不同水胶比下矿渣粉与粉煤灰对混凝土强度及抗氯离子渗透性能的影响.pdf

2 0 1 0年 第 1期 【总 第 2 4 3期 ) Nu mb e r 1 i n 2 0l 0 ( T ot a l No ． 2 43) 混 凝 土 Co nc r e t e 原材料殛辅助物料 M ATERI AL AND ADM I NI CLE d o i ： 1 0 ． 3 9 6 9 ~ ． i s s n ． 1 0 0 2 — 3 5 5 0 ． 2 0 1 0 ． 0 1 ． 0 2 8 不同水胶比下矿渣粉与粉煤灰对混凝土强度 及抗氯离子渗透性能的影响 何廷树 ，苏富赞’ ，包先诚 。杨新社 ，李 少辉 ，赵云 中 z ( 1 ． 西安建筑科技大学 西部建筑科技国家重点试验培育基地，陕西 西安 7 1 0 0 5 5 ；2 浙江声威集团公司，陕西 成阳 7 1 3 7 0 0 ) 摘要： 在水胶比分别为O ．6 0 、 0 ． 5 0 、 0 ． 2 8 三种情况下， 研究了矿渣粉和粉煤灰单掺及复掺对混凝土强度及抗氯离子渗透性能的影响。 结 果表明 ： 无论水胶 比大小 ， I I 级粉煤 灰均不 能等量取代 P O 4 2 ． 5 R级水泥 ， 应超量取代 ， 且水胶 比越大 ， 超量系数越大 ； 在研究 的掺量范 围 内， $ 9 5矿渣粉 可等量取代 P O 4 2 ．5 R级水泥 ， 且会增加 混凝土强度 。在合适掺量范 围内 ， 无论水胶 比高低 ， 无论 混凝土强度增大或减小 ， 矿渣粉和粉煤灰均可提高混凝土抗氯离子渗透能力， 但当掺量接近时， 矿渣粉对提高混凝土抗氯离子渗透性的能力远大于粉煤灰； 颗粒多 为球形微珠的粉煤灰掺入混凝土 中， 其对抗 渗性 的贡献大于对强度的贡献。 关键词： 混凝土；矿渣粉； 粉煤灰；抗压强度；抗氯离子渗透性能 中图分 类号 ： T U5 2 8 ．0 4 1 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 — 3 5 5 0 ( 2 0 1 0) O l 一 0 0 8 6 — 0 3 I n f l ue nc e of s l ag a nd f l y a s h on c on cr e t e s t r en gt h an d r e s i s t anc e t o c hl or i de i on pen e t r at i on pe r f or m a n ce und er differ en t wa t e r -c e men t r a t i o HE T i n g - s h u。 ， SU Fu -yu n ， BAO Xi a n — c h e n g ， YAN G Xi n- s h e 2 , LIS h a o - hu i 。 ZHAO Yu n - z h o n g ( 1 ． S t a t e Ke yL a b o f We s t e r nA r c h i t e c tu r e ＆ T e c h n o l o g yC u l t i v a t i n g B a s e ， Xi ’a nU n i v e r s i t yo f A r c h i t e c t u r e & T e c h n o l o gy ， X i ’ a n 7 1 0 0 5 5 、 Ch i n a ； 2 ． Z h e j i a n g S h e n g w e i C e me n t Gr o u p ， Xi a n y a n g 7 1 3 7 0 0 ， C h i n a ) Abs t r a c t ： At t h ewa t e r - b i n d e r r a t i ob e i n g0．6 0， 0 ． 5 0 a n d 0．