活性掺合料改善地下工程结构混凝土性能研究.pdf
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1、2 0 1 4年第 9 期 9月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI N A C 0NC RE T E AND C EME NT P R ODUC T S 2 0 1 4 N o 9 S e p t e mb e r 活性掺合料改善地下工程结构混凝土性能研究 骆静静 , 邓建 良 , 王 涌 ( 1 苏州混凝土水泥制品研究院有限公司江苏省高耐久混凝土工程技术研究 中心, 2 1 5 0 0 4 2 苏州 市联胜 置业 有 限公 司 , 2 1 5 0 0 0 ) 摘要 : 研 究了普通混凝土 、 矿粉 混凝 土、 硅 灰混凝土以及 复掺矿粉 、 硅灰混凝 土的坍 落度 、 抗压强度和抗渗
2、、 抗 硫酸盐侵蚀性能。试验 结果表 明, 矿 物掺 合料 可以明显 改善混凝土的性能 , 掺合料种类和掺入 比例 直接 决定 了混凝 土性能的改善效果 ; 且复掺矿粉 、 硅 灰混凝土的性能优 于单掺矿粉 、 单掺硅灰组 ; 当矿粉掺 量 2 0 、 硅 灰掺 量 5 时。 混凝 土的抗压 强度、 抗渗性 能和抗硫酸盐侵蚀性能最好。 关键词 : 矿粉 ; 硅灰 ; 坍落度 ; 抗压强度 ; 渗透性 ; 硫 酸盐侵蚀 A b s t r a c t : T h e p e rf o r m a n c e s o f o r d i n a r y c o n c r e t e a n d
3、m i n e r a l a d m i x t u r e s c o n c r e t e( s l a g , s i l i c o n a s h , s l a g + s i l i c o n a s h ) a l e i n v e s t i g a t e d ,i n c l u d i n g t h e s l u mp ,t h e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h ,t h e i mp e rm e a b i l i t y a n d the p e r f o rm a n c e o f r e s i s
4、 t an c e t o s u lf a t e a t t a c k T h e r e s u l t s s h o w t h a t mi n e r al a d mi x t u r e s c o u l d i mp r o v e t h e p r o p e r t i e s o f c o n c ret e o b s e r v a b l y ; c o mp o s i t i o n r a t i o of mi n e r al a d mi x t u r e s h a s i n fl u e n c e o n t h e i mp r
5、o v e me n t of c o n c r e t e p e rf o r ma n c e ; the p e rfo rm a n c e of mu l t i p l e mi n e r al a d mi x t u r e s c o n c r e t e ( s l a g a n d s i l i c o n a s h ) i s s u p e r i o r t o t h e s i n g l e mi n e r al a d mi x t u r e c o n c r e t e( s l a g , s i l i c o n a s h )
6、Wh e n mu l t i p l e mi n e r al a d mi x t u r e s w i t h 2 0 s l a g a n d 5 s i l i c o n a s h i s a d d e d t o c o n c r e t e t h e b e s t p e r f o rm a n c e s ale o b t a i n e d Ke y wo r d s : S l a g ; S i l i c o n a s h ; S l u mp ; C o mp r e s s i v e s t r e n g t h ; I mp e r m
