粉煤灰材料对混凝土耐久性能的影响.pdf

尸 城 携建设 摘要： 本文主要研 究以粉煤灰 为胶凝材料的混凝土的耐 久性能。通 过实 验调 整粉 煤灰 、矿 渣 等材料 用 量 ，测 出不 同配合 比下 混凝 土 的 强 度 ， 从 而 确 定 粉 煤 灰 、 矿 渣 、 混 凝 土 的 最佳 配比 ， 同时在保证混凝土 施工性 能的基础上 ， 测 出以粉蝶灰和矿 渣作 为掺 料 的混凝 土 的耐 久性 能和 其他 性 能， 为施工 单位 完成实 际工程的 混 凝土 材料 选择 和制 作提 供 了理 论依 据 。 关键词： 粉煤灰矿渣混凝土 耐 久性 [ 中图分类号" ] T U 5 2 8 ． 0 4 [ 文献标识码] A 1 前言 随着国民经济的快速发展、 大型 构筑物的建设以及我国对建筑物混 凝土安全性、 耐久性的重视， 越来越 多的使用单位对混凝土在特殊环境 下应用提出了更高的要求。 粉煤灰加 入混凝土改变其性能在国内已经应 用多年， 国内外大量对粉煤灰的研究 成果及工程应用实践表明， 在混凝土 中掺人粉煤灰能改善混凝土内部结 构、 大幅提高混凝土的耐久性， 且在 技术性、 经济性与社会意义方面有着 良好的统一。【 1 正是基于粉煤灰对提 高混凝土耐久性的良好应用前景， 本 文根据 国 内外研 究情况， 受施工单 位 的委托， 对粉煤灰、 矿渣为胶凝材料 拌合的混凝土的耐久性能和其他性 能进行实验研究， 并对其应用进行探 讨 。 ●李筱燕 吴辉琴 2 粉煤灰拌合混凝土物理力 位共同研制。 学性能的试验 2 _ 1 ． 2 细度 2 ． 1 粉煤灰拌合混凝土强度测试 采取施工单位提供的原材料和 拌合方法完成试件制作和物理力学 性能测试。具体操作是以粉煤灰为 主， 用碱性激发剂激发其活性， 同时 掺入一定比例的矿渣、 外加剂来改善 其水硬性 能形成 的胶凝材料 ， 再 与混 凝土拌合， 做成试件， 最后进行试件 的强度测试 实验 中， 通过选择不同 的材料配合比完成试件制作工作， 测 出每个组合掺量对拌合混凝土强度 的影响，以此为依据确定以粉煤灰 、 矿 渣 为胶凝 材料 拌合 的混 凝 土 的配 合 比。 2 ， 1 ， 1 原材料的品质要求 原材料经多次试验 、 筛选， 确定 如下： ①粉煤灰： 施工方提出所使用的 粉煤灰、 矿渣为凝胶材料拌合的混凝 土要具有耐酸、 碱腐蚀性要求。因此， 其品质要求满足佣 于水泥和混凝土 的粉煤 ( G B 1 5 9 6 - 2 0 0 5 )中规定的 I、 I I 级粉煤灰的技术要求， 实际选 用的是广 西来宾 电厂生产 的 I， I I 级 粉煤灰。 ②矿渣： 施工方提出所使用的矿 渣应满足 G B 2 0 3中粒化高炉矿渣品 质的要求， 矿渣的碱性系数必须大于 1 ． 0 ，实际选用的是广西柳州钢铁厂 矿渣。 ③水玻璃： 选用广西柳州市四有 水玻璃厂 。 ④复合外 加剂： 实验室 与施工单 因原材料的细度对混凝土的强 度和裂缝情况都有影响，细度提高， 混凝土强度也提高， 但混凝土已出现 大的干缩和裂缝， 而拌合混凝土的成 本也比较高。因综合强度、 裂缝、 成本 因素， 与施工单位商议， 将粉煤灰和 矿 渣 的 细 度 都 确 定 在 比 表 面 积 4 0 0 0 c m 2 ／ g以上 。 2 ． 