2 8 r e s p e c t i v e l y． t h ei n f l u e n c e s o f s l a g a n dfly a s h s i n g l e — u s e d o r c o mp o u n d e d o nt h e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h a n d r e s i s t a n c e t o c h l o ri d e i o n p e n e t r a t i o n o f c o nc r e t e we r e i n v e s t i g a t e d ． T h e r e s u l t s s h o w t h a t n o ma t t e r h o w mu c h t h e wa t e r - b i n d e r r a t i o， fl y a s h of 2 n d g r a d e c a n n o t r e p l a c e e q ui v a l e n t l y P ‘ O 4 2．5 R c e m e n t ， whi l e s ho u l d r e p l a c e e x c e s s i v e l y， a n d t h e r e p l a c i n g e x c e s s i v e c o e ffi c i e n t s h o u l d be e n h a n c e d wi t h t h e i n c r e a s e o f wa t e r - b i n d e r r a t i o．Un d e r t h e s c o p e o fa mo u n t u s e d i n t h e p a p e r ， $ 9 5 s l a g c a n r e p l a c e e q u i v a l e n t l y P‘ O 4 2 ． 5 R c e me nt ， a n d c a n i n c r e a s e t h e s tre n g t h o f c o n c r e t e ． Un d e r t h e p r o pe r s c o p e o f a mo u n t u s e d． n o m a t t e r h o w mu c h t h e wa t e r - b i n d e r r a t i o a n d t he s t r e n g t h o f c o nc r e t e， bo t h s l a g a n d fly a s h c a n i mp r o v e the r e s i s t a n c e t o c h l o rid e i o n p e n e tra t i o n o f c o n c r e t e， a n d t h e a — b i l i t y o f s la g i mpr o v i n g t h e r e s i s t a n c e t o c h l o rid e i o n p e n e t r a t i o n i s mu c h mo r e t h a n t h a t o ffly a s h， wh i l e t h e l a t t e r wi t h ma n y s p he r i c a l p a ni c l e s c o n t r i b u t e s t o t h e i mp e r me a b i l i ty mo r e t h a n t o t h e s t r e n g t h o f c o n c r e t