矿物掺合料对轨枕混凝土耐久性能影响的研究.pdf
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1、2 0 1 1年 第 1 1期 (总 第 2 6 5期 ) Nu mb e r 1 1 i n 2 0 1 1 ( T o t a l No 2 6 5 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 原材料及辅助物料 M ATE Rl AL AND ADM I NI CL E d o i : 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 1 1 1 0 2 9 矿物掺合料对轨枕混凝土耐久性能影响的研究 郑爱国 ,赵国荣 ,李玉香 。康祥梅 1 , 2 ( 1 西南科技大学 四川省非金属复合与功能材料重点实验室一 省部共建国家重点实验室培育基地,四川 绵阳
2、6 2 1 0 1 0 2 德阳铁路轨枕厂 ,四川 德阳 6 1 8 0 0 7 ) 摘要: 研究磷矿渣、 粉煤灰及磨细矿渣粉不同掺量对轨枕混凝土氯离子电通量及抗冻性能的影响, 并分析了矿物掺合料对轨枕混凝土 耐久性能的作用机理, 结果表明: 矿物掺合料的掺入改善了轨枕混凝土抗氯离子渗透性能; 3 种矿物掺合料相比较, 掺矿渣轨枕混凝土抗 氯离子渗透性能最佳; 经过 3 0 0 次冻融循环, 掺矿物掺合料的轨枕混凝土各抗冻指标保持完好。 矿物掺合料掺量为 3 0 时, 掺矿渣、 粉煤 灰及磷矿渣的轨枕混凝土 3 0 0 次冻融循环的相对动弹性模量达到基准混凝土的 1 1 3 、 1 1 6 和
3、 1 1 9 ; 5 0 3 0 0 次冻融循环的质量损失率 均低于基准混凝土的 6 0 。 关键词: 矿物掺合料;轨枕混凝土;耐久性; 抗冻性能 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 1 ) 1 1 0 0 9 5 0 3 Re s ea r c h on t he dur abi l i t y o f sl e ep er c onc r e t e con t ai ni ng mi n er a l admi x t u r es ZHENG Ai - g u o1 , 2 , ZHA O Gu
4、o - r o n gl , LI Yu - x i a n g , KAN G Xi a n g - me i ( 1 S t a t eK e yL a b o r a t o r yCu l t i v a t i o nB a s e f o r No n me t a l C o mp o s i t e s a n dF t mc t i o n a l Ma t e ri a l s , S o u t h we s t U n i v e r s it yo f S c i e n c e andT e c h n o l o g y , Mi any ang 6 2 1 0
5、1 0 , C h i n a ; 2 De y angR a i l w a y S l e e p e r F a c t o r y , De y ang 6 1 8 0 0 7 , C h i n a ) Abs t r ac t : Th e e ffe c t an d t h e me c h an i s m o fp h o s p h o r us s l a g, g r a n ul a t e d b l a s t f u r n a c e s l a g and fl y a s h wi t h d i ffe r e n t r e p l a c e me
6、 nt d o s a g e o n t h e d u r a b i l i t y o f s l e e p e r c o n c r e t e( r e s i s t anc e o f f r e e z i n g th a w a n d r e s i s t a n c e o f c h l o ri d e p e r me a b i l i t y )w e r e d e mo n s t r a t e d T h e r e s u l t s p r e s e n t e d t h a t the r e s i s t anc e o f c
7、h l o ri d e p e r me a b i l i ty o f s l e e p e r c o n c r e t e b e c o me s i n c r e a s i n g l y b e t t e r b y r e p l a c i n g c e me n t wi t h mi n e r a l a d mi x t u r e s Co mp a r a t i v e l y s p e a k i n g, t h e be s t e ffe c t t o e n h a n c e the r e s i s t a n c e o fc