1 ， 3 粉煤灰、矿渣胶凝材料的配 合 比 粉煤灰、矿渣胶凝材料 由粉煤 灰、 矿渣和复合激发剂三种原材料组 成， 其中复合激发剂由液体激发剂和 固体外加剂组成。每方混凝土胶凝材 料用量 4 5 0 k g左右 ， 胶凝 材料 的参考 配合比为粉煤灰用量的 4 0 ％～7 o ％ ； 矿 渣用量为 3 0 ％～5 o ％ ； 复合激发剂 ( 液 体) 用量为 1 0 ％～2 o ％ ； 固体外加剂用 量为 5 ％～1 5 ％ 。具体配比选择和组合 掺量对混凝土强度的变化见表 1 。 2 ． 2 最佳配合比 由表 1 试验结果得出： ①混 凝 土的抗 折 强 度普 遍 优于 同等级的普通混凝土，抗压强度在 C 3 0～C 5 0 之 间。 ②随着粉煤灰掺量增加， 强度下 降 。 ③随着矿渣掺量增加，强度提 高。 但当矿渣掺量为 4 0 ％ 左右时， 再提 高矿渣掺量，是乎对强度的贡献不 大， 而且还出现较大的收缩。 ④N _ 3 、 4 、 N _ 5的配 比为粉煤 灰、 矿渣胶凝材料拌合混凝土的最佳 配合比， 可作为测定拌合混凝土耐久 2007．7 维普资讯 广移槭 携．建设 表 1 粉煤灰 、 矿 渣拌合混凝土配此及对应 强度值 ( 塌落度 3 O～5 0 m m ) 力 胶凝材料 2 8 d 抗折 2 8 d 抗压 砂率 强度 强度 水玻璃液体 S l ( S + G) 绾号 粉煤灰 ( 的 矿揸 ( 譬 ) 复合外加剂 ( 1 自 p a ) ( 1 自 p a ) ( 的 N —l 2 0 7 2 2 0 8 0． 4 3 7． O5 5 1． 3 N 一 2 4 0 5 0 2 0 l O 0． 41 7． 1 O 5 0． 6 N 一 3 5 0 3 8 2 0 l 2 0， 40 6． 5 O 4 7． 5 N 一 4 6 0 2 6 2 0 l 4 0． 3 8 6． 1 0 3 9， 7 N 一 5 7 0 l 6 2 0 l 4 0． 3 6 5． 6 0 3 2． 5 表 2粉煤灰 、 矿 渣拌合 混凝 土碳 化性能测试结果 绾号 碳化时间( d ) 碳化深度( 皿 m ) 强度等级 h 卜 l l 8 O 3． 7 C 4 5 N 一3 1 8 0 2． 9 C 45 h I _ 2 l 8 O 4． 6 C 30 N 一 5 1 8 0 4． 4 C 3 0 表 3 粉 煤灰 、 矿渣拌合 混凝 土渗水高度 绾号 h 卜 1 N 一 3 N 一 5 水高度 1 4 ． 7 8 ． 2 l 2 ． 5 ， 性能、 耐腐蚀性能的试件配合比。【 3 粉煤灰拌合混凝土耐久性 能的试验 根据施工方要求， 取上述配比为 N - 3 、 N - 5 粉煤灰拌合混凝土试件与同 等级普通混凝土试件 M - 1( C 4 5混凝 土 ) 、 M 2( C 3 0混凝 土) 一起 进行 耐久 性能系列试验。 3 ． 1 抗碳化性能试验 本试验采用空气中自然碳化的 方式，分别将 4 c m 4 c m1 6 c m普通 混凝土试件 M - 1 ( C 4 5混凝土) 、 M 2 ( C 3 0混凝土) 与粉煤灰拌合混凝土试 件 N _ 3 ( 原料为 C 4 5} 昆凝土) 、 N - S ( 原 料为 C 3 0混凝土 )放置 在空气 中 1 8 0 d ， 用 1 ％ 的酚酞指示剂来 测定 时间 的碳化深度， 结果见表 2 。 