抗腐蚀剂对火山灰混凝土碳化性能的影响.pdf
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1、2 0 1 5年 1 2月 第 6卷 第 6期 高速铁路技术 HI GH S PEED RAI LWAY TECHNOL0GY No 6 Vo 1 6 De c 2 O1 5 文章编号 :1 6 7 4 m8 2 4 7 ( 2 0 1 5 ) 0 6 0 0 4 9 0 6 抗腐蚀剂对火 山灰混凝土碳化性能 的影 响 薛 元 曾晓辉 徐锡江 邱恩喜 张东卿 张 理 (1 中铁二院工程集团有限责任公司, 成都 6 1 0 0 3 1 ; 2 西南交通大学 土木工程学院, 成都 6 1 0 0 3 1 ; 3 四川睿铁科技有限责任公司, 成都 6 1 0 0 3 1 ) 摘要: 我国云南以保瑞、
2、 丽香为代表的一大批铁路工程正在修建或立项建设。由于云南西部一带铁路环境 侵蚀等级为中等水平, 混凝土较易受到各种侵蚀物质的破坏, 从而使结构服役寿命达不到设计要求 , 可通过 掺入粉煤灰 、 矿渣、 火山灰等来提高混凝土的耐久性, 但将导致混凝土抗碳化能力变差。文章研究 了抗腐蚀 剂对混凝土抗碳化性能的改善作用, 研究表明: 尽管掺入火山灰后, 不同标号混凝土碳化深度有所增加, 混凝 土抗碳化能力降低 , 但加入抗腐蚀剂可显著改善火山灰混凝土抗碳化能力。其中加入 5 的V A一 2型抗腐蚀 剂 , C 2 0混凝土, 2 8 d 碳化深度可降低 2 0 以上, 与掺入粉煤灰的效果接近, 而
3、C 4 0混凝土, 2 8 d碳化深度则 可降低 2 5 以上 , 比掺人粉煤灰降低约 1 5 。 关键词: 火山灰;混凝土; 抗腐蚀剂 ; 碳化 中图分 类号 T U 5 2 8 3 3 文献标 志码 : A E c t o f Co r r o s i o n I n h i b i t o r o n Ca r b o n i z a t i o n Re s i s t a n c e o f Vo l c a n i c As h Co n c r e t e X UE Y u a n Z E N G X i a o h u i XU X i j i a n g QI U E n x
4、 i Z HA NG Do n g q i n g Z HA NG L i ( 1 C h i n a R a i l w a y E r y u a n E n g i n e e r i n g G r o u p C o L t d , C h e n g d u 6 1 0 0 3 1 , C h i n a ; 2 S o u t h we s t J i a o t o n g U n i v e r s i t y,C h e n g d u 6 1 0 0 3 1 , C h i n a; 3 S i c h u a n R u i t i e T e c h n o l o
5、g y C o , L t d ,C h e n g d u 6 1 0 0 3 1 , C h i n a ) Ab s t r a c t : I n Y u n n a n p r o v i n c e o f C h i n a ,l a r g e q u a n t i t i e s o f r a i l w a y p r o j e c t s s u c h a s B a o s h a nR u i l i a n d L ij i a n g Xi a ng g e l i l a r a i l wa y s,e t c a r e i n c o ns t r
6、 u c t i o n o r a p p r o v e d As t h e e n v i r o n me n t a l c o r r o s i o n c l a s s o f t h e r a i l wa y s i n we s t a r e a o f Yu n n a n i s i n t h e me d i u m r a n g e ,t h e c o n c r e t e i s e a s y t o b e d a ma g e d ,a n d a s a r e s u l t ,t h e s e r v i c e l i f e t