e ． Ke ywor d s： c o n c r e t e ； s l a g； fl y a s h； c o mp r e s s i v e s tr e n g t h； r e s i s t a n c et o c h l o r i d ei o np e n e t r a t i o n 0 引言 矿渣粉和粉煤灰作为高性能混凝土的矿物掺合料 ， 已得到 广泛的应用， 其对混凝土各种性能的影响已有很多研究成果 ， 但是， 在不同水胶比条件下， 矿渣粉和粉煤灰等量或超量取代 P O 4 2 ． 5 R级水泥后对混凝土强度的不同影响程度 ， 以及超量 取代系数随水胶比不同的变化情况报道尚少。抗氯离子渗透能 力作为衡量高性能混凝土耐久性的重要指标之一， 愈来愈受到 人们的高度重视 ， 降低水胶比、 掺入外加剂或矿物掺合料都可 有效提高混凝土的抗氯离子渗透能力 。 虽然矿物掺合料的种 类对混凝土抗氯离子渗透性能的影响已有许多研究 ， 但是在 不同水胶比条件下， 矿渣粉和粉煤灰对混凝土抗氯离子渗透性 能及强度的不同影响规律的研究还较少。 基于上述情况 ， 本研究选用矿渣粉和粉煤灰等量取代 P O 4 2 ． 5 R级水泥， 采用 0 ． 6 0 、 0 ． 5 0 、 0 ．2 8三种水胶比配制大流动 收稿 日期：2 0 0 9 - 0 9 - 0 5 8 6 性混凝土 ， 研究两种矿物掺合料单掺 与复掺对混凝土强度及抗 氯离子渗透性能的影响 ， 揭示 了不同矿渣粉掺量及其与 2 0 ％粉 煤灰复掺后， 在不同水胶比条件下 ， 对混凝土强度及抗氯离子 渗透性的影 响规律 。 1 试验材料与方法 1 ． 1 原材料 声威牌 P O 4 2 ． 5 R水泥 ， 3 d和 2 8 d抗折强度分别为 5 ． 6 、 9 ． 3 MP a ； 3 d和 2 8 d 抗压强度分别为2 7 ． 7 、 4 6 ．6 MP a 。陕西韩城 钢厂生产的德龙牌 $ 9 5 级矿渣微粉， 比表面积为 4 8 5 m2 ／ k g 。 华能电 厂生产的Ⅱ级粉煤灰， 比表面积为 3 7 0 mV k g 。灞桥河砂， 细度模 数／ z f= 2 ．3 8 。 泾河卵石， 莲花寺碎石， 5 ～ 2 0 mm连续级配。 陕西锐新 特种材料有限公司生产的粉剂泵送剂， 掺量为胶凝材料的2 ． 5 ％。 上海卡耐尔牌聚羧酸系高效减水剂， 掺量为胶凝材料 l ％。 氯化钠， 分析纯。自来水。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 ． 2试验 方法 选取 0 ． 6 O 、 0 ． 5 0 、 0 ．2 8三种水胶比， 单掺 1 7 ％矿渣粉、 4 0 ％矿 渣粉 、 2 0 ％粉煤灰， 以及 1 7 ％和 4 0 ％矿渣粉分别与 2 0 ％粉煤灰 复掺等方式作掺合料等量取代 P 0 4 2 ． 5 R级水泥配制混凝土。 混凝土坍落度控制在 1 8 0 ～ 2 2 0 1 T l I n ， 0 ． 6 0和 0 ． 5 0两种水胶 比混 凝土采用粉剂泵送剂， 0 ．2 8 水胶比混凝土采用水剂聚羧酸系高 效减水剂。 依据 G B ／ T 5 0 0 8 1 --2 0 0 2 ( 普通混凝土力学性能试验方法》 测定混凝土 7 、 2 8 d强度 ， 所用试件尺寸为 1 0 0 m mx l 0 0 mn l x 1 00 n a n l 依据 A T S M C1 2 0 2 ( 混凝土抗氯离子渗透标准试验方法》 标 准， 采用北京金比林高新技术有限责任公司产 N E L - P D R型氯离 子渗透性电测仪测定混凝土氯离子扩散系数， 所用试件为标准 养护 2 8 d的 1 0 0 mmx l 0 0 minx 5 0mm混凝土试块。 2 试验 结果与分析 2 ． 