由表 2试验结果可知： 粉煤灰拌 合混凝土的抗碳化性能稍优于普通 混凝土， 混凝土强度等级越高， 抗碳 化性能 越好 。主要原因可能是配合 比 好的粉煤灰拌合混凝土活性激 发较 好， 水化产物增多， 内部结构更严密， 抗渗性能有所提高。 3 ． 2 收缩 性能试验 采用 同一 强度 等级 的混凝 土 按 上述五种配合制成的粉煤灰拌合t 昆 凝 土 N 1 、 N 2 、 N 3 、 N - 4 、 N 5五 组 试 件与同等级的普通混凝土五组试件 做 3 ～9 0 d龄期的收缩率试验，结果 五 种配 合 比的粉煤 灰 拌合 混凝 土 的 收缩率与普通混凝土的收缩率都相 近， 只是粉煤灰拌合的混凝土试件随 着配合 比的变化 而略微有所变化 ， 而 且配比中矿渣掺量大的， 收缩也略为 大些 。 3 ． 3 抗渗性能试验 对 配 比较好 的粉 煤 灰拌 合 混凝 土试件 N - 3 、 N - 5五组试件与普通混 凝土五组试件 M 1 ( C 4 5混凝土) 进行 龄期为 2 8 d的渗水高度试验 ( 试验压 凝 提 灰 体 实 能 护条 件的影响 也是不可 忽略的， 尤其 是碳 化性 能和收缩性能 。 适当延长潮 湿养护时间， 还可以进一步提高耐久 性能。 这主要是因为潮湿环境有利于 矿渣 、 粉 煤灰的水化 反应 。反 应越充 分， 产生的凝胶体就越多， 混凝土内 部结构就越致密， 抗渗性增加， 从而 改变混凝 土的耐久 性。 [s l 1 6 1 4 粉煤灰拌合混凝土耐腐蚀 性能的试验 用普通混凝土 M 1与粉煤灰拌 合 后 的混凝 土 N - 3分 别浸 泡在 酸 碱 腐 蚀介质( 5 ％ 浓度 H 2 S o 、 5 ％ 浓度 的 H C L 、 浓度的N a S O 、 1 a ％ 浓度的N a ( 0 H ) 、 2 0 ％ 浓度 的 M g L 。 ) 中， 分 三个月 、 六 个 月和一年观察， 观察结果见表 4 。 由表 4结果分析： 粉煤灰拌合混 凝土 的耐 蚀性 浸泡 六个 月 后开 始 显 露出它的 优势， 一年后得 出很好的结 果。普通混凝土在酸、 盐、 碱介质中均 已完全破坏， 而粉煤灰拌合混凝土除 了在碱性介质 l O ％ N a ( O H )中强度降 低， 混凝土胀裂破坏外， 其余介质中 均 保 持 良好 的外 观和 大于 0 ． 8的耐 蚀系数，而且耐 N a S O 和 M g 2 C L 。 盐的 能力特别好， 其次是耐酸。 5 工程实例 广 西某 维尼龙化 工厂建 于 6 O年 代 ，工厂发展后 于 8 O年代建造 了很 多 厂房 ， 因为生产产 品属于严 重酸性 物质， 整个工 厂的建筑物 长期处于 酸 西e o 9 7 ． 维普资讯 槭糖建彳 艾 、 表 4 粉煤灰拌合混凝土 ( N - 4 ) 与普通混凝 土( M — 1 ) 的耐腐蚀结果 } 耐 ＼泡 三个 月 六个月 —年 } 外 观 n 损 失 耐 蚀 系 数 外 观 ＼ 劈 { 重量损失 耐蚀系数 外观 重量损失 耐蚀系数 庸 - H ．3 - 卜1 ． 3 - 卜1 ．3 - 卜1 ． 3 - 卜1 ． 3 H ． 3 - 卜1 ． 3 - 卜1 ．3 H ． 3 严重 不能 5 ％ H eS 0 1 ． 5 皂 0 ． 2 篙 O ． 7 5 O ． 9 l 剥脱 良好 l 5 篙 1 ． 