7、 h e s t ruc - t u r e c a nt s a t i s f y t h e d e ma n d o f t h e d e s i g ni n g Th e fly a s h,s l a g a n d v o l c a n i c a s h,e t c c a n be mi x e d t o p r o mo t e t he d u r a bi l i t y o f t h e c o nc r e t e,b u t t h e y ma y h a v e n e g a t i v e e f f e c t s o n t h e c a
8、r b o n i z a t i o n r e s i s t a nc e o f c o n c r e t e I n t h i s p a p e r,t h e i mpr o v e me n t e f f e c t o f c o r r o s i o n i n hi bi t o r o n t h e c a r b o na t i o n r e s i s t a n c e o f c o n c r e t e i s s t u d i e dTh e r e s e a r c h s h o ws t h a t t h e c arb o n
9、a t i o n d e p t h o f c o n c r e t e wi t h d i f f e r e n t ma r k n u mb e r i s s o me wh a t i n c r e a s e d a n d c a r b o n a t i o n r e s i s t a n c e o f c o n c r e t e i s d e c r e a s e d a mo ng wh i c h,a d de d wi t h 5 VA 一2 t y p e c o r r o s i o n i n h i b i t o r,28 d c
10、 a r b o n a t i o n d e pt h o f C 2 0 c o n c r e t e c a n b e i n c r e a s e d mo r e t h a n 2 0 ,c l o s e t o t he e f f e c t o f t h a t wi t h fl y a s h,mo r e o v e r,2 8 d c a r bo n a t i o n d e p t h o f C4 0 c o n c r e t e c a n be d e c e a s e d mo r e t h a n 2 5 ,a n d a b o u
11、t 1 5l o we r t h a n t ha t mi x e d wi t h fly a s h Ke y wo r d s: v o l c a n i c a s h;c o n c r e t e;c o r r o s i o n i n h i b i t o r;c a r bo n a t i o n 收稿 日期 : 2 0 1 5 - 0 7 - 0 1 作者简介: 薛元( 1 9 7 8 一 ) , 男, 高级工程师。 基金 项 目: 国 家 自然 科 学 基 金 ( 5 1 2 0 8 4 3 9) , 教 育 部 博 士 点 基 金 ( 2 0 1 2 0 1
12、 8 4 1 2 0 0 3 1 ) , 中国博士后特别资助项 目( 2 0 1 3 T 6 0 8 5 9 ) , 中铁二院 科研项 目 川睿铁发( 2 0 1 4 ) 1 7号 1 前言 在我国云南西部地区 , 近年来铁路进人投资的高 潮 , 以保瑞 、 广大 、 丽香为代表 的一大批铁路工程正在 修建或立项建设 , 这些铁路作为泛亚铁路 、 滇藏铁路的 a 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第6期 薛元, 等: 抗腐蚀剂对火山灰混凝土碳化性能的影响 2 0 1 5年 1 2月 一 部分 , 具有较高的战略与经济价值 。我公 司对这一 带的工程地质进行 了调查
13、 , 发现其混凝土环境侵蚀等 级为中等水平 , 其 中酸性侵蚀等级大 多为 Hl级 , 而 C O , 侵蚀等级可达 H 2级。 L J I- 还大量存在硫酸 盐 、 氯盐等侵蚀工况 , 需采取专门的技术措施 以提升混凝 土 耐久性 。 目前提高混凝土耐久性较为有效的方法之一是掺 人矿物掺合料和各种添加剂。如 T B 1 0 0 0 5 2 0 1 0 ( 铁 路混凝土结构耐久性设计规范中, 规定在侵蚀环境 混凝土的配制中必须加入粉煤灰 、 矿渣等矿物掺合料 , 以提高混凝土耐久性 ; 而在 J C T 1 0 1 l一2 0 0 6 ( ( 混凝土 抗硫酸盐类侵蚀抗腐蚀剂中, 认 为掺入一定