1 不 同水胶 比下矿渣粉与粉煤灰对混凝土强度 的 影响 不同水胶比、 不同掺合料用量的混凝土配合比及标准养护 7 、 2 8 d的强度如表 1 所示。 表 1 混凝土配合 比及 7 、 2 8 d强度 编号 胶凝材料 砂 石 水泥 ／ ( k g ／ m ) 矿渣粉 ／ ( k g ／ m ) 粉煤灰 ／ ( k g ／ m ) ／ ( k g ／ m ) ／ ( k g ／ m ) 外加 ) 水／ m ／ ( k g ／m ／ ( k g ／ m ) 水 胶比 — 7堡 d 垦 2 8 d ) ) ⋯。 Sl — l 3 0 0 0 0 S1 ． 2 2 4 9 5 1 O S 1 ． 3 l 8 O 1 2 O O s F A1 ． 1 2 4 0 0 ． 6 0 7 9 4 SF Al 2 1 8 9 51 6 O SF Al - 3 1 2 0 1 2 O 6 O S 2 ． 1 3 6 0 0 0 S 2 ． 2 29 9 6l O S 2 — 3 21 6 1 4 4 O 7 9 4 S F A2 — 1 2 8 8 0 7 2 S F A2 — 2 2 2 7 6I 7 2 S F A2 — 3 1 4 4 l 4 4 7 2 S 3 一 l 5 5 0 0 0 S 3 ． 2 4 5 6 9 4 0 S 3 — 3 3 3 0 2 2 0 0 7l l S F A3 — 1 4 40 0 l 1 0 S F A3 — 2 3 4 6 9 4 1 l 0 S F A3 — 3 2 2 0 2 2 0 l 1 0 l 1 4 3 7 ． 5 1 0 9 6 9 ． 0 1 8 O 0．6 0 1 8 0 0 ． 5 0 l 0 2 4 5 ． 5 1 5 5 4 7 9 61 ． 2 o．2 7 4 6 7 5 3 ． 2 4 6 ． 6 2 9 ．9 3 2．2 3 3 ，6 2 3 ．0 2 8 ．9 2 2．8 4 0 ． 6 4 3 ． 3 4 7 ． 8 3 5 ． 1 3 9 ． 1 3 6 ．4 5 8 ． 8 6 6 ． 8 6 7 ． 1 5 7 ． 7 6 3 ． 7 5 5 ．O 注 ： 水胶 比为 O ． 6 O 、 0 ． 5 0混凝土用卵石 ， 水胶比为 0 ． 2 8则用碎石。 由表 1 数据可知： 无论水胶比何如， 单掺 2 0 ％粉煤灰等量取 代 P O4 2 ．5 R级水泥， 都会降低混凝土强度， 但水胶比不同， 降低 幅度不一样 ； 对于高水胶比( w／ B = 0 ． 6 0 ) 的混凝土 ， 由于总胶凝材 料用量较少， 2 0 ％粉煤灰等量取代水泥时， 混凝土强度降低幅度 较大， 2 8 d 强度仅为对比样的 7 7 ％； 对于低水胶比( wm= o ．2 8 ) 的 混凝土， 由于总胶凝材料用量较大 ， 当 2 0 ％粉煤灰等量取代水 泥时， 混凝土强度降低幅度较小， 2 8 d强度为对比样的9 8 ％。 然 而，对于本文所涉及的三个水胶比混凝土 ， 1 7 ％和 4 0 ％的矿渣 粉等量取代 P O 4 2 ． 5 R级水泥后， 混凝土 7 d强度变化不大， 而 2 8 d强度均有所增长。当 z 7 0, ,0 ~渣粉与 2 o o／ ~ 煤灰复合使用时， 即便总掺合料的掺量 3 7 ％尚略低于单掺矿渣粉的 4 0 ％， 但三种 水胶比混凝土的 7 、 2 8 d强度均低于单掺 4 0 ％矿渣粉的 ， 且水胶 比越高， 降低幅度越大， 说明两种掺合料复掺时， I I 级粉煤灰活性 与单掺时的相似， 远小于矿渣粉的， 仍不能等量取代 P O 4 2 ． 5 R 级水泥。当 4 0 ％矿渣粉与 2 0 ％粉煤灰复合使用时， 由于总掺合 料的掺量高达 6 7 ％， 导致三种水胶比混凝土的强度显著降低， 且 水胶 比越高 ， 降低幅度越 大。 上述试验结果表明， 就混凝土强度而言， Ⅱ级粉煤灰不能等量 取代P O4 2 ． 