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宋宪辉等： 矿物掺合料对混凝土耐久性的影响 3 矿物掺合料对 混凝 土耐久性 的影响 宋宪辉 ， 葛听 ， 葛勇 ， 蔡小平 ， 杨文萃 ( 1 ． 辽宁省高等级公路建设局． 沈阳1 1 0 0 0 0 ； 2 ． 哈尔滨工业大学交通科学与工程学院。 哈尔滨1 5 0 0 9 0 ) 【 摘要】 选择粉煤灰和矿渣作为混凝土矿物掺合料， 以不同掺量， 采用单掺和复掺的形式设计了7 种配合 比， 研究矿物掺合料对混凝土抗渗性和抗冻性的影响。试验结果表明： 粉煤灰、 矿渣的掺入可以提高混凝土的抗 渗性， 掺量小于 3 0 ％时， 随着掺量的增加， 混凝土抗渗性提高。粉煤灰和矿渣单掺时， 会降低混凝土的抗盐冻性 能； 复掺时， 当掺量小于最佳掺量时， 可改善混凝土的抗盐冻性能， 超过最佳掺量后 ， 混凝土的抗盐冻性能降低， 本 试验中最佳掺量值为 1 5 ％。 【 关键词】 矿物掺合料 ； 抗冻性； 抗渗性 【 中图分类号】 T U 5 2 8 ． 0 4 1 【 文献标识码 】 A 【 文章编号】 1 0 0 1 — 6 8 6 4 【 2 0 1 4 ) 0 6 — 0 0 0 3 — 0 3 TI l E F LUENCE oF M I NERAL ADM Ⅸ TURE oN CONCRETE DURABI LI T Y SONG Xi a n ． h u i ，GE Xi n ，GE Yo n g ，CAI Xi a o — p i n g ，YANG W e n— c u i ( 1 ． L i a o n i n g P r o v i m c e C o n s t r u c t i o n B u r e a u o f t h e H i g h G r a d e Hi g h w a y ， S h e n y a n g 1 1 0 0 0 0 ，C h i n a ； 2 ． S c h o o l o f T r a n s p o t a t i o n S c i e n c e a n d E n g i ． ， H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y ， H a r b i n 1 5 0 0 9 0 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： F l y a s h a n d s l a g a s t h e mi n e r a l a d mi x t u r e o n c o n c r e t e i s c h o s e n t o b e t h e v a r i a b l e q u a n t i — t y i n t h e a r t i c l e ．S e v e n ki n d s o f mi x p r o p o rti o ns a r e ma de u p t o r e s e a r c h t h e i n f l u e n c e t o t h e p e r me ab i l i t y r e s i s t a n c e a n d f r o s t r e s i s t a n c e ．T h e r e s u l t s s h o ws ：mi x i n g t h e fl y a s h a n d s l a g i n c r e a s e s t h e p e r me a b i l i ty r e s i s t a n c e ．Wh e n b o t h t h e fl y a s h a n d s l a g a r e mi x e d b e l o w 3 0 ％ ，the p e rm e a b i l i t y r e s i s t a n c e i s e n — h a n c e d．T h e f r o s t r e s i s tan c e i s r e d u c e d wi t h mi x i n g the n y a s h a n d s l a g ．