不同水膠比下粉煤灰摻量對(duì)混凝土抗?jié)B性能的影響

郭 小 森

(中冶天工集團(tuán)有限公司，天津 300308)

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不同水膠比下粉煤灰摻量對(duì)混凝土抗?jié)B性能的影響

郭 小 森

(中冶天工集團(tuán)有限公司，天津 300308)

為探究粉煤灰摻量對(duì)混凝土抗?jié)B性能的影響規(guī)律，對(duì)不同水膠比下粉煤灰混凝土抗?jié)B性能進(jìn)行了分析，結(jié)果表明：混凝土摻入20%粉煤灰可有效改善其抗?jié)B性能，隨著粉煤灰摻量增加，混凝土抗?jié)B性能逐漸加速劣化；水膠比是影響混凝土抗?jié)B性能重要因素，對(duì)于大摻量粉煤灰混凝土可通過限制水膠比保證其抗?jié)B性能。

混凝土，粉煤灰，抗?jié)B性能，水膠比

隨著人們對(duì)混凝土耐久性問題認(rèn)識(shí)的不斷深入，逐漸認(rèn)識(shí)到混凝土材料耐久性的劣化主要是由于侵蝕性介質(zhì)的浸入，耐久性劣化的快慢取決于腐蝕介質(zhì)浸入內(nèi)部的速率，因而混凝土抗?jié)B性能越好，其耐久性越好[1，2]。改善混凝土抗?jié)B性能首先可在配合比方面予以考慮[3]，在配合比設(shè)計(jì)中用水量是影響混凝土密實(shí)度的主要原因，用水量越大混凝土耐久性劣化越嚴(yán)重。同時(shí)，粉煤灰作為礦物摻合料已經(jīng)廣泛應(yīng)用于混凝土配合比設(shè)計(jì)之中[4]，研究表明粉煤灰在水化的過程中可改善水泥基體的孔隙率和孔結(jié)構(gòu)，提高混凝土抗?jié)B性能[5]。實(shí)驗(yàn)從水膠比和粉煤灰摻量?jī)蓚€(gè)因素出發(fā)，探究不同水膠比下粉煤灰摻量對(duì)混凝土抗?jié)B性能的影響。

1 試驗(yàn)及原材料

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)采用P.Ⅱ42.5硅酸鹽水泥，Ⅱ級(jí)粉煤灰，其化學(xué)組成如表1所示；細(xì)骨料細(xì)度模數(shù)為3.0，表觀密度2 640 kg/m3，含泥量小于1.5%的河砂；粗骨料采用粒徑為5 mm～25 mm連續(xù)級(jí)配的破碎石灰石，表觀密度2 660 kg/m3。含泥量小于0.8%；減水劑采用萘系高效減水劑，減水率21%。

表1 水泥與粉煤灰化學(xué)組成

1.2 配合比設(shè)計(jì)

為研究不同水膠比下粉煤灰摻量對(duì)混凝土抗?jié)B性能的影響規(guī)律，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)水膠比為0.36，0.43，0.50，粉煤灰等量取代水泥0%，20%，40%和60%，其中取代量0%為基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)組。調(diào)整減水劑用量使混凝土的坍落度控制在180 mm±20 mm，其具體配合比如表2所示。

表2 混凝土配合比及實(shí)驗(yàn)值

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

試驗(yàn)依據(jù)GB J82—85普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性試驗(yàn)方法進(jìn)行。試件上口直徑為175 mm，下口直徑為185 mm，高150 mm，試驗(yàn)每組6塊試件。每組試件養(yǎng)護(hù)齡期為28 d，試件養(yǎng)護(hù)完成后將表面晾干，融化固體石蠟涂于試件側(cè)面作為密封材料，隨即在螺旋加壓裝置上將試件壓入經(jīng)烘烤預(yù)熱過的試件套中。待冷卻后解除壓力，連同試件套安放于抗?jié)B儀器上進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)水壓從0.1 MPa開始，每隔8 h增加0.1 MPa，直至透水試件超過3個(gè)時(shí)停止試驗(yàn)，記錄相應(yīng)水壓力。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 水膠比對(duì)混凝土抗?jié)B性能的影響

各水膠比下混凝土抗?jié)B系數(shù)如表2所示。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)折線圖如圖1所示。

從圖1中可以看出，水膠比增加混凝土滲透系數(shù)隨之增加。水膠比為0.36時(shí)，混凝土滲透深度為36 mm，滲透系數(shù)為6.1，混凝土在低水膠比的情況下有較高的抗?jié)B性能。水膠比超過0.43后，混凝土抗?jié)B耐久性劣化明顯，當(dāng)水膠比為0.50時(shí)，混凝土滲透深度為101 mm，抗?jié)B系數(shù)為27.5，混凝土抗?jié)B性能劣化嚴(yán)重。水膠比是影響混凝土密實(shí)度的重要因素，隨著水膠比增大，混凝土密實(shí)度下降，抗?jié)B耐久性劣化趨勢(shì)加劇。