8、 h l o r i d e p e r me a b i l i t y o fs l e e p e r c o n c r e t e i s g a i n e d b y a d d i n g gra n u l a t e d bl a s t f u r n a c e s l a g Af t e r 3 0 0 f r e e z i n g tha w c y c l e t e s t s , t h e r e s i s t anc e o f f r e e z i ng - t h a w o f s l e e p e r c o n c r e t e c
9、o n t a i n i n g mi n e r a l a d mi x t u r e s i s q ui t e we l 1 W h e n the r e pl a c e me n t d o s a g e i s 3 0 , t h e r e l a t i v e d y na mi c e l a s t i c mo d u l u s o f s l e e p e r c o n c r e t e c o n t a i n i n g gra n u l a t e d b l a s t fftma c e s l a g, fl y a s h an
10、d p h o s p h o r u s s l a g a r r i v e s a t 1 1 3 1 1 6 a n d 1 1 9 o ft h a t o fr e f e r e n c e s l e e p e r c o n c r e t e Du r i n g 5 0 3 0 0 f r e e z i n g - t h a w c yc l e t e s t s t h e r e l a t i v e ma s s l os s r a t e o f s l e e p e r c o n c r e t e a d d i n g mi n e r a
11、 l a d mi x t u r e are a l mo s t b e l o w 6 0 o f t h a t o fr e f e r e n c e s l e e p e r c o n c r e t e K e y wo r d s : mi n e r a l a d mi x t ure s ; s l e e p e r c o n c r e t e ; d ura b i l i ty; r e s i s t a n c e o f fr e e z i n g t h a w 0 引言 混凝土轨枕对我国铁路发展来说是一项大宗使用的水泥 基材料。 我国从“ 二五
12、” 期间( 1 9 5 8 1 9 6 2年) 开始大力研发和使 用混凝土轨枕。 近半个世纪来, 随着铁路事业突飞猛进的发展和 高速重载轨道交通的需要, 混凝土轨枕的铺装和维护等相关技 术 日益成熟【 1 。 铁路混凝土轨枕是轨道结构重要的结构部分, 轮 轨间的各种作用力通过轨枕和扣件的隔振、 减振和衰减后传递 给道床, 使道渣重新排列, 再把作用力扩散地传递给路基 。 混 凝土广泛应用的优点在于其廉价, 可塑性和良好的耐水性能 。 混凝土的实质是由粗的粒状材料( 集料或填充料) 镶嵌于坚硬 的基质材料( 水泥或胶结料 ) 中所组成的复合材料5 。 混凝土采 用预制的方式可保证其产品质量的稳定
13、, 采用水蒸气养护混凝 土的方法称蒸汽养护( 蒸养) 。 蒸养可显著缩短生产周期, 快速 提高生产效率, 广泛应用于混凝土预制构件实际生产工艺旧 。 氯离子引起的钢筋腐蚀是常见的钢筋混凝土结构破坏的原 因。 氯离子含量达到临界值后会造成钢筋表面钝化膜的破坏, 收稿 日期 :2 0 1 l - 0 5 一 l 5 从而导致锈蚀过程的发生, 锈蚀的钢筋受力面积减小, 且锈蚀造 成的膨胀将导致混凝土的开裂, 直接缩短了建筑构件的使用寿 命啊 。 矿物掺合料对水泥基材料中氯离子侵蚀的改善作用在于 其对氯离子的吸附和黏滞作用及对内部孔结构的均化作用嗍 。 混凝土的抗冻性是其耐久性的一个重要指标, 冻融破
14、坏是 混凝土结构的一个重大安全隐患。 当外部环境温度达到冻结温 度时, 混凝土中的水结成冰造成近 1 0 的体积膨胀, 这种变化 产生膨胀压力 , 剩余的水分流到临近的孔隙和毛细管中, 在水 分子运动过程中使混凝土内部产生冻融破坏 。 本试验着重研 究了磷矿渣、 粉煤灰及磨细矿渣在不同掺量条件下对轨枕混凝 土氯离子电通量及抗冻性能的影响, 为矿物掺合料在轨枕混凝 土的广泛应用提供科学依据。 1 试验原材料 1 1 矿物掺合料 ( 1 ) 磷矿渣 : 四川德 阳什邡某厂排放的磷矿渣 , 密度 为 2 8 2 g c m , 磨细至比表面积 4 0 0 m g , 化学成分列于表 l 。 9 5
15、学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m ( 2 ) 粉煤灰: 四川绵阳江油电厂生产的 I I 级粉煤灰, 密度为 ( 3 ) 磨细矿渣 : 四川成都混凝土新建材有限公 司, 密度 2 3 7 g c m3 , 磨细至比表面积 4 0 0 m2 k g , 化学成分列于表 1 。 2 8 3 g c m , 比表面积 4 1 7 m2 k g , 化学成分列于表 1 。 表 1 原料主要化学成分 1 2水 泥 四川亚东水泥有限公司生产的 P 0 4 2 5 级水泥, 其主要化 学成分列于表 1 , 其主要物理性能列于表 2 。 表2 水泥的物理性能 1 3集料 ( 1 )