5 R级水泥， 否则， 混凝土强度会降低， 故应超量取代， 且水胶比越大超量系数越大。然而， 对于$ 9 5 级矿渣粉， 就本文研 究的掺量范围内， 无论水胶比高低， 均可等量取代 P O4 2 ． 5 R级水 泥， 并且取代后还会增加混凝土后期强度。 2 ． 2 不同水胶 比下矿渣粉与粉煤灰对混凝土抗氯 离 子渗透性能的影响 单掺矿渣粉或粉煤灰对混凝土抗氯离子渗透系数的影响 如图 1 ~ 2 所示。由图示结果并对比表 1 强度结果可以看出： 矿 渣粉或粉煤灰等量取代 P O 4 2 ． 5 R后 ， 无论水胶 比如何， 无论 混凝土强度是升高还是降低， 混凝土氯离子渗透系数都会有所 降低； 水胶比越小 ， 氯离子渗透系数降低的相对百分数越大， 并 且， 矿渣粉降低混凝土氯离子渗透系数的能力远大于 I I 级粉煤 灰的， 此结果与罗碧丹[4 1所得结果相同。 这可能是因为矿渣粉的 细度比粉煤灰的大， 活性比粉煤灰的高， 特别是界面效应远大 于粉煤灰的， 故等量取代水泥后， 掺矿渣粉的混凝土强度提高， 掺粉煤灰的混凝土强度降低， 因而掺矿渣粉的混凝土抗氯离子 渗透能力远大于掺粉煤灰的； 同时可以看出， 虽然掺粉煤灰的 混凝土强度有所下降， 但抗氯离子渗透的能力却提高了， 说明 粉煤灰掺人混凝土中， 其对抗渗陛的贡献大于其对强度的贡献。 不同水胶比下矿渣粉与粉煤灰复掺对混凝土抗氯离子渗 透性能的影响如图3所示。由图3结果并结合表 l 强度结果可 以看出， 对于三种水胶比的混凝土， 1 7 ％矿渣粉与 2 0 ％粉煤灰复 掺等量取代水泥后， 与单掺 1 7 ％矿渣粉的相比， 虽然混凝土强 度明显降低 ， 但混凝土抗氯离子渗透能力均得到提高； 当4 0 ％ 矿渣粉与2 0 ％粉煤灰复掺时， 由于总掺合料的掺量高达 6 7 ％， 与 复掺 1 7 ％矿渣粉 + 2 0 ％粉煤灰的情况相比， 三种水胶比混凝土的 8 7 9 7 7 1 7 0 3 7 8 8 7 5 " 巧 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 0 ． 5 0 0 ． 2 8 水胶 比 图 1 单掺粉煤灰对混凝土抗氯离子渗透性能对比图 7 O 5 O 0 ． 2 8 水 胶 比 图 2 单掺矿渣粉对混凝土抗氯离子渗透性能对比图 O 5 0 0 ． 2 8 水胶 比 图 3 矿渣粉粉煤灰 复掺对混凝土抗氯离子渗透性能对比图 强度都明显降低， 但抗氯离子渗透能力仅水胶比为0 ． 6 O的混凝 土 降低较 明显 ， 其 他两种水胶 比混凝 土的变化不大 ， 但与单掺 矿渣粉 4 0 ％的混凝土相比， 三种水胶比{ 昆 凝土抗氯离子渗透能 力均有所降低， 不过降低幅度不大 ， 远低于强度降低幅度。 这些 结果更进一步说明粉煤灰对抗渗性的贡献大于对强度的贡献， 但无论是对抗渗性， 还是强度， 粉煤灰的贡献均小于矿渣粉的。 通常混凝土强度越高， 其抗渗透性越好。但上述研究结果 表明， 对矿物掺合料用量大的高性能混凝土而言， 掺合料对混 凝 土强 度和抗渗性 的影 响随掺合料种类不 同 ， 变化较 大 ， 可能 同时提高强度和抗渗性， 也可能强度提高不大或强度降低， 但抗 s、 9 p 0 、 p 0 、 _‘ p 渗性明显提高。 由于矿渣粉粒度细 ， 活性高 ， 特别是界面活性 高 ， 能 明显改 善水泥石与骨料的界面结构， 因此 ， 其提高强度和抗渗性的能 力均 强。本研究所用 I I 级粉煤灰 的细度 ( 比表面积 3 7 0 m g ) 远低于 $ 9 5矿渣粉 的细度( 比表面积 4 8 5 m2 ／ k g ) ， 故其界 面活性 相对较低， 导致提高强度和抗渗性能力低， 但由于所用粉煤灰 为分选灰， 其颗粒多为球形微珠， 填充效应大于界面效应 ， 虽然 改善水泥石与骨料的界面结构能力小， 但填充效应能够明显提 高混凝土的密实度， 因此， 粉煤灰对混凝土抗渗性的贡献大于 对强度的贡献 。 