2.2 粉煤灰摻量對(duì)混凝土抗?jié)B性能的影響

粉煤灰摻量對(duì)混凝土抗?jié)B性影響如圖2所示。

從圖2中可以看出，各水膠比下粉煤灰混凝土滲透系數(shù)呈現(xiàn)出先減小后增加的趨勢(shì)，當(dāng)粉煤灰摻量為20%時(shí)混凝土滲透系數(shù)最小，混凝土抗?jié)B性能明顯優(yōu)于基準(zhǔn)組，隨著粉煤灰摻量增加，混凝土抗?jié)B性能逐漸劣化。當(dāng)粉煤灰摻量為60%時(shí)，混凝土抗?jié)B性能與基準(zhǔn)組相近，其中水膠比為0.50，粉煤灰摻量為60%時(shí)混凝土抗?jié)B系數(shù)為23.7，高于基準(zhǔn)組混凝土滲透系數(shù)。當(dāng)水膠比為0.36和0.43，粉煤灰摻量為60%時(shí)，混凝土抗?jié)B性能仍優(yōu)于水膠比為0.50的基準(zhǔn)混凝土，可見隨著粉煤灰摻量增加可通過限制水膠比保證其抗?jié)B性能。

與基準(zhǔn)混凝土組相比，當(dāng)摻入適量粉煤灰時(shí)，由于粉煤灰顆粒較小且在混凝土自身的堿性條件下易于水化，生成具有膠凝性質(zhì)的C-S-H，未水化的粉煤灰顆粒充當(dāng)微集料，細(xì)化了混凝土的微觀結(jié)構(gòu)，減緩腐蝕介質(zhì)侵入速度，有效提高了混凝土抗?jié)B性能。隨著粉煤灰取代水泥的用量增加，加速了混凝土抗?jié)B性，耐久性能劣化，粉煤灰雖然具有“活性效應(yīng)”，其水化產(chǎn)物可改善混凝土微觀結(jié)構(gòu)，但由于粉煤灰水化產(chǎn)物包裹于顆粒表面，阻止粉煤灰顆粒進(jìn)一步的水化反應(yīng)，表現(xiàn)為早期水化產(chǎn)物較少，加之水泥被部分取代，致使膠凝材料水化產(chǎn)物減少，混凝土難以形成致密的微觀結(jié)構(gòu)，因而混凝土抗?jié)B耐久性隨粉煤灰摻量增加而逐步劣化，當(dāng)粉煤灰取代水泥用量為60%時(shí)，其抗?jié)B性能接近于基準(zhǔn)試驗(yàn)組。

3 結(jié)語

1)水膠比是影響混凝土抗?jié)B性能的重要因素，水膠比越大，混凝土抗?jié)B性能劣化越嚴(yán)重。2)粉煤灰摻入量為20%時(shí)，可顯著改善混凝土抗?jié)B耐久性能，隨著粉煤灰摻量增加，混凝土抗?jié)B耐久性逐漸劣化。當(dāng)粉煤灰摻量為60%時(shí)，混凝土抗?jié)B性能與基準(zhǔn)組接近，粉煤灰對(duì)混凝土抗?jié)B性能的改善作用并未隨摻量增加而提高。3)粉煤灰摻量為60%時(shí)，在低水膠比情況下混凝土抗?jié)B性能仍優(yōu)于水膠比為0.50的基準(zhǔn)混凝土，在工程實(shí)踐中隨著粉煤灰摻量增加可通過限制水膠比保證其抗?jié)B性能。

[1] 楊維康,劉生輝,屈潤(rùn)材,等.自密實(shí)混凝土抗凍抗?jié)B性能研究現(xiàn)狀[J].山西建筑,2014，40(25):154-156.

[2] 楊啟斌.粉煤灰路面高強(qiáng)混凝土抗?jié)B性能試驗(yàn)研究[J].山西建筑,2008，34(19):17-18.

[3] 易 成,謝和平,孫華飛,等.混凝土抗?jié)B性能研究的現(xiàn)狀與進(jìn)展[J].混凝土,2003,2(160):7-11，34.

[4] 齊立劍.養(yǎng)護(hù)方式與水膠比對(duì)粉煤灰混凝土抗碳化性能的影響[D].秦皇島：燕山大學(xué),2013.

[5] 陳惠蘇,孫 偉,Stroeven Piet.水泥基復(fù)合材料集料與漿體界面研究綜述(二):界面微觀結(jié)構(gòu)的形成、劣化機(jī)理及其影響因素[J].硅酸鹽學(xué)報(bào),2004(1):70-79.

Effects of fly ash content on concrete impermeability under different water binder ratio

Guo Xiaosen

(MCC Tiangong Group Corporation Limited, Tianjin 300308, China)

In order to investigate the influences of differents fly ash content on the permeability of concrete. The permeability of concrete with different water binder ratio was analyzed. The results show that： the dosage of fly ash with 20 percent can improve the impermeability effectively, and the impermeability of concrete seriously decreases with the increase of the dosage of fly ash. The water binder ratio is an important factor affecting the performance of concrete anti-permeability. For the concrete with high content of fly ash, the anti-permeability performance can be guaranteed by limiting the water binder ratio.

concrete, fly ash, impermeability, water binder ratio

1009-6825(2016)12-0093-03

2016-02-16

郭小森(1979- )，男，工程師

TU528

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