粉煤灰、石灰石粉對水泥基材料防滲抗裂性能的影響

楊 昊，王全磊，鄭逢時

（1.長安大學 公路學院，陜西 西安 710064；2.長安大學 材料科學與工程學院，陜西 西安 710064）

粉煤灰、石灰石粉對水泥基材料防滲抗裂性能的影響

楊 昊1，王全磊2，鄭逢時1

（1.長安大學 公路學院，陜西 西安 710064；2.長安大學 材料科學與工程學院，陜西 西安 710064）

采用測定砂漿收縮試驗及滲水高度法，研究了單摻及雙摻粉煤灰和石灰粉對砂漿收縮及混凝土抗滲透性能的影響.結果表明：當單獨摻入粉煤灰20%，石灰石粉40%，對抑制砂漿收縮有明顯效果；當單獨摻入粉煤灰10%，石灰石粉20%時混凝土抗水滲透能力效果明顯.雙摻粉煤灰10%石灰石粉20%及雙摻粉煤灰20%石灰石粉20%時，對抑制砂漿收縮及提高混凝土抗滲性能均有明顯效果，有助于提高混凝土的耐久性.

粉煤灰；石灰石粉；收縮；抗滲性

混凝土材料作為當今最主要的建筑材料，被廣泛用于橋梁、道路、水利、房建、港口等各個工程中，其耐久性是一個不容忽視的問題.近年來以摻合料替代水泥來提高水泥的各項性能已日益發展成熟.添加摻合料不僅可以提高混凝土的性能，而且可以節約能源，處理工業廢渣，減少環境污染，節約水泥，降低工程造價.目前摻合料對混凝土耐久性的研究較多，但雙摻甚至復摻不同摻合料對混凝土耐久性研究還有待加強.本文就粉煤灰與石灰石粉雙摻對于砂漿收縮及混凝土的抗滲性能影響進行研究，為雙摻不同摻合料在工程建設領域中的廣泛應用提供一定的理論依據.

1 原材料及試驗方法

1.1 試驗材料及配合比

秦嶺水泥廠生產的PO42.5普通硅酸鹽水泥；潔凈中砂，細度模數2.52；聚羧酸高效減水劑，固含量30%，減水率30%；自來水；石灰石粉，主要成分為CaCO3，其含量達到95%左右；級粉煤灰，細度6.8%，需水量比95%，燒失量3.0%，含水率0.3%.

1.2 試驗方法

表1 配合比

砂漿試件的強度試驗和收縮試驗參照JGJ/T70-2009《建筑砂漿基本性能試驗方法》進行，混凝土試件的強度試驗與抗滲高度試驗分別參照GB/T 50081-2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》、GB/T50082-2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》進行.

2 實驗結果與分析

2.1 砂漿收縮值

按照表1試驗配合比制得砂漿試件測得3d、7d、14d、28d的收縮值如圖所示.由圖（1.a）可以看出當粉煤灰摻量高于20%時，砂漿3d收縮值較大，均高于基準試件，且3d時砂漿隨著粉煤灰摻量的增加收縮值增大，14d摻加50%粉煤灰時收縮值仍大于基準試件，其余收縮值均小于基準試件，28d時添加不同摻量的粉煤灰試件收縮值均小于基準試件，粉煤灰摻量為20%時收縮最小，且摻量為20%以上粉煤灰時，與14d相比收縮值基本不變甚至減小.這是因為粉煤灰水化活性低于水泥，粉煤灰替代量與前期試件所含自由水量成正相關，所以干燥條件下，自由水失水越多，可供水泥水化反應的水越少，從而前期粉煤灰摻量越多其收縮值越大.

由圖（1.b）可以看出，當石灰石粉摻量為10%,砂漿收縮值達到最大，當石灰石粉摻量大于20%時，與JZ相比收縮值較低，即當石灰石粉替代水泥大于20%時可抑制干縮，當替代水泥達到40%時抑制收縮效果最好，分析原因：當石灰石粉摻量低于10%時，由于石灰石的活性效應促進了水泥水化，導致硬化漿體和砂漿強度提高，細化了水泥石孔結構，即毛細孔半徑變小，從而導致毛細管中水的表面張力，增大了毛細管壓力，從而增大毛細孔失水時產生的收縮應力從而增大了干縮；當石灰石粉摻量超過10%時，各齡期硬化漿體收縮值隨石灰石粉摻量減小，原因是隨石灰石粉摻量增加，膠凝材料用量逐漸減少，且石灰石粉有一定的填充效應，從而導致干縮值隨石灰石粉摻量增加而減小.

由圖（1.c）可以看出，粉煤灰與石灰石粉雙摻后對砂漿收縮的抑制起到了良好的作用，特別是F1S2、F2S2抑制效果最為明顯.由圖（1.d）對比發現F2 28d收縮值最小S4、F2S2次之，F1S2收縮最大，但相差不大.