3结论 ( 1 ) 水胶 比由 0 ． 6 0变化 至 0 ． 2 8的三种混凝 土试 验结果表 明， I I 级粉煤灰不能等量取代 P O 4 2 ． 5 R级水泥， 否则 ， 混凝土 强度会降低， 故应超量取代 ， 且水胶比越大超量系数越大。就 本研究的掺量范围内， $ 9 5矿渣可等量取代 P O 4 2 ． 5 R级水 泥， 取代后混凝土后期强度增加明显。矿渣粉的强度效应远大 于粉煤灰的。 ( 2 ) 单掺矿渣粉 或粉煤灰 ( 等量取 代 P O 4 2 ． 5 R级 水泥 ) ， 在本 试验所用掺量 的范围内 ， 无论 水胶 比高低 ， 无论混凝土强 度增 大或减小 ， 均可提高混凝 土抗 氯离子渗透能力 ， 且 当矿渣 粉与粉煤灰掺量接近时 ， 矿渣粉对提高抗 氯离子渗透能力 的幅 度大 于粉煤灰 的。 ( 3 ) 分选粉煤灰， 其颗粒多为球形微珠， 虽然界面活性小于 矿渣粉 的， 但其具有很好 的填充效应 ， 故掺人混凝土中 ， 其对抗 渗性 的贡献大于对强度的贡献 。 参考 文献 ： 【 1 ]吴中伟， 廉惠珍． 高性能混凝土【 M ] ．北京： 中国铁道出版社， 1 9 9 9 ： 2 2 0 ． 【 2 ] 王福川．土木工程材料【 M ] _ ] E 京： 中国建筑工业出版社， 2 0 0 1 ： 1 0 3 ． [ 3 】 张承志．建筑混凝土[ M ] 京： 化学工业出版社， 2 0 0 7 ： 1 9 5 — 1 9 8 ． 【4 ]罗碧丹 ， 等 ．矿物掺合 料对混凝土性能的影响[ J 1 ．水运工程 ， 2 0 0 9 ( 3 ) ： 3l 一 3 5 ． 【 5 ] 谷坤鹏， 等． 矿物掺合料改善混凝土抗氯离子渗透性能的研究l J J ．新 型建筑材料 ， 2 0 0 8 ( 1 1 ) ： l 8 — 2 1 ． [ 6 ]刘建忠 ， 等．矿 物掺 合料对混凝土抗压强度和氯 离子渗透性能 的影 响f J j ．混凝土与水泥制品， 2 0 0 5 ( 4 ) ： 1 l — l 3 ． 作者简介： 何廷树( 1 9 6 5 一 ) ， 男 ， 教授， 博士生导师。 单位地 址： 西安建筑科技大学 1 4 8 信箱 ( 7 1 0 0 5 5 ) 联系电话： 1 3 9 9 1 8 8 2 5 0 2 、— } s } — s 、 — 、 — 、 c ， } 、 广州将推广使用混凝土质量监管系统 近 日， 从广州市城乡建设委获悉， 覆盖混凝土生产、 使用、 监测和监督各环节的混凝土质量追踪和动态监管系统将从 2 0 1 0 年 1 月 2 5日起在广州推广使用。 据悉， 该系统是由混凝土生产数据集成管理平台、 检测数据集成管理平台和质量监督数字处理平台 3 部分组成， 希望建立一个 覆盖混凝土生产企业、 施工单位、 监理公司和检测机构 、 质监机构各环节的质量追踪和动态监管系统 ， 实现对混凝土全过程的实时 质量追踪和管理。 从 2 0 1 0 年 1 月 2 5日起 ， 广州市质监站所有使用商品混凝土的建设工程及相关单位将纳入该系统管理范围； 7 月 1日前， 各区 ( 县级市) 质监站所有在监工程及其相关单位纳入该系统管理； 1 0月 1日起， 广州所有在监工程实施现场制作混凝土试件电子追踪 管理； l 2月3 1日前， 所有为广州提供混凝土生产和检测的企业完成商品混凝土检测结果的计算机 自动实时采集、 上传。 88 7 6 5 4 3 2 ● 0 一 ∞ 、 目u 一 ＼ 辍 晕 } 艇 褪鞲 6 5 4 3 2 1 O 一 ∞ ＼ gu 1 ) ， 鞋 嘲 犍鹾 6 5 4 3 2 1 0 一 ∞ ＼ Eu 一 一 ＼ 籁峨嘲 谴 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m