硫酸盐和冻融循环耦合作用下活性粉末混凝土物理力学性能研究.pdf
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1、2 0 1 5年第 2期 2月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA CONCRETE AND CEMENT PRODUCTS 201 5 No 2 Fe b r u a r y 硫酸盐和冻融循环耦合作用下活性粉末混凝土 物理力学性能研究 吴 鹏 ( 开 封大 学 , 4 7 5 0 0 0 ) 摘 要 : 为 了评 价 活性 粉 末 混凝 土耐 硫 酸 盐 和 冻 融 循 环 耦 合 破 坏 作 用 的 性 能 本 文 通 过 试 验 测 定 了不 同耦 合循 环次数 下, 普硅活性粉末混凝 土( P ) 和 高抗 活性粉末混凝土 ( GP ) 的质量损失率 、 相 对动弹性模量、
2、抗 压强度和抗压 强度耐腐蚀性 系数等物理力学性能指标 , 并研 究 了粉煤灰和矿粉替代 量对活性粉末混凝土耐硫 酸盐和 冻融循 环耦 合破坏作 用的影响。试验 结果表 明, P和 G P的质量损 失率随耦合循环 次数 的变化 幅度较 小, 而相 对动 弹性模量 、 抗 压强度和抗压强度耐腐蚀性 系数都随耦合循环 次数 的增大 出现先增 大后减 小的趋 势 当耦合循环 次数 分别为 9次 和 6次时 P和 GP的抗压 强度分别达到最 大值 1 6 8 6 5 MP a 和 1 5 7 6 9 MP a :粉 煤灰 的掺入 能明显 改善 混凝 土的耐硫 酸 盐和 冻融循 环耦合破 坏作 用 ,
3、且 -3掺 量 为 3 0 时改善 效果最好 ; 矿粉的加入 也能改善混凝 土的耐硫酸 盐和冻融 循环耦合破 坏作用 : 相 比于相 对动弹性模量 。 抗压 强度更适合评 价活性粉 末混凝土的耐硫 酸盐和冻融循 环耦 合破 坏 作 用的 性 能 。 关键词 : 活性粉末混凝土 ; 物理力 学性能 ; 硫 酸盐; 冻融循环 Ab s t r a c t :I n o r d e r t o e v a l u a t e t h e r e a c t i v e p o w d e r c o n c r e t e r e s i s t a n c e t o s u l f a t e
4、a n d fr e e z i n g t h a w c y c l e c o u p l i n g a c - t i o n s , t h e ma s s l o s s r a t e , r e l a t i v e d y n a mi c e l a s t i c mo d u l u s , c o mp r e s s i v e s t r e n g t h a n d c o mp r e s s i v e s t r e n g t h o f c o rro s i o n r e s i s t a n c e c o e ffic i e n t
5、 o f c o m mo n s i l i c a r e a c t i v e p o w d e r c o n c r e t e( P ) a n d h i g h r e s i s t a n c e t o r e a c t i v e p o w d e r c o n c r e t e( G P ) i n d i f f e r e n t c o u p l i n g c y c l e s a r e d e t e r mi n e d t h r o u g h t h e t e s t , a n d t h e e f f e c t s o f
6、 n y a s h a n d s l a g s u b s t i t u t i o n a mo u n t o n t h e r e s i s t a n c e t o s u l f a t e a n d t h e e f f e c t o f fr e e z i n g t h a w c y c l e s c o u p l e d d a ma g e o f r e a c t i v e p o wd e r c o n c r e t e a r e s t u d i e d T h e t e s t r e s u l t s s h o w t
7、 h a t wi t h t h e i n c r e a s e o f c o u p l i n g c y c l e s , t h e ma s s l o s s r a t e o f P a n d GP c h a n g e s t o a l e s s e x t e n t , a n d t h e r e l a t i v e d y n a mi c c o r r o s i o n c o e ffic i e n t o f e l a s t i c mo d u l u s , c o mp r e s s i v e s t r e n g
