粉煤灰改善混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的研究.pdf
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1、文章编 号 :1 0 0 7 0 4 6 X ( 2 0 1 1 ) 0 2 0 0 0 4 0 4 粉煤灰 粉煤灰改善混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的研究 S t u d y o f I mp r o v e me n t o f S u l f a t e Re s i s t a n c e P e r f o r ma n c e o f Co n c r e t e wi t h F l y As h 秦岷 ,乔宇 ( 新疆建筑材料科学研究院, 新疆乌鲁木齐市8 3 0 0 0 0 ) 摘要 : 配制 玛 纳斯 水电站 大坝 面板 高性 能混凝 土 ,拟采 用玛 纳斯 电厂 生产 的粉 煤灰
2、 作掺合 料 。对掺 此粉 煤灰 的水 泥基胶 凝 材 料 进 行 了抗硫 酸 盐 化 学侵 蚀 的试 验研 究 。 实验 结 果 表 明 :掺 粉 煤 灰 试 件 其抗 侵 能 力优 于 不掺 粉 煤 灰 试 件 。在 实验中其抗侵能力提高 2倍以上。粉煤灰有利于生成抗硫酸盐侵蚀的低钙硅比 CS H。试件对 S O 的吸收与试件 自 身 C a O 析 出量同浸泡时间有良好的相关性。 关键词 : 粉煤灰 ;硫 酸 盐侵 蚀 ;混 凝土 中 图分 类 号 :T U5 2 8 2 X7 0 5 文献 标 识码 :A 0前 言 硫酸盐对混凝土的侵蚀可分为物理侵蚀和化学侵蚀两 类,其化学侵蚀的主要机
3、理是硫酸盐中的s O 。 离子与水泥 石中的C a ( O H ) : 作用生成 C a S O 2 H : 0( 石膏),而石膏 又与水泥石中的C A H作用生成含有3 1 个结晶水的高硫型 水化硫铝酸钙A F t ( 钙矾石),固相体积增大2 5 倍, 从而迫 使水泥石胀裂。由石灰转变为石膏时,固相体积增加 1 倍。 当环境水中s 0 浓度 l 0 0 0 m g L时,除钙矾石外,同时 还产生石膏膨胀破坏作用。在上述硫酸盐侵蚀的化学反应 过程中,除侵蚀产物的膨胀破坏作用外,还因化学反应消 耗了水泥石中C a O成分,产生钙的逐渐降解,C a ( O H ) : 晶 体消失,水化C a S
4、 i O , 的钙硅比降低。C S H分解成在水中毫 无胶结能力的硅胶 2 S i O 3 H z O。由于水泥水化产物部分 或完全分解, 使得混凝土浇注的实际结构的硫酸盐侵蚀是 以黏结力和强度逐渐丧失的形式表现出来。这实际上是一 种分解性侵蚀,P K M e h t a 教授称之谓 “ 硫酸盐酸性侵 蚀” 。 1试验用原材料 水泥:天山水泥股份有限公司生产的天山牌 3 2 5 R级 普通硅酸盐水泥,对水泥进行抽样检测其技术性质见表 1 、 化学组分见表 3 。 粉煤灰:玛纳斯电厂生产的粉煤灰,对该试样进行检 测试验,测得各项技术指标见表2 、化学组分见表 3 。 表 1 水泥的主要技术性质
5、表 2 粉煤灰的技术指标 coAL AsH 2 2 01 1 表 3 粉煤灰及水泥的化学组成 项目L a s s s i o 2 AL2 03 F e 2 03 C a O Mg O S O3 K2 0 Na z o R2 0 粉煤灰4 8 5 5 2 1 3 3 2 3 9 6 5 0 3 5 3 1 6 1 0 3 8 1 0 0 0 4 5 1 1 1 水泥 3 5 7 2 8 6 8 8 9 4 3 9 7 4 7 2 0 2 5 5 2 5 0 3 O 4 0 6 2玛纳斯电厂粉煤灰抗硫酸盐侵蚀性能的初步评价 玛纳斯电厂粉煤灰 C a O质量分数为 3 5 3 , 1 0 , 属于低
