集料对含矿粉混凝土抗硫酸镁侵蚀性能的影响.pdf
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1、第 1 9卷第 3期 2 0 1 6年 6月 建筑材料学报 J 0URNAL OF BUI LDI NG MATERI AL S V0 1 1 9 No 3 J u n , 2 0 1 6 文章编号 : 1 0 0 7 9 6 2 9 ( 2 0 1 6 ) 0 3 0 4 4 2 0 7 集料对含矿粉 混凝 土抗硫 酸镁侵蚀性 能的影 响 吴 凯 , 施 惠生 , 徐玲琳 , 郭晓潞 , 口 口 阳 ( 1 同济大学 先进土木工程材料教育部重点实验室 , 上海 2 0 1 8 0 4 ; 2 根特大学 Ma g n e l 混凝土研究实验室 , 根特 9 0 5 2 ) 摘要 :对 大掺 量
2、 矿 粉 ( 质 量 分 数 7 O ) 和 不 同 体 积 分 数 集 料 混 凝 土 试 件 在 浓 度 为 4 2 4 g L 的 Mg S O 溶液侵蚀作用下表观损伤、 线膨胀率、 质量和相对动弹模量变化情况进行监测, 并结合背散 射 电子 图像 、 能谱 扫描 和压 汞 等微 观 结 构 分析 结果 , 研 究 了大掺 量 矿 粉 和 集料 对 混 凝 土 抗硫 酸镁 溶液侵蚀性能的影响机理 结果表 明: 尽管矿粉有助于细化硬化浆体孔结构并提 高混凝土的抗渗 性能, 但大掺量矿粉会 降低 C a ( OH) 含量 , 加快体 系中 C _ H 的分解和 M S H 生成, 不利 于提
3、 高 其 抗硫 酸镁 溶液侵 蚀 的 能力 在 高浓 度硫 酸镁 溶液 环 境 中 , 膨胀 性 产 物 石 膏 易 于 临近 集料 区域 沉 积 , 使混凝土的损伤破坏程度随集料体积分数 的增加 而有所增大 在针对抗硫酸镁溶液侵蚀 混凝 土 组成设 计 时 , 需综合 考 虑胶 凝材料 及 水化 产物 组成 、 硬化 浆体 孔 结构 的共 同影响 关 键词 :集料 ; 矿 粉 ; 硫 酸镁 溶 液侵蚀 ;孔结 构 ;背散 射 电子 图像 中 图分 类 号 : TU5 2 8 3 3 文献标 志码 : A d o i : i 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 7 9 6 2
4、9 2 0 1 6 0 3 0 0 5 Ef f e c t o f Ag g r e g a t e o n De g r a d a t i o n o f S l a g Bl e n d e d Co n c r e t e u n d e r M a g ne s i u m S ul f a t e At t a c k WU Ka i ”,SHI Hu i s h e n g ,XULi n g l i n ,GUO Xi a o l u ,LU Y a n g。 ( 1 Ke y La b o r a t o r y o f Ad v a n c e d Ci v i l En
5、 g i n e e r i n g M a t e r i a l s o f M i n i s t r y o f Ed u c a t i o n,To n al Un i v e r s i t y, S h a n g h a i 2 0 1 8 0 4 ,C h i n a ;2 Ma g n e l L a b o r a t o r y f o r C o n c r e t e Re s e a r c h,Gh e n t Un i v e r s i t y ,Gh e n t 9 0 5 2,Be l g i u m) Ab s t r a c t :The i nf
6、 l ue n c e of s l a g a nd a gg r e g a t e v o l u m e c o nt e nt i n c o nc r e t e on t he d e g r a d a t i o n,l i ne a r e xp a n s i o n,ma s s c h a n g e a n d r e l a t i v e e l a s t i c d y n a mi c mo d u l u s o f c o n c r e t e e x p o s e d t o 4 2 4 g L Mg S O4 s o l u t i o n w
7、e r e i n v e s t i g a t e d Th e mi c r o s t r u c t u r e s o f s o u n d a n d d e t e r i o r a t e d c o n c r e t e we r e a l s o d e t e r mi n e d u s i n g b a c k s c a t t e r e d e l e c t r o n i ma g i n g a n a l y s i s ( B S E I A) ,e n e r g y d i s p e r s i v e X r a y s p e c