8、t h a n d c o mp r e s s i v e s t r e n g t h o f r e s i s t a n c e w i t h t h e n u mb e r o f c y c l e s c o u p l e d i n c r e a s i n g , f i r s t i n c r e a s e d a n d t h e n d e c r e a s e d W h e n t h e c o u p l i n g c y c l e t i me s a r e 9 t i me s a n d 6 t i me s , t h e c
9、 o mp r e s s i v e s t r e n g t h o f P a n d GP r e a c h e d a mi mu m a t 1 6 8 6 5 MP a a n d 1 5 7 6 9 MP a ; t h e a d d i t i o n o f fl y a s h c a n i mp r o v e t h e s u l f a t e r e s i s t a n c e o f c o n c r e t e , a s w e l l a s t h e fre e z i n g t h a w c y c l e s a n d c o
10、 u p l i n g a c t i o n s , a n d w h e n t h e a d d i t i o n a mo u n t i s 3 0 , t h e b e s t e f f e c t o f i mp r o v i n g i s o b t a i n e d Ad d i n g t h e s l a g c a n i mp r o v e t h e r e s i s t a n c e t o s u l f a t e a n d fre e z i n g t h a w c y c l e c o u p l i n g a c t
11、 i o n s o f c o n c r e t e C o mp a r e d t o t h e r e l a t i v e d y n a mi c e l a s t i c mo d u l u s ,c o mp r e s s i v e s t r e n gth i s mo r e s ui t a b l e f o r t h e e v a l ua t i o n o f r e s i s t a nc e t o s u l f a t e a nd f r e e z i n g t ha w c y c l e c o u pl i ng a c
12、t i o ns o f r e a c t i v e po wde r c o n cr et e Ke y wo r : Re a c t i v e p o wd e r c o n c r e t e ; P h y s i c a l a n d me c h a n i c a l p r o p e r t i e s ; Re a c t i v e p o wd e r c o n c r e t e s u l f a t e ; F r e e z i n g- t h a w c y c l e s 中图分类号 : T U 5 2 8 0 1 文献标识码 : A 文章
13、编 号 : 1 0 0 0 4 6 3 7( 2 0 1 5 ) 0 2 1 O O 6 0前 言 活性粉末混凝土是 由石英砂 、 水泥 、 硅粉 、 高效 减水剂及钢纤维等材料混合后 , 采取适 当的成 型养 护工艺而制成 的一种超高性能水泥基复合材料_ l I 。 与普通混凝土相 比,活性粉末混凝土具有强度高 、 脆性低 耐久性好等优点2 - 3 , 在土木工程 、 石油 、 核 电及海洋等多领域得到了广泛 的应用 。近年来 , 我 基 金 项 目 :河 南 省 科 技 厅 2 0 1 1年 科 技 发 展 计 划 项 目 ( 1 1 2 4 O O 4 5 0 1 9 7) 。 一 1
14、0一 国学 者对 活性 粉 末混 凝 土 的物 理力 学 性 能 、 耐 久 性 以及抗氯离子侵蚀性能等展开 了大量的研究 1 , 而 对硫酸盐腐蚀和冻融循环作用下活性粉末 混凝土 的性能 研究 较少 。硫 酸盐 是对 混凝 土危 害较 大 的一 种 腐 蚀 性 介 质 ,会 对 混 凝 土 的 耐 久 性 产 生 重 大 影 响 , 使混凝土产生膨胀开裂、 剥落等现象 , 严重 的甚 至导致混凝土结构物在未达到设计寿命 时就发生 破 坏 , 从 而造 成 人力 和 财力 的浪 费 , 加 之 冻 融 循 环作用 , 更加剧了混凝土的损伤程度及范 围 1 1 - 1 2 I 。因 此 研究硫酸