2.2 混凝土滲透高度

按照表2試驗配合比制得混凝土試件測得28d、60d的滲透高度如圖所示.由圖（2.a）可以看出28天滲透高度F1滲水高度略低于JZ即F1抗滲性比JZ好，而其他試件抗滲性均低于JZ，而60d齡期時F1、F2、F3抗滲性能已超過JZ，F4與JZ相當，這說明當粉煤灰摻量低于40%時可提高混凝土60d的抗滲性能.這是因為28d齡期粉煤灰活性尚未完全表現，而到了60d齡期時，粉煤灰發生了二次水化反應，生成了C—S一H凝膠，堵塞了毛細孔通道，使混凝土更加致密，從而致使混凝土的抗滲性高于基準混凝土.

由圖（2.b）可以看出28d S2抗滲性高于JZ，其他均低于JZ，而60d齡期時S1、S2抗滲性高于JZ，S3與JZ相當，S4抗滲性低于JZ.分析原因：石灰石粉中的CaCO3有明顯的晶體效應，它與鋁酸鹽、硅酸鹽礦物所形成的新相晶體隨混凝土齡期增長迅速增大，并且轉化為牢固連生的結晶體，增強了石灰石與硬化水泥漿體的界面，使水泥石結構致密；另一方面，石灰石粉顆粒比水泥顆粒小，在一定范圍內填充在水泥顆粒之間，改善了膠凝材料的顆粒級配，并且填充在界面的空隙中，使水泥石結構和界面結構更為致密，但摻量大于30%時由于石灰石粉摻量較多，水泥摻量減少，上述效果不明顯甚至對水泥石的密實性有不利影響.

由圖（2.c））可以看出28d、60d F1S2、F2S2抗滲性均高于JZ，F2S3、F3S2 28d抗滲性低于JZ但60d抗滲性能比JZ有所提高，F3S3抗滲性低于JZ.由圖（2.d）對比發現F1、S2、F1S2、F2S2的28d、60d抗滲性均優于基準混凝土、28d齡期F1抗滲效果最優而60d齡期F2S2抗滲效果最優.

3 結論

（1）摻加粉煤灰對砂漿試件7d前的收縮抑制效果不明顯甚至有不利影響，而14d后摻加粉煤灰可抑制砂漿收縮，摻加20%粉煤灰28d抑制收縮效果最優.當石灰石粉摻量大于10%時可抑制砂漿收縮，摻加40%石灰石粉抑制效果最好.雙摻粉煤灰、石灰石可抑制收縮，且與JZ相比，摻加10%粉煤灰20%石灰石粉，20%粉煤灰20%石灰石粉均有較好的收縮抑制效果.

（2）對比28d和60d養護齡期對混凝土抗滲性的結果表明，28d時單摻粉煤灰、石灰石粉及雙摻，混凝土試件抗滲性能不理想；60d齡期，粉煤灰摻量小于40%，，石灰石粉摻量小于30%，雙摻摻量不超過50%時可提高混凝土水壓力抗滲性能，其中雙摻20%粉煤灰20%石灰石粉長期抗滲性能最優.

（3）雙摻10%粉煤灰20%石灰石粉、雙摻20%粉煤灰20%石灰石粉不僅可以抑制砂漿收縮、而且提高混凝土水壓力抗滲性，從而可以良好的解決水泥基材料在工程中的耐久性問題.

〔1〕肖佳.水泥-石灰石粉膠凝體系特性研究[D].長沙：中南大學,2008.

〔2〕楊華山,方坤河，涂勝金,等.石灰石粉在水泥基材料中的作用及其機理[J].混凝土，2006(6):32-35.

〔3〕袁航.石灰石粉對混凝土性能的影響[D].長沙：中南大學，2009.

〔4〕趙鐵軍.混凝土滲透性「M].北京：科學出版社，2005.

〔5〕陳擁軍，劉翠蘭，張風臣.粉煤灰混凝土早期約束收縮試驗研究 [J].粉煤灰綜合利用，2006(2): 15-17.

〔6〕趙多蒼，吳相豪，胡聰.雙摻粉煤灰和石灰粉對混凝土耐久性影響的試驗研究[J].混凝土,2011 (7):50-52.

〔7〕肖佳,王永和,鄧德華,等.粉煤灰-石灰石粉高強混凝土Cl-擴散性能[J].建筑材料學報,2008,11 (2):212-216.

〔8〕劉數華,閻培渝.石灰石粉對水泥漿體填充效應和砂漿孔結構的影響[J].硅酸鹽學報,2008,36(1): 69-72.

TU528.32

A

1673-260X（2014）02-0049-03