8、 t r o s c o p y a n a l y s i s ( EDS )a n d me r c u r y i n t r u s i o n p o r o s i me t r y( M I P) Re s u l t s s h o w t h a t t h e a d d i t i o n o f s l a g i s a b l e t o r e f i n e t h e p o r e s t r u c t u r e a n d i n c r e a s e t h e i mp e r me a b i l i t y o f c o r r e s p
9、 o n d l n g c e me n t b a s e d ma t e r i a l s Ho we v e r ,t h e i n c o r p o r a t i o n o f h i g h a mo u n t o f s l a g e x e r t s a n a d v e r s e e f f e c t o n ma g n e s i u m 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 b y r e d u c i n g c a l c i u m h y d r o x i d e
10、,p r o mo t i n g t h e d e c a l c i f i c a t i o n o f C- s _ H a n d t h e f o r ma t i o n o f M S - HI t i s f o u n d i n BS E EDS a n a l y s i s t h a t t h e p r e f e r a b l e d e p o s i t i o n o f g y p s u m i n t h e r e g i o n c l o s e t o a g g r e g a t e c o u l d b e t h e r
11、e a s on f o r t he s e ve r e de gr a d a t i o n of s p e c i me ns m a de wi t h a r e l a t i v e h i gh a mou nt of a g gr e g a t e a t a hi gh c o n c e n t r a t i o n o f ma g n e s i u m s u l f a t e Th e r e f o r e ,t h e mi x d e s i g n o f c o n c r e t e wh i c h i s s u p p o s e d
12、 t o s e r v e i n t h e ma g n e s i u m s u l f a t e e n v i r o n me n t s h o u l d c o n s i d e r t h e i n f l u e n c e o f p o r o s i t y,c o mp o s i t i o n s o f c e me n t i t i o u s ma t e r i a l s a n d t h o s e o f h y d r a t i o n p r o d u c t s i n a c o mp r e h e n s i v e
13、 wa y 收稿 日期 : 2 0 1 4 1 2 1 9 ;修订 日期 : 2 0 1 5 0 3 2 3 基 金项 目: 国家 自然科学 基金资助项 目( 5 1 3 7 8 3 9 0 , 5 1 4 0 2 2 1 6 ) ; 同济大 学青年 优秀人才 培养行 动计划项 目( 2 0 1 4 KJ 0 6 0 ) ; 硅酸盐 建筑材料 国家重 点实验 室开放基金重 点项 目( s Ys J J 2 O l 6 - 0 1 ) 第一作 者 : 吴凯 ( 1 9 8 7 一 ) , 男 , 安徽枞 阳人 , 同济 大学助理 教授 , 硕士 生导师 , 博 士 E - ma i l : wu
14、 k a i t o n g j i e d u c r l 通信作 者 : 施 惠生( 1 9 5 3 一 ) , 男 , 上海人 , 同济大学教授 , 博士生 导师 , 博 士 E ma i l : s h s t o n g j i e d u c a 第 3期 吴凯 , 等 : 集料对含矿粉混凝 土抗硫酸镁侵蚀性能的影响 4 4 3 Ke y wo r d s :a g g r e g a t e ;s l a g;ma g n e s i u m s u l f a t e a t t a c k;p o r e s t r u c t u r e ;b a c k s c a t