15、盐和冻融循环耦合作用对活性粉末混 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 吴鹏 硫酸盐和冻融循环耦合作用下活性粉末混凝土物理力学性能研究 凝 土性 能 的影 响 十分 重要 。基 于 此 , 本 文 通 过试 验 研究 了硫酸盐 和冻融 循环耦合作用下普硅活性粉 末混凝土和高抗活性粉末混凝土 的物理 力学性能 , 以及粉煤灰 和矿粉对 活性粉末混凝土耐硫酸盐 和 冻融循环耦合破坏作用的影 响 , 为进一步研究活性 粉末 混凝 土 的性 能打下 基 础 。 1 试 验 1 1 原材料 水泥选用 4 2 5级普通硅酸盐水 泥和 4 2 5级高 抗硫酸盐水泥 , 其物理力学性
16、能见表 1 ; 硅粉为灰 白 色细 粉 , 密 度 为 2 2 1 5 e m , 比表 面积 为 1 4 3 2 0 0 c mV g ; 粉煤灰为 级灰 , 其化学组成见表 2 ; 矿粉为磨细的 石灰石粉 其主要技术指标见表 3 ;钢纤维直径为 0 2 2 ram 长度为 1 0 1 5 mm, 抗拉强度符合要求 ; 石英 砂由河南某场定做 。 粒径范 围为 0 1 6 1 2 5 ra m; 减水 剂选 用 高效 聚羧 酸 系减 水剂 。 1 2 配 合 比 本文分别选 用普通硅 酸盐水泥和高抗硫 酸盐 水泥制成普硅活性粉末混凝土 P和高抗 活性 粉末 混凝土 G P ( 两者统称活性粉
17、末混凝土 ) : 分别用粉煤 灰替 代 3 0 和 5 5 的硅 粉 制成 混凝 土 P F 1 、 P F 2 、 G P F 1和 G P F 2 : 分别用矿粉替代 4 0 和 6 0 的硅粉 制 成混 凝 土 P M1 、 P M2 、 G P M1和 G P M2 ; 所 有混 凝 土 的配合 比见表 4 ,其 中所 有配合比中减水剂用量为 7 1 k g m , 钢纤维掺量为 1 6 0 k m。 。 1 _ 3试 验方法 本文将活性粉末混凝土试件在质量分数为 5 的硫酸钠溶液中进行硫酸盐干湿循环和冻融循环 耦合 , 每次将试件在硫酸钠溶液 中浸泡 4 d , 在快速 冻融机 中冻
18、融循环 8次 ( 1 d ) , 然后进行 5次干湿循 环即为一次耦合循环 , 每完成一次耦合循环的周期 为 6 d 表 1 水泥的物理力学性能 表 2粉 煤 灰 的化 学 组 成 S i O 2 A 1 2 0 3 C a O Mg O比表面积 ( m g )密度 ( g , c m ) 3 2 5 1 0 5 3 8 0 9 6 4 3 0 4 6 按相关方法测定不 同耦 合循环次数后试 件 的 相对动 弹性模量 、 耦合前 后的质量 , 并计 算质量损 失率 :测定耦合循 环后试件的立方体抗压强度 , 并 由式( 1 ) 计算抗压强度耐腐蚀性系数 。 务 。 ( 1 ) 式 中: K 厂
19、抗压强度耐腐蚀性系数 , ; 耦 合循环 n次后 混凝土 的抗 压强度值 , MPa; 耦合循环前混凝土 的抗压强度值 , MP a 。 2活性 粉 末混 凝 土的物 理 力学 性能 测定两种活性粉末混凝 土在不 同耦 合循环次 数 时的质量 损失率 、 相对 动弹性模量 、 抗压强度和 抗压强度耐腐蚀性系数 , 研究耦合循环次数对活性 粉末混凝土物理力学性能的影 响, 试验结果见图 1 。 表 4 混凝土配合 比 k g m 从 图 1可 以看 出 ,随着 耦合 循 环 次 数 的增 多 , 活性粉末混凝土 P的质量损失率逐渐增大 最后趋 于 平 稳 , 当耦 合 循 环 次数 从 3次 增
20、 大 至 l 5次 时 , 其 质 量损 失 率 由 0 3 5 增 大 至 0 3 9 :活 性粉 末 混凝 土 G P的质量损失率随耦合循环次数 的增大逐渐减 小 , 且 为负值 , 最后趋于稳定 , 当耦合循环次数从 3 次增大至 1 5次时, 其质量损失率 由一 0 2 2 减小至一 0 3 。硫酸盐和冻融循环耦合作用下造成活性粉末 混凝土出现质量变化的原 因是多方 面的 冻融循环 过程中混凝土内部水结冰 , 硫酸盐溶液由于过饱和 而产生结晶, 造成混凝土体积膨胀, 出现开裂、 剥落 一 1 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 5年第 2期
21、混凝土与水泥制品 第 2 2 6期 槲 删 1 虹 姜 暖 耦合循环次数 次 ( a ) 耦合循环次数 次 ( C ) 删 最 需 设 霉 愚 艇 谨 鼎 耦合循环次数 次 ( b) 图 1 不同活性 粉末 混凝 土的物理力学性能 等现象 , 使质量减少 ; 同时 , 由于裂缝数量 的增多 , 裂 缝 吸水又会 使 试件 的整体 质量 增加 。活性 粉末 混 凝土的质量损失随耦合循环次数的变化较小 , 这是 由于 硫 酸 盐 和 冻 融 循 环耦 合作 用 是 一个 缓 慢 的腐 蚀过程 ; G P质量损失率甚至出现负值 , 这是 由于 G P 的抗硫酸盐侵蚀能力较强 , 在硫酸盐和冻融耦合作
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- 硫酸盐 循环 耦合 作用 活性 粉末 混凝土 物理 力学性能 研究
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