为 0 3 5 ”, 砂率为 4 8 , 其 中 S C C 一 3 0至 S C C 一 6 0为单 掺粉煤 灰 白密 实混凝 土 系列 , S C C 一 3 0 - 2 , S C C - 6 0 -
17、2 为复 掺粉煤 灰 与矿 渣 自密 实混 凝 土 系 列 , 且粉 煤 灰 与矿渣的质量 比为 1:1 ; NC 0 0为普通混凝土白 密实混凝土坍落 度控制在 ( 2 7 01 0 )mm, 扩展度 表 1 自密实混凝土的配合比及 2 8 d抗压强度 、 弯拉强度 Ta b l e 1 M i x p r o po r t i o n, 2 8 d c o mp r e s s i v e s t r e n g t h a n d f l e x u r a l s t r e n g t h o f S CC S a mp l e Ce me nt r e p l a c e me n
18、 t n u mb e r r a t i o ( b y ma s s ) f 2 8 MP a 2 8 MP a 为 5 5 0 6 7 0 mlT 1 1 2 试 件 制作与 试验 方法 承受应力的 6种配合 比自密实混凝土试件尺寸 为 7 0 7 1T i m7 0 7 mm2 1 2 mi l l , 每种配合比制作 2 1 个试件 , 其中 3 个用于测定 2 8 d的弯拉强度值 , 其余用于测定承受应力 时的碳化深度 ; 同时还制作 了尺寸 为 1 0 0 mm1 0 0 mm4 0 0 mm 的试 件 , 用 于 测 定不 加载 时的碳 化深度 , 每种 配合 比 2 个 用于
19、 对 比的普通混凝土试件 NC O 0其尺寸与 自密实混凝 土相 同 所有试件在标 准养护 室养护 2 6 d后 取 出, 在 6 O 烘箱内放置 4 8 h 同一配合比加载试件, 以 2个 为 1组同时加载, 根据测得 的 2 8 d弯拉强度值 1 ) 文中所涉及 的比值 、 掺量等均为质量 比或质量分数 分别 按应力 水平 0 2 , 0 4 , 0 6进 行 加 载 , 每 一应 力 水平 需制作 3 套 加载 系统 , 分别 用于测 定 7 , 1 4 , 2 8 d 时的碳化深度 加载系统采用 自行设计 的弹簧加 载 装置 , 选用 弹簧 厂专制 的可 承受 3 0万 次循 环加 载
20、 的 模具弹簧 , 根据其弹性 系数和所需施加 的荷载值计 算弹簧的压缩位移, 并进行精确位移加载 由于加载 时 间短 , 加 载 系统基本 未 出现应 力松 弛现象 加 载 系 统及加载试件如图 1所示 将 整 个 加 载 装 置 放 人 碳 化 箱 , 按 照 GB 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 进行快速碳 化, 测定加载试件 7 , 1 4 , 2 8 d 的碳化深度: 当到达某一碳化龄期时 , 将从碳化箱中 取出并卸载的 1组试件用切割机在纯弯段区切开 , m 如 一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m
21、 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 建筑材料学报 第 1 6 卷 散 , 则碳化深度随之增加 上述试验结果表明, 随着 拉 应力水 平 的提 高 , 自密 实混 凝 土 内部微 裂 纹 逐 步 扩大, 因而其碳化深度增加, 而压应力水平在 0 2以 内时对混凝土内部微 裂纹起到了抑制作用 , 使混凝 土的抗碳化能力提高, 但随着压应力水平的增大 , 混 凝土内部微裂纹的扩展使碳化深度又继续增加 自密实 混凝 土 中的胶凝 材 料 总量 一 般 为 4 0 0 5 5 0 k g m。 , 考虑到混凝土内部还存在部分碳化区, 根据上述试验结果 , 建议单掺粉煤灰条件
22、下 , 粉煤灰 掺量不要超过 4 O 9 6 表 2中, 普通混凝土 NC 一 0 0在各种拉 、 压应力 水平下碳化 2 8 d时的碳化深度值仍为 0 , 这是 由于 普通 混凝 土 中水 泥用 量多 、 碳 化 时间短 所致 要特点之一就是采用大掺量矿物掺和料 , 因此复掺 技术是提高 自密实混凝土抗碳化性能的有效途径 根据试验结果 , 按质量 比 1: 1复掺粉煤灰与矿渣 , 当水泥取代率提高至 6 O 时, 也完全能保证 自密实 混凝 土 的抗 碳化 能力 3 3 自密实 混凝 土碳 化 速率 与应 力水平 的关 系 目前的混凝 土碳化深度预测模型多 以 F i e k第 一 扩散定律
23、为理论依 据, 即碳化深 度 X 与碳化 时 间 的关系用式 ( 1 ) 来表示 , 其 中 n =0 5 l_ 9 K 通常 被定义为碳化速率 , K 值越小 , 表 明混凝 土的抗 碳 化能力越好 K 值的确定 能为混凝土碳化深度预测 模型的建立提供依据 X 一 K ( 1 ) 3 2 拉 、 压 应 力对复 掺粉煤 灰 与矿渣 自密 实混 凝 土 式 中 : 为 混 凝 土 的 碳 化 深 度 , mm; K 为 碳 化 速 碳化 性 能的影 响 率 , mm d ; 为碳 化时 间 , d 无论是在拉应力还是压应力作用下, 复掺粉煤 事实上 , C O 在混凝土 内部的扩散并非为稳定
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- 关 键 词:
- 应力 密实 混凝土 碳化 性能 试验 研究
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