3 篙 O ． 6 0 ． 8 6 良好 2 篙 O ． 8 2 良好 腐蚀 成形 严重 不 能 5 篙 H C L 2 皂 O ．5 篙 O ． 7 3 0 ． 8 8 剥脱 良好 l 3 篙 2 皂 0 ． 5 7 0 ． 8 0 良好 2 ． 3 篙 O ． 7 8 微裂 腐蚀 成形 完全 5 ％ N ,S O O O 1 ． 1 O 1 ． O 良好 良好 6 ％ O O． 5 5 1 ． O 胀裂 良好 O O ． 9 8 崩溃 2 0 ％ M g z C L 2 O O 1 ． 1 2 1 ． O 良好 良好 5 篙 2 篙 O ． 5 3 O ． 9 8 胀裂 良好 O O ． 9 6 1 0 ％ M a ( O H ) O O 1 ． O 5 1 ． O 良好 良好 2 皂 2 皂 0 ． 8 5 0 ． 8 l 微裂 微裂 6 ． O 篙 5 ． 8 篙 O ． 5 8 胀裂 胀裂 性环境中， 厂房楼板、 梁、 柱的混凝土 中抗渗性能提高较大； 【 3 】 杨 南如 ． 碱胶凝材料形成的 受腐蚀后剥落， 钢筋外漏， 严重者受 粉煤灰、 矿渣为凝胶材料拌合的 物理化学基础(I ) 【 J 】 ． 硅酸盐学报， 力钢筋生锈膨胀，严重影响其承载 混凝土可多利用粉煤灰、 矿渣 ， 对减 1 9 9 6 ( 2 ) 力。 厂房曾用很多种方法加固安全度 少环境污染，降低硅酸盐水泥用量， 【 4 】 杨 南如． 碱胶凝材料形成的 较低的梁和柱， 但收效甚微。9 o年代 推广绿色混凝土 ， 变废为宝 ， 具有较 物理化学基础(Ⅱ) 【 J 】 ． 硅酸盐学报， 开始厂方被迫拆掉部分厂房， 建设新 好的社会效益和经济效益； 1 9 9 6 ( 4 ) 厂房。但考虑酸性介质腐蚀作用， 厂 在普通混凝土中加入粉煤灰、 矿 【 5 】 吴中伟． 绿 色高性能混凝土 方选用了粉煤灰拌合的? 昆凝土， 并按 渣凝胶材料一起拌合， 虽然具有优 良 一 混凝土的发展方向【 J 】 ． 混凝土 与 合理配比制作，厂房建成后两年， 施 的耐腐蚀性和较好的耐久性能， 但它 水泥制品， 1 9 9 8 ( 1 ) 工单位技术人员跟踪检查结构质量 问题， 发现新建厂房的混凝土结构除 少量细小裂缝 外， 没发现建筑物 有较 大损伤而存在安全隐患问题。 6 结语 粉煤灰、 矿渣为凝胶材料拌合的 混凝土具有很好的耐腐蚀性能， 尤其 用于耐硫酸钠、 氯化镁等盐腐蚀环境 仍存在施工性能差、凝结时间短、 需 水量大，自然养护效果差的缺点， 使 用时可以通过掺加复合外加剂， 改变 激发方式 等方法 ，来 改善粉煤 灰 、 矿 渣拌合混凝土的施工性能， 满足现场 施工的需要 。 参考文献 【 l 】 李田， 刘西拉． 混凝土结构耐 久性 分析 与设计 【 M 】 ． 北京： 科 学 出版 [ 6 】 倪 文彪 ． 影响 钢 筋 混凝 土 结 构物 耐 久性 的主 要 因素 及对 策【 J 】 ． 华东公路 ， 2 0 0 5 ( 2 ) 【 7 】 谭 友春 ． 影响 混凝 土结 构耐 久性的环境 因素及 改善措施【 J 】 ． 山 西建 筑， 2 0 0 5 ( 1 O ) ( 作 者单位t 1．中 铁 二十五 局秦 团 恒元建筑工程有限 公司， 广西 柳 州 5 45 0 07； 2． 广 西 工 学 院 土 木 ． ． 维普资讯