7、e a b i l i t y ; S u l f a t e a t t a c k 中图分 类号 : T U 5 2 8 0 4 文献标识码 : A 文章编号 : 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 4 ) 0 9 2 0 0 5 0前 言 地下工程混凝土结构修筑后直接埋设于土 、 水 中 , 属于隐蔽工程 。地下工程混凝土结构除了要承 受足够 的荷 载外 , 还直接与地下水环境接触受到多 种劣化 因素的侵蚀作用 。 地下工程常见 的混凝土破 坏有溶蚀破坏 、 碱骨料反应 。 寒冷地 区还可能存在 冻融破坏。由于水环境 中氯盐的存在 , 氯盐引起 的 钢筋锈蚀也是造成混凝土结构
8、破坏的重要原因。作 为隐蔽工程的地下工程混凝土结构很难进行检查 和修补。因此 , 研究地下工程混凝土的腐蚀机理 , 对 于提高混凝土的耐久性 、保护内部钢筋免于腐蚀 、 制备造价低性能高的混凝土尤为重要。 蒋钰鹏【 t 】 通过对酸性地下水环境中不 同配 比的 混凝土强度进行分析 , 提出混凝土密实度 和抗渗性 是防止腐蚀的关键。张伟勤翻 研究 了混凝土在盐卤 干湿循环环境 中受单一化学腐蚀破坏材料 的损 伤 及强度 、 质量损失的规律 研究表 明高性能混凝土 在淡水 卤水 中干湿循环能力优于普通混凝土。 使用矿物掺合料来提高混凝 土密实性是 混凝 土高性能化的基本措施之一。矿物掺合料 , 通
9、常指 火山灰质材料 。 主要成分是氧化硅 、 氧化铝和其他 有效矿物质。矿物掺合料的火山灰质效应使其与对 结构不利的氢氧化钙发生反应 。 生成产物 C S H凝 一 2 0 一 胶 ,此产物为极小粒子所组成 的刚性胶凝材料 , 能 够提高结构 的强度与密实度 3 】 。工程上可以量化并 常用的矿物掺合料以粉煤灰 、 矿粉和硅灰为主。 研究发现 , 不同活性矿物掺合料掺入混凝土拌 合物中, 发挥着不同的作用 。如粉煤灰 、 矿粉可减少 混凝土拌合 物用水量 。提高混凝土拌合 物工作效 能 。 却对混凝土早期强度不利 ; 硅灰能显著提高混 凝土强度和抗渗性能 , 但对新拌混凝土拌合 物流动 性影响
10、较大。此外 , 在不同龄期内, 它们对混凝土的 影响也不相 同 , 硅灰 由于其高火山灰活性 , 主要对 混凝土早期强度发挥作用 , 然后矿粉发挥火山灰作 用 , 2 8 d后粉煤灰开始对强度发挥贡献 。 各类矿物掺合料加入混凝土有利有弊, 因而矿 物掺合料 的掺人技术也从单掺发展到多元复掺 , 复 掺对改善高性能混凝土工作性 、 耐久性等方面有着 重要作用。但混凝土多元矿物掺合料 的复合效应十 分复杂 。 不同的矿物掺合料在不同的效应形式下表 现可能是正效应也可能是负效应 。 文献 6 利用 R C P T及 U C T两种方法测量 了硅 灰 和矿渣复掺情况下混凝土的氯离子渗透性 , 提出
11、硅灰的快速火山灰质反应降低了 C a ( O H ) 的活性从 而影响其后期与矿渣的反应 , 故认 为矿渣与硅灰不 适合复掺。文献f 7 1 的研究则表明, 1 0 硅灰和 2 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 骆静静 , 邓建 良, 王 涌 活性掺合料改善地下工程结构混凝土性能验研究 的矿渣复掺可 以使混凝土的抗压强度明显提高。文 献 8 通过 A S T M C1 2 0 2 9 7 ( 氯离子快速渗透试验 ) 方法 测试混凝土中单掺和复掺粉煤灰与矿渣时的 氯离子渗透性 , 试验结果显示复掺时渗透性反而增 强 , 复掺混凝土的抗渗能力差于单掺混凝土。 综上
12、所述 。 矿物掺合料在改善混凝土性能上各 有所长 , 有利有弊。合理选择矿物掺合料的种类 。 优 选掺量 比例是发挥矿物掺合料正效应 , 实现混凝土 高性能化的重点 。本文 以硅灰 、 矿粉的掺量为主要 考虑因素 , 进行混凝 土和易性 、 强度和耐久性试验 研究, 提出了矿粉和硅灰的合理掺量。 1 混凝土配合 比试验 1 1 试 验原 材料 P 1 I 4 2 5级水 泥 ; 硅灰 ; 矿粉 ; 自来水 ; 细度模 数 2 6的天然河砂 ; 5 2 5 mm连续级配碎石 ; 聚羧酸 减水剂。相关原材料的技术指标见表 1 表 4 。 表 1 P I I 4 2 5级水泥技术指标 平均粒径 比表