Th e r e i s a b e s t mi x i n g a mo u n t o n mi x i n g b o t h fl y a s h a n d s l a g i n c o n c r e t e ．S a l t f r o s t r e s i s tan c e i s i mp r o v e d wi t h b e l o w t h e b e s t mi x i n g a mo u nt ． At t h e s a me t i me，s a l t f r o s t r e s i s t a n c e i s r e d u c e d wi t h a b o v e the b e s t mi x i n g a mo un t ．Th e b e s t mi x i n g a mo un t i n t h e t e s t i s 1 5％ ． Ke y wo r ds： mi n e r a l a d mi x t u r e；f r o s t r e s i s t a n c e；p e rm e a b i l i t y r e s i s t a n c e 混凝土是现代土木工程建设 中最广泛的结构材料， 一 直被人们认为是耐久的。但是现已发现国内外大量的混凝 土结构在达到规定使用年限前就出现了各种各样的问题 ， 需要进行修复甚至重建， 不仅消耗大量的人力、 物力， 且 由 此带来的建筑垃圾会造成环境污染⋯。 目前， 混凝土结构 往往因为没有考虑到日益恶化的环境因素而产生耐久性破 坏 ， 不是单纯的力学性能不能满足导致破坏【 2 ， 许多发达 国家也存在不同程度的结构耐久性失效或破坏情况 j 。混 凝土耐久性是指其抵抗各种内外部破坏因素或腐蚀介质作 用 ， 保持其原有性质的能力， 是一项综合性能指标 ， 而抗渗 性、 抗冻性是其中很重要的两点。对于粉煤灰、 矿渣等矿物 掺合料的使用 ， 很多人还停留在为了节约水泥、 降低工程造 价等经济目的观念上 J ， 事实上， 矿物掺合料对耐久性的改 善， 已经成为使用它们的主要 目的， 文中以粉煤灰和矿渣为 例， 就矿物掺合料对耐久性的影响进行研究。 1 试 验 ( 1 ) 原材料。大连小野 田水泥厂生产的华 日P O 4 2 ． 5 R型水泥； 营口市展朋建筑化工科技有限公司生产的 Ⅱ 级粉煤灰 ； 营口市展朋建筑化工科技有限公司生产的矿渣 粉； 辽宁省产粗砂， 级配合格； 5～1 0 ra m、 1 0～ 2 0 m m、 1 6～ 2 5 ra m三种单粒级碎石， 按照1 5 ： 3 0 ： 5 5的比例混合成符合标 准要求的5～ 2 5 mm和5～1 6 m m连续级配碎石； 沈阳依力达 生产的聚羧酸减水剂， 满足 G B 8 0 7 6— 2 0 0 8 { 混凝土外加剂》 的要求。 ( 2 ) 试验配合比。按基于最佳浆骨比的高耐久性混 凝土配合 比设计方法计算混凝土配合比， 试验所用配合比 见表 1 。 ( 3 ) 试验方法。混凝土抗渗性试验按照 C C E S 0 1— 2 0 0 5修改版《 混凝土结构耐久性设计与施工指南》 中的电通 量法进行 。单面盐冻试验参照 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》 进行。 2 结果与分析 2 ． 1 混凝土抗渗性能研究 ( 1 ) 粉煤灰掺量对混凝土渗透性的影响， 见图 1 。由 图可知， 2 8 d时， 随着粉煤灰掺量的增大， 混凝土的电通量逐 渐降低， 抗渗性提高， 掺加 1 5 ％、 3 0 ％粉煤灰后混凝土电通 4 低温建筑技术 2 0 1 4 年第 6 期( 总第 1 9 2期) 量较基准混凝土分别降低了 6 ． 5 ％和 1 3 ． 8 ％。5 6 d龄期时， 掺加 1 5 ％、 3 0 ％粉煤灰后混凝土的电通量与基准混凝土降 低了4 9 ％左右。抗渗性提高主要是由于孔隙率的降低及孔 隙结构的改变。同时， 当混凝土中掺人粉煤灰后 ， 与水泥水 化生成的 C a ( O H) 反应生成 C—S—H凝胶， C—S—H凝胶 能吸附一部分氯离子， 阻碍其在混凝土 内部的迁移。