14、量的抗 腐蚀剂 , 有利于改善水泥水化 、 密实性 能, 可抵抗盐类 侵蚀性作用 , 提高腐蚀环境下混凝土的耐久性 。 但云南西部一带距离火 电丰富的昆明较远 , 粉煤 灰 、 矿渣等匮乏 , 火山灰资源却极为丰富。火山质材料 既可提供一定的强度 , 也可改善混凝土的耐久性 , 因此 在混凝土配合 比设计 中, 往往将火 山灰考虑为胶凝材 料。但火山灰疏松多孔 、 表面积大 、 吸附性较强 , 所配 制的混凝土往往与外加剂适应性差 、 早期强度低 。 更重要的是 , 对于粉煤灰 、 矿渣 、 火 山灰等矿物掺合料 , _ 挛 低 , 使混凝土易遭受碳化破坏 ” 。 碳化是指 空气 中的 C O
15、 与水 泥混 凝 土 中的 C a ( O H) , 发生反应 , 生成 C a C O 。正 常情况 下, 在混凝 土强碱性环境 中钢筋表面形成钝化膜 , 保护其遭受 锈 蚀。碳化将使混凝土碱度下降, 丧失对钢筋保护能力, 引起钢筋锈蚀与膨胀 , 并最终导致混凝土开裂 , 大量的 涵洞 、 公路以及水闸工程 的耐久性问题均 与混凝土碳 化引起 的钢筋锈蚀有关 卜” 。因此 , 本文中, 在混凝 土中使用大掺量火山灰 的情况下 , 通过添加专 门的火 山灰混凝土抗腐蚀剂 , 研究 了抗腐蚀剂对混凝土抗碳 化性能的影响。本文对我 国云南地区火山灰在铁路工 程的应用 、 合理利用 当地资源具有一定
16、的指导作用。 2试验及材料 2 1 材料 ( 1 ) 胶凝材料 水泥 : 试验所用水泥为云南保 山海螺水泥有 限公 司 P 0 4 2 5 R硅酸盐水泥 , 比表面积为 3 3 5 m k g , 标 准 稠 度 需 水 量 为 2 7 1 , 2 8 d抗 压 强 度 为 51 6 MPa。 粉煤灰 : 成都金堂电厂 级粉煤灰 , 细度为 4 5 m 方孔筛筛余 1 8 5 , 活性指数为 7 1 5 , 需水量 比为 1 0 2 , 烧失量为 6 5 。 火山灰 : 采用云南保 山恒银 实业有限公司的天然 火山灰粉, 该火山灰密度为2 6 6 o m , 8 0 m筛余为 6 1 , 4
17、5 Ix m筛余为 2 6 1 , 流动度 比为 1 0 41 1 , 3 d活性指数 6 5 7 , 2 8 d活性指数 7 6 2 , 火山灰的 化学组成如表 1 所示。 表 1 火 山灰化 学组成分析结 果 ( ) 化学 S i O2 A 1 2 O 3 F e 2 O 3 C a O Mg O S O 3 N a 2 O K 2 0 C l 一 成分 含量 5 9 5 l 1 7 2 7 5 3 4 7 2 5 3 4 9 0 0 2 3 9 8 2 1 8 注 : 火山灰烧失量为 1 1 8 。 抗腐蚀 剂 : 采用 四川 I 睿铁 科技有 限责 任公 司的 V A一 2型火山混凝土
18、专用抗腐蚀剂, 该材料的性能满 足 J C T 1 0 1 12 0 0 6 混凝土抗硫酸盐类侵蚀抗腐蚀 剂 的要求。 ( 2 ) 砂 、 石 砂 : 云南保山机制砂 , 粗砂 、 最大粒径为 4 7 5 m m, 细度模数为 3 3 6, 亚 甲基蓝测试结果为 0 7 5 。 石 : 云南保山石灰 石 , 母岩强度为 1 2 4 3 MP a , 最 大粒径为 2 6 5 mm, 间断级配。 ( 3 ) 减水剂 、 水 减水剂 : 采用江苏博特 P C A一1型聚羧酸 高效减 水剂 , 减水率 2 6 5 , 固含量 1 4 5 。 水 : 试验用水为 自来水。 2 2试验 ( 1 ) 配合
19、比 试验设计 了 C 2 0 、 C 2 5 、 C 3 0 、 C 4 0强度等级的混凝 土 , 在保持每个强度等级混凝土总胶凝材料用量不变 的情况下 , 采用内掺 的方法 , 将粉煤灰 、 火 山灰和抗腐 蚀剂等量取代水泥, 并调整减水剂掺量 以保持混凝土 的坍落度 8 O1 2 0 mm, 混凝土的配合 比如表 2所示。 ( 2 ) 碳化试验 如图 1所示 , 依据 G B T 5 0 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 行碳 化试 验 , 碳化最长时间为 2 8 d , 对应 自然条件下碳化 5 0年。 考虑到掺合料混凝土强度发
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