13、面积 s i o 2 含水率 火 山灰 活 m ( m2 g ), , 性指数, 减水率 氯离子含量 含气量 2 8 d抗压强度 比 3 0 0 0 O 7 3 8 1 2 8 1 2 混凝 土配合 比 按照 G B 5 0 1 0 8 2 0 0 8 ( ( 地下工程防水技术规范 要求 “ 混凝 土的水胶 比不得大于 0 5 0 。 有侵蚀性介 质时水胶 比不宜大于 0 4 5 ” , 本试验采用上述材料 , l 8 0 l 6 o 1 4 0 鲁 1 2 0 羹 蠡 2 O 0 AO Al A2 A3 A6 编号 图 1 单掺不 同矿物掺合料对坍落 度的影响 设计配置 C 5 0混凝土 ,
14、 水胶 比 O 3 6 。试验保持胶凝 材料总量不变 。 采用相同的砂率、 减水剂掺量。采用 不同的矿物掺量替换部分水泥 , 其中矿粉掺量分别 为 1 0 、 2 0 , 硅灰掺量分别 为 5 、 1 O , 共 9组试 件 。 具体配合 比见表 5 。 检验不同矿物掺合料对混凝 土和易性 、 强度 以及耐久性的影响。 表 5 试验用混 凝土配合 比 2坍落度试验 2 1 试验 方法 搅拌时先加入砂 、 石 、 胶凝材料干搅 3 0 s , 然后 加水和减水剂搅拌 1 2 0 s 。 按照 G B T 5 0 0 8 0 2 0 0 9 ( 普 通混凝土拌合物性能试验方法 测试每组混凝土拌 合
15、物的坍落度。 2 2 试验结果分析 2 2 1 单掺对混凝土坍落度的影响 图 1 为单掺矿粉 、 硅灰对混凝土拌合物坍落度 的影 响 。对 比图 1中 A 0 、 A1 、 A 2可 知 , 矿 粉 的加 人 增大了混凝土拌合物 的坍落度 , 矿粉掺量 2 0 组 的 混凝土坍落度大于矿粉掺量 1 0 组的坍落度。对比 图中的A 0 、 A 3 、 A 6 ,硅灰的加入降低 了混凝土拌合 物的坍落度 , 硅灰掺量 2 0 组的坍落度减小更大。 2 2 2双掺对混凝土坍落度的影响 图 2中 A 3 、 A 4 、 A 5为硅灰掺量 5 、矿粉掺量 分别为 0 、 1 0 和 2 0 的混凝土坍落
16、度变化 , 可 以看 出, 随着矿粉掺量 的增加 , 坍落度逐渐增大。图 2中 A 6 、 A 7 、 A 8中硅灰掺量 1 0 、矿粉 掺量分别为 0 、 1 0 和 2 0 图示显示 出相同的试验规律。 A3 A4 A5 A6 A7 A8 编号 图2 双掺矿物掺合料对坍落度的影 响 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 4年第 9期 混凝土与水泥制 品 总第 2 2 1期 3混凝土 抗压 强度试 验 3 1 试验方 法及 结果 抗压强度试件采用 1 0 0 mmx l 0 0 m mx l 0 0 m m立 方体试件, 自然养护 2 4 h后拆模并转入
17、标准养护室 , 测定 7 d 、 2 8 d 、 5 6 d抗压强度 。该试件尺寸小于标准 试件 1 5 0 m mx 1 5 0 m mx 1 5 0 mm, 故乘以 0 9 5换算成标 准试件强度 。 3 2 试验结果分析 3 2 1 单掺对混凝土抗压强度的影响 图 3中 A 0 、 A1 、 A 2结果 显 示 ,混 凝 土 3 d抗 压 强度随着矿粉掺量的增加而降低 , 从 3 2 4 MP a降低 到 2 8 8 MP a : 2 8 d抗 压强度随着矿粉掺量 的增加而 增加 从 5 3 7 M P a增加到 6 0 2 MP a ; 在 2 8 d后抗压强 度依旧表现出增加的趋势。
18、矿粉对混凝土强度的贡 献需要是混凝土内碱的激发 , 这是由于水泥水化产 生 的氢氧化钙激发了矿粉的活性 , 矿粉与氢氧化钙 二次反应生成了更多的 C S H凝胶 , 因此 , 矿粉对 混凝土的后期强度有增强作用。 图 3中 A 0 、 A 3 、 A 6显示 , 硅灰的掺人增大了混 凝 土 3 d 、 2 8 d 、 5 6 d抗 压强 度 。这 是 由 于硅 灰掺 入混 耋嚣L 薰:耋 0 蚤 表 6混凝土氯离子渗透性 能与电量关 系I 一 22一 凝土后 , 其 中的 S i O 与水泥水化产生的高碱性水化 硅酸钙反应生成低碱性水化硅酸钙来提 高混凝 土 的强度。 掺量 1 0 的 A 6
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