粉煤 灰掺量越大 ， 结合氯化物的能力越强， 故粉煤灰掺量高， 电 通量值低， 但粉煤灰结合氯离子的能力有限， 当粉煤灰掺量 大于一定值后， 结合氯离子的能力不再提高， 电通量值变化 较小。 ( 2 ) 磨细矿渣对混凝土抗渗性的影响， 见图 2 。由图 2可知， 掺加矿渣粉后， 混凝土的电通量值降低。矿渣粉掺 量为 1 5 ％时， 2 8 d 、 5 6 d电通量值较基准混凝土分别降低了 1 9 ． 6 ％和3 3 ． 1 ％； 矿渣粉掺量为 3 0 ％时 ， 2 8 d 、 5 6 d电通量较 基准混凝土分别降低了5 0 ． 4 ％和 5 1 ． 5 ％。主要原因有以下 两点 ： ①矿渣粉比表面积较水泥大， 细颗粒含量较多， 与水 泥混合后 ， 粒度分布得到优化， 细粉的填充作用进一步增加 啦! 昭 胶凝材料 图1 粉煤灰对混凝土抗渗性的影响 了浆体的密实度， 孔隙率降低， 孑 L 结构得到改善； ②矿渣粉 能优化水泥浆体和集料界面间过渡区域， 干扰过渡区域 中 氢氧化钙晶体的取向性， 提高界面强度和密实性。 表 1 混凝土配合 比 编 水泥 粉 煤 灰 矿渣 粉 水 砂 子 碎 石 减 水剂 I 气剂 号 ／ m 一 ’／ k g m _。 ／ k g m 一 ／ k g m_ 。 ／ k g m一 ／ k g m一 ／ ％ ／ ‰ ( 3 ) 复合掺合料对混凝土抗渗性的影响， 见图 3 。 FA 1 0 0 ％ C 8 5 ％ C +1 5 ％ S L 7 0 ％ C+ 3 0 ％S L 胶凝材料 ’图2 矿渣粉对混凝土抗渗性能的影响 掺入复合矿物掺合料后 ， 混凝土抗渗性提高， 掺量为 1 5 ％时， 抗渗性能与基准混凝土相当； 掺 3 0 ％时，混凝土 2 8 d和 5 6 d龄期的电通量分别较基准混凝土下降 3 2 ． 1 ％和 3 2 ． 4 ％。复掺作用机理与矿物掺量料单独使用时基本相似， 复掺时， 矿物掺合料对混凝土抗渗性的改善效果有所下降， 其原因有待进一步探讨。 2 ． 2 混凝土抗冻性研究 2 ． 2 ． 1 粉煤灰对混凝土抗盐冻性能的影响 从图4中可以看出， 随着粉煤灰掺量的增加， 混凝土抗 盐冻性能下降。粉煤灰掺量为 3 0 ％时， 3 6 次盐冻循环后 ， 混 凝土的剥 落 量达 1 0 1 2 ． 1 g ／ m ， 接 近试 件损 坏 的 临界值 g ● 删 楗 盐冻次数， 次 图4 粉煤灰对混凝土抗盐冻性能的影响 吕 ● 唧 裢 磊 斓 脚 l 0 o ％C 8 5 ％C+1 5 ％ F S 7 0 ％C+ 3 O ％FS 胶凝材料 图3 复掺对混凝土抗渗性能的影响 1 5 o ％／ i n 。这是因为在水化反应前期 ， 粉煤灰的潜在活性 还没有被完全激发出来。 2 ． 2 ． 2 矿渣对混凝土抗盐冻性能的影响 图 5为矿渣对混凝土抗盐冻性能的影响。 从图中可知， 掺入 1 5 ％的矿渣粉后 ， 剥落量较基准混凝 土有所降低， 表面混凝土的抗盐冻能力有所提高， 掺入 3 0 ％ 矿渣粉后 ， 混凝土的剥落量变大， 经 3 6次盐冻循环后 ， 其剥 落量是基准混凝土的2 ． 5倍。 2 ． 2 ． 3 复合掺合料对混凝土抗盐冻性能的影响 图6为矿物掺合料复掺时对混凝土抗盐冻性能的影响。 盐冻次数／ 次 图5 矿渣对混凝土抗盐冻性 能的影响 吕 ● 咖 瓣 盐冻次数， 次 图6 复掺对混凝土的抗盐冻性能的影响 从图6中可以看出， 经过3 6 次盐冻循环后 ， 粉煤灰和矿 渣粉复掺 3 0 ％的混凝土试件， 剥落量为2 6 6 ． 7 g ／ m ， 抗盐冻 宋宪辉等 ： 矿物 掺合料对混凝土耐久性的影响 5 能力最差。未掺人矿物掺合料的基准混凝土的剥落量为 1 0 3 ． O m ， 复掺 1 5 ％矿物掺合料的混凝土试件剥落量为 6 6 ． 7 g ／ I l l 2 。说明复掺时存在最佳掺入量， 当小于等于最佳 掺入量时， 可改善混凝土的抗盐冻性能， 而超过此值时反而 会降低混凝土的抗盐冻性能。 3结语 ( 1 ) 单独掺人粉煤灰和矿渣可以提高混凝土的抗渗 性， 本试验中当掺量在 3 0 ％以下时， 掺量越大， 抗渗性越好 ； 复掺粉煤灰和矿渣时， 当掺量小于 3 0 ％时， 掺量越大， 抗渗 性越好 。 ( 2 ) 单独掺人粉煤灰和矿渣后， 混凝土的抗盐冻性能 不同程度地下降， 但当矿渣掺量为 1 5 ％时， 抗盐冻能力与基 准混凝土相当。复掺掺量为 1 5 ％时， 可改善混凝土的抗盐 冻性能， 掺量大于 1 5 ％时， 抗盐冻性能下降。 参考文献 [ 1 ] 陈改新． 混凝土耐久性的研究、 应用和发展趋势[ J ] ． 中国水利 水电科学研究院学报， 2 0 0 9 ， ( 6 ) ． [ 2 ] 蔡跃波． 掺活性掺合料混凝土研究与应用中的几个疑难问题 [ J ] ． 硅酸盐学报， 2 0 0 0 ， ( 1 2 ) ． [ 3 ] 冯乃谦． 混凝土与混凝土结构的耐久性[ M] ． 北京： 机械工业 出版社 ， 2 0 0 9 ． [ 4 】 覃维祖． 混凝土耐久性若干问题的讨论[ J ] ． 建筑技术， 2 0 0 0 ． [ 5 ] 梁家顶． 混凝土中粉煤灰掺量对耐久性的影响[ J ] ．建筑科 学 ， 2 0 1 4 ， ( 2 2 7 ) ． [ 收稿日期] 2 0 1 4— 0 4— 1 0 【 作者简介] 宋宪辉( 1 9 8 3 一) ， 男， 黑龙江齐齐哈尔人， 硕士， 工程师 ， 研究方向 ： 道路与铁道工程。 ( 上接第2页) 的因素包括骨料的表观密度 、 级配、 吸水率和母体混凝土强 度等。鉴于再生骨料较高的吸水率、 较天然骨料相比较低 的表观密度等原 因， 导致再生骨料的压碎指标 高于天然骨 料； 本实验测得再生骨料的压碎指标为 1 4 ％。根据有关众 多文献 实验数据统计， 再生骨料压碎指标在 1 4 ％ ～ 3 0 ％ 之间， 而最新《 建筑用卵石、 碎石》 标准规定： ( 下面表4中数 据) 满足 I 类标准的骨料可用于配制 C 6 0 混凝土， 满足 Ⅱ类 标准的可用于C 3 0一C 6 0的混凝土中， 满足 I I I 类标准的用 于 C 3 0以下混凝土中。所以大多数再生骨料能满足国标中 I I 类骨料对压碎指标的要求， 且能配置强度达到 C 3 0～C 6 0 的混凝土， 还能满足抗渗、 抗冻和其他的要求， 因此， 再生骨 料的压碎指标能满足大多数实际工程的需要。 表 3 连续粒径再生粗骨料的密度与当前规范中相关数值的对比 表4 碎石、 卵石压碎指标标准值 3 结语 ( 1 ) 再生骨料在级配方 面满足当前普通混凝土拌合 中对于骨料的要求。 ( 2 ) 高吸水率是再生骨料较天然骨料的最大特性之 一 ，在计算再生混凝土用水数量时， 可取 3 0 ra i n～l h时间内 的吸水率作 为配置再生 混凝土时计算 附加 水用量 的吸 水率。 ( 3 ) 再生骨料的吸水率与骨料的粒径大小有一定的 关系， 但无固定的趋势而言， 主要取决于废弃混凝土原始骨 料粒径的大小 。 ( 4 ) 与现行《 建筑用卵石、 碎石》 规范对天然骨料的规 定相比， 再生骨料的表观密度 、 堆积密度较小， 而松散堆积 孔隙率较大， 但二者相比， 相差并不太大； 且再生骨料的这 一 性质对降低建筑结构自重和提高结构抗震是有利的。 ( 5 ) 再生骨料的压碎指标能满足配制最常用的 C 3 0 ～ C 6 0的混凝 土的要求 。 参考 文献 [ 1 ] 王宝民， 涂妮， 杨弈． 建筑垃圾处理及应用研究进展[ J ] ． 低温 建筑技术 ， 2 0 1 0 ， 3 2( 6 ) ： 7—9 ． [ 2 ] 侯星宇． 再生混凝土研究综述[ J ] ． 混凝土 ， 2 0 1 1 ， ( 7 ) ： 9 7— 9 9 ． [ 3 ] J G J 5 2 — 2 0 0 6 ， 普通混凝土用砂石质量及检验方法标准[ S ] ． [ 4 ] G B ／ T 1 4 6 8 5 --2 0 1 1 ， 建筑用卵石、 碎石[ s ] ． [ 5 ] 顾荣军， 袁江， 耿殴， 高飞剑．再生骨料的基本性能研究[ J ] ． 混凝土 ， 2 0 0 9 ， ( 9 )： 8 5—8 6 ． [ 6 ] 任星。 龚爱民， 李丽生， 等． 再生混凝土骨料的基本性能试验研 究[ J ] ． 云南农业大学学报， 2 0 0 8 ， 2 3 ( 9 5 ) ： 7 2 7 — 7 2 9 ． [ 收稿日期] 2 0 1 4— 0 2— 1 9 [ 作者简介] 刘喜平( 1 9 7 7一 ) ， 女， 陕西城固人 ， 讲师， 硕士。 研 究方 向： 高层抗震 、 建筑材料 。