16、 细集料: 德阳市绵远河段天然中砂, 细度模数 2 8 0 , 连续 级配, 表观密度 2 6 7 6k g m3 , 积密度 l 6 0 4 k g m3 , 空隙率 4 0 。 ( 2 ) 粗集料: 德阳绵竹市高川生产的碎石, 粒径为 5 2 5 ton i , 表观密度 2 6 7 6 k g m , 有机物含量检测合格。 1 4 减 水剂 四川路加四通科技发展有限公司生产的 v F , 3型聚羧酸高 效减水剂, 含气量为 6 1 , 固含量为 2 2 , 减水率为 2 7 。 2试 验 方 法 2 1 轨枕混凝土氯离子 电通量试验 本试验采用 J T J 2 7 5 -2 0 0 0标
17、准, 通常称为电通量法。 该方 法较直观地反映混凝土的氯离子渗透性能; 在直径 1 0 0 i D _ n l , 厚 5 0 l n l n的混凝土试样两端施加 6 0 v的直流电压 , 通过测定 6 h 内混凝土试样的电通量来评定混凝土的氯离子渗透性能。 试验 浇筑 , I, l o o mmx 5 0 i r l m的混凝土试块 , 成型后用恒温蒸养池进 行蒸养, 用电热管对水加热产生定量的蒸气 , 温控器 自动温控, 试样在温度为 2 0、 相对湿度为 9 8 的环境中静置 2 h , 后放 人蒸养池 中4 h内从 2 O升温至 6 O, 然后在环境温度为 6 0的条件下恒温 2 h,
18、 其间枕芯温度不超过 5 5, 最后 自然 降温至室温 , 将其在( 2 0 5 ) 环境下养护 2 4 h 拆模并用钢丝 刷刷毛两个端面, 然后将试块放人( 2 0 _+ 3 )的饱和 C a ( O H) : 溶液中养护 2 6 d 。 按龄期养护完成后, 将试块取出饱和 C a ( O H) 溶液 , 安装在夹具上, 确保无渗漏情况发生。 在负极夹具中加入 3 Na C 1 溶液, 正极夹具中加入 0 3 mo l L的 Na O H溶液 , 连通 主机与正负极进行测试。 轨枕混凝土抗氯离子渗透性能试验所 选取的粉煤灰、 矿渣及磷矿渣细度相同, 均为 4 0 0 mV k g ; 矿物掺
19、 合料掺量变化范围 1 0 3 0 轨枕混凝土氯离子渗透试验配合 比见表 3 。 2 2 轨枕 混 凝土抗 冻性 能试验 轨枕混凝土抗冻性试验按照 G B J 8 2 8 5 普通混凝土长期 性能和耐久性能试验方法 中“ 快冻法” 步骤进行。 试样尺寸为 1 0 0 m mx l 0 0 mmx 4 0 0 ra i n , 每组 3 块 , 成型 2 4 h后脱模, 用恒温 蒸养池进行蒸养 , 用电热管对水加热产生定量的蒸气 , 温控器 自动温控 , 试样在温度为 2 0 C、 相对湿度为 9 8 的环境 中静置 2 h , 后放人蒸养池中4 h内从 2 O升温至 6 0 C, 然后在环境温
20、 度为 6 0的条件下恒温 2 h , 其间枕芯温度不超过 5 5, 最后 自然降温至室温, 将试样移至标准养护室, 进行 2 4 d 标准条件 养护后, 将待测试样取出养护室并进行表观检查, 后放入 1 5 - 2 0。 C 的水中浸泡后进行抗冻性能检测。 试验采用天津天宇试验仪器 有限公司生产的 C DR 2型快速冻融试验机。 每次冻融循环时 间为4 - 5 h , 循环过程中用于融化的时间不少于冻融时间的 1 4 , 每天循环 4 6次, 每隔 5 0次冻融循环测定一次试件的相对动弹 性模量和质量损失率。 测试前洗净试件表面的浮渣 , 擦去表面水 并检查外部损伤及质量损失。 在每次冻结融
21、化完成时, 试件中心 温度分别控制在( 1 7 _+ 2 ) ( 8 2 ) , 并采用共振法测定动弹性模 量。 轨枕混凝土抗冻性能试验选取粉煤灰、 矿渣及磷矿渣细度相 同, 均为 4 0 0 m2 k g ; 矿物掺合料掺量变化范围 1 0 3 0 。 轨枕 混凝土抗冻性能试验配合比见表 3 。 3 试验 结果及分析 3 1 轨枕混凝土氯离子电通量试验结果及分析 表 4为轨枕混凝土氯离子渗透试验结果, 从中可以看出, 矿 表 3 轨枕混凝耐久性能试 验配合 比 注: P s c 一掺磷矿渣, F A c 一掺粉煤灰, s L c 一掺矿渣粉。 9 6 学兔兔 w w w .x u e t u
22、 t u .c o m 物掺合料的掺人降低了轨枕混凝土试样 6 h电通量。 原因在于 新拌混凝土中多余的水分, 在混凝土内部形成了孔隙和毛细管, 也就留下了气体和液体侵蚀混凝土的通道。 随着混凝土蒸养后 的硬化 , 矿物掺合料填充密实效应逐渐发挥作用 , 改善了轨枕 混凝土内部孔结构, 充分地延长了毛细管通道 , 阻止了可能形 成的渗透通道 , 从而增强了轨枕混凝土抗氯离子渗透性能 ; 其 次是矿物掺合料的火山灰效应, 随着养护时间增长, 矿物掺合 料的火山灰反应程度不断加深 , 消耗了大量的 c a ( 0H) : , 使轨 枕混凝土界面过渡区( I T Z ) 的 c a ( O H) :
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