6、钙粉煤灰, 这对其抗 s O 。 一 侵蚀是有利的。 D u n s t o n提出了粉煤灰抗硫酸盐侵蚀理论分析的概念 : r =( C 一 5) F C = C a O F = F e 2 03 根据此公式:判断粉煤灰抗硫酸盐的性能,也就是说粉煤 灰中C a O和 F e 2 0 , 质量分数,对水泥混凝土抗硫酸盐性能 的影响是主要因素,当粉煤灰的 r 值 0 7 5 时,其对水泥 混凝土抗硫酸盐侵蚀性能有相当大的改善。 玛纳斯电厂粉煤灰r 值计算: r =( C 一 5) F=( 3 5 3 5) 6 5 0 = 一 0 2 3 可知 r = - 0 2 3 , 1 0 ,以后抗蚀系数都呈
7、下降趋势,1 - 1 试件其 抗蚀系数基本在 2 1 试件抗蚀系数曲线之下,1 - 1 试件 1 0 5 d 抗蚀系数 0 8 ,而2 1 试件2 4 0 d 后抗蚀系数才 0 8 。 表 5 试件在不同浸泡龄期时的抗折强度、抗蚀系数 MP a 4 2 1 1 、2 - 1 组试件受 S 0 一 化学侵蚀过程中相关离子定 量分析的测定结果 由表 6 可知,1 1 、 2 1 组试件对 S O 离子的吸收量 基本是前期吸收量较大而后逐渐趋缓,2 - 1 配比试件其趋 缓程度要大于 l 一 1 配 比试件。由表 7可知 1 - 1 、2 - 1 组试 件随龄期其 C a O的析出情况,两组试件析出
8、 C a O量基本 是前期析出量较大,后期逐渐趋缓,掺粉煤灰的 2 1 试件 整体低于 1 1 试件。 表 6 1 1 、2 - 1 组试件每 1 0 g水泥在不同浸泡龄期吸收 s O mg 表 7 1 - 1 、2 - 1 组试件每 1 0 g水泥在不同浸泡龄期释放 C a O量 m g 4 3侵蚀破坏的微观试验结果 对 1 - 1 、2 1 组试件在侵蚀溶液,淡水中浸泡不同龄 期 ,水泥水化产物形态的微观测试。 ( 1 ) 淡水中浸泡的 1 1 、2 - 1 组试件,用电镜观察, 其有少量的A F t 及大量层状分布 C a ( O H ) 存在,这都是水 泥石 ( 胶凝材料结石 ) 未受
9、侵蚀正常水化状态。 ( 2 )1 - 1 试件在 S O 溶液中浸泡不同龄期其微观结 构观察结果:浸泡2 8 d ,在水泥石孔隙中发现有大量的侵 蚀产物石膏生成,浸泡 1 0 5 d后,1 1 试件生成的石膏呈 带状分布,见图 1 ,在石膏带周围发现有大量充分发育的 裂缝生成 ,见图 2 。 2 2 0 1 1 粉 煤灰 5 图 1 1 1 试件浸泡 2 8 d新生成的 C a S O 2 H O 图 2 1 一 l 试件浸泡 1 0 5 d生成的石骨导致的细小裂缝 2 一 l 试件在 s ( ) 溶液r 1 浸泡不同龄期其微观结构观 察结果浸泡 2 8 d ,在试件孔隙中发现有石膏生成;浸泡
10、 1 0 5 d 后,试件孑 L 隙中有大礁石膏生成并充满孔隙,见图 3 , 孔隙周围有一些细小裂缝,此时胶凝材料结石结构已受破 坏。浸泡 3 0 0 d后,有 带状分布的石膏带生成 ( 图 4 )。 石膏带周围有沿石膏带走阳裂缝,此时水泥石结构已被破 坏, 粉煤灰二次水化反 生成的C S H是一种低钙硅比C S H ( 图 5 、6)。 图 3 2 1 试件浸泡 l 0 5 d生成的石膏 图 4 2 1 试件浸泡 3 0 0 d生成的石膏导致的细小裂缝 6 COAL ASH 2 2 01 1 5试验结果分析 5 1 1 1 、2 - 1 组试件宏观力学试验结果分析 由表 5 可知 l I 、
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