15、t e r e d e l e c t r o n i ma g i n g 硫酸盐侵蚀是威胁混凝土服役寿命的一个重要 因素 , 土壤 、 地下水 、 海水 以及工业废水中所含硫酸 盐 , 通过毛细孔吸附、 扩散和渗透等侵入其 内部 , 经 一 系 列 复 杂 的物 理 化 学 过程 后 , 导 致 膨 胀 、 开 裂 、 粉 化, 并最终使其失去强度和黏结性口 为改善混凝土 抗硫酸盐侵蚀能力 , 研究人员在提高抗 渗性和控制 胶凝材料组分等方面开展了深入探索 , 主要途径包 括降低水灰比、 减小胶凝材料中 C 。 A含量和使用一 定量的矿物掺合料等 2 - 3 3 , 而掺加矿粉被证 明是一
16、种 可显 著 提 高 混 凝 土 抗 硫 酸 盐 侵 蚀 能 力 的有 效 手 段 掺加矿粉不仅能减小混凝土中 C 。 A 的含量 , 还 可细化浆体孔结构 , 抑制外界环境 中硫酸根离子的 渗透和侵入 此外 , 通过二次水化反应 , 矿粉可消耗 浆体中 C a ( OH) 。以减少石膏晶体生 成, 并将部分 A1 件 固结 于 C _ S H 凝胶结构中 2 但是 , 有关矿粉 改善混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的研究往往关注硫酸 钠溶液的影响 , 对于环境 不同导致 的硫酸盐腐蚀机 理的差异并未引起重视 在硫酸钠侵蚀过程 中, 造成 混凝土损伤的主要产 物包括石膏和 AF t , 而在硫酸 Mg
17、( OH) 2 , 无 胶凝性 M S - H 以及 无定形 S i 0。 2 Hz O的生成 因此 , 开展含矿粉混凝土抗硫酸镁侵 蚀性能的研究 , 不仅有助于进一步揭示硫酸盐腐蚀 水泥基材料的劣化机理 , 更是合理选用矿物添加剂 并改善材料宏观性能的关键 此外 , 混凝土中集料导致微观结构的不均匀性 较净浆更大, 研究 6 表明, 腐蚀产物石膏和 AF t 倾 向于在集料周围形成 , 但有关其对混凝土抗硫酸盐 侵蚀性能影响的系统性研究仍亟待开展 因此, 本文 综合考虑不同集料体积分数和矿粉掺量混凝土在硫 酸镁溶液作用下的损伤破坏情况 , 并结合背散射 电 子图像 分 析 ( B S E -
18、 I A) 、 能 谱 扫 描 ( E DS ) 和 压 汞 ( MI P ) 等微观结构测试 方法对其劣化机理进 行 了 分 析 1 试 验 1 1 原 材料 及 配合 比 水泥为 PI 5 2 5硅酸盐水泥 ( P C ) , 其 C 。 A 含量( 质量分数) 为 6 3 4 , 矿粉( S ) 为磨细 $ 9 5级 矿粉 , 二者 的主要化学组成和物理性质如表 1 所示 镁侵蚀过程中 , 除这些膨胀性产物外 , 还伴有难溶性 细集料为 O 2 mm 的河砂 裹 1 胶凝材料的化学组成及物理性质 T a b l e 1 Ch e mi c a l c o mp o s i t i o n
19、 s a n d p h y s i c a l c h a r a c t e r i s t i c s o f c e me n t i t i o e s ma t e r i a l s 大掺量矿粉会使水泥基材料早期强度降低 , 因 此本文拟在二元 体系基础上 引入一定量石 灰石粉 ( L P ) 来改善其早期强度 3组试件分别为 : 纯水泥试 件 ( C 0 C 3 ) 、 单掺 7 0 ( 质量分数 ) 矿粉试件 ( B 0 B 3 ) 、 复掺 1 O ( 质量分数) 石灰石粉和 6 O ( 质量分 数 ) 矿 粉试 件 ( T O T 3 ) 采用 集 料 体 积 分 数 分
20、 别 为 0 , 2 O , 3 5 和 5 5 来研究集料对混凝土抗硫酸 镁侵蚀性能的影响 试件配合 比见表 2 1 2试验 方 法 1 2 1 试件制备 根据质量 、 动弹性模量 、 膨胀率测试需要 , 试 件 尺 寸分 别 为 5 0 mm 5 0 mm 5 O mm, 4 0 mm 4 0 mmX1 6 0 mm 和 2 5 mm2 5 mm2 8 0 mm, 采 用薄膜密封 , 在( 2 0 土2 ), 相对湿度 ( 9 5 士5 ) 条 件下养护 2 4 h后脱模 , 并立 即置 于饱 和 C a ( 0H) 裹 2 试件配合比设计 Ta b l e 2 M i x p r o p
21、 o r t i o ns a n d a g g r e g a t e c o n t e n t r、 1 M p r o p o r t i o n ( k g m一 。 ) A g g r e g a t e v o 1 u me PC S L P Ag g r e g a t e f r a c o n : IraC【l O 0 O O 3 2 4 4 6 5 2 6 9 9 1 2 2 6 9 0 8 3 9 3 3 8 6 5 3 7 5 4 3 4 3 3 2 7 6 9 8 6 7 2 3 0 8 7 7 0 6 6 6 9 5 6 6 6 O 3 6 7 9 1 6 6
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- 集料 含矿粉 混凝土 硫酸镁 侵蚀 性能 影响
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