（材料学专业论文）粉煤灰、硫酸铝复合添加料对混凝土抗渗性能的研究.pdf

贵州大学硬士学位论文 混凝土的抗渗性能研究 摘要 本文在普通混凝土的基础上，根据混合添加料对混凝土的不同作用原理进行试验，研究 了以粉煤灰作为主要添加料、硫酸铝作为膨胀成分混合掺入到普通混凝土中，对混凝土的抗 渗性影响 研究结果表明，粉煤灰作为主要添加料，以增密组份添加到混凝土中，使混凝土产生微 收缩，但混凝土的结构和抗渗性能得到改善。这是因为它与水泥在水化过程中生成的c a ( o h ) ： 进行二次水化反应( 火山灰反应) ，继续生成了具有胶凝性质而且稳定的水化硅酸钙凝胶， 同时相应降低了混凝土膨胀率混凝土的结构和抗渗性能得到改善，是因为混凝土中掺入增 密组分粉煤灰后由于粉煤灰的火山灰活性，它会与水泥在水化过程中生成的c a ( 锄) ：进行 二次水化反应，生成具有胶凝性质而且稳定的水化硅酸钙凝胶，增加了有益的水化产物数量， 改善了混凝土界面结构和孔隙结构，从而提高了混凝土的密实性和抗渗透性能。 硫酸铝作为膨胀组份添加到混凝土中使混凝土具有微膨胀的性能，是因为硫酸铝加入到 混凝土中，其与水泥反应的生成物形成的钙矾石促进了水泥结构的膨胀，从而使形成的混凝 土体积有所增大这是因为硫铝酸钙、石膏与水泥水化形成的氢氧化钙相结合而生成钙矾石， 它能起到填充、切断混凝土中毛细孔缝作用使大孔变小孔，总孔隙率减小，其混凝土的抗 渗性能得到提高 耪煤灰、硫酸铝联掺于混凝土中，虽混凝土早期强度不及基准混凝土强度，但强度提升 速度较快，后期强度高且稳定这是由于两者叠加的“激活效用”提高了混凝土徽膨胀性能， 起到了补偿收缩作用和填充密实作用，使混凝土具有较好的抗渗性能 研究还发现，复合添加科耪煤灰、硫酸铝等还需要在掺量y _ i f ：化，同对多组份试验的水 灰比还需要合理调节。通过正交实验，进一步确定了新研制的抗渗混凝土，其添加料优化掺 量分别为：粉煤灰2 0 、硫酸铝1 1 、水灰比0 4 ，使增密固化组份、膨胀组份科学合理的 配比使抗压抗渗性能达到最佳本实验研制的抗渗混凝土，经工程应用。其抗压强度和抗 渗性能均满足质量设计要求，并取得了良好的效果 关键诃；耪煤灰：硫酸铝：抗压强度：抗渗性能：混凝土。 贲押大学硕士学位论文混凝土的抗渗性能研究 a b s t r a c t t h ec o n c r e t eo fs u m m a r yi st h a tc o n s u m p t i o ni st h eg r e a t e s ti nm o d e r nc i v i l e n g i n e e r i n g ，t h em o s te x t e n s i v eb a s i cc o n s t r u c t i o nm a t e r i a lo fu s e ；b a s e do nt h e o r d i n a r yc o n c r e t ef o u n d a t i o n ，a n db a s e do nt h ea d d i t i o no fm i x e d c o n c r e t ei n f o r m a t i o no nt h ed i f f e r e n tf u n c t i o n sa n dt h ep r i n c i p l eo f t e s t i n g ，t os t u d yt h ea d d i t i o no ff l ya s ha st h em a i nm a t e r i a l s ， a l u m i n u ms u l f a t ea ss w e l l i n gi n g r e d i e n t sm i x e di n c o r p o r a t i o no f o r d i n a r yc o n c r e t e ，t h ei m p e r m e ab i l i t yo fc o n c r e t ei m p a c t t h er e s u l t ss h o w t h a tt h ea d d i t i o no ff l ya s ha sam a j o ri n f o r m a t i o n t oi n c r e a s i n gt h eg r o u pw e r ea d d e dt ot h ec o n c r e t e ，c o n c r e t e - p r o d u c e d c o n t r a c t i o nh o w e v e r ，t h ec o n c r e t es t r u c t u r ea n dp e r m e a b i l i t y p r o p e r t i e sw i l lb ei m p r o v e d t h i si sb e c a u s ei ti sw i t ht h eh y d r a t i o n o fc e m e n ti nt h ep r o c e s so ff o r m a t i o no fc a o h ) 2f o rt h es e c o n d h y d r a t i o nr e a c t i o n ( p o z z o l a n i cr e a c t i o n ) c o n t i n u ew i t ht h ef o r m a t i o n a n ds t a b i l i t yo fc e m e n t i t i o u sp r o p e r t i e so fh y d r a t e dc a l c i u ms i l i c a t e g e l ，w i t hac o r r e s p o n d i n gl o w e rr a t eo f t h ec o n c r e t e c o n c r e t e s t r u c t u r e sa n di m p r o v et h ei m p e r m e a b i l i t yo fc o n c r e t eb e c a u s et h e i n c o r p o r a t i o ni n c r e a s i n gt h ec o m p o n e n to ff l ya s h ，s i n c ef l ya s ha s h a c t i v i t y ，i tw i l lc e m e n th y d r a t i o np r o c e s si nt h ef o r m a t i o no fc a ( o h ) 2f o rt h es e c o n dh y d r a t i o nr e a c t i o ng e n e r a t i o nh a sg e l l e dn a t u r ea n d s t a b i l i t yo ft h eh y d r a t e dc a l c i u ms i l i c a t eg e l ，au s e f u la d d i t i o nt o t h en u m b e ro fh y d r a t i o np r o d u c t s ，i m p r o v et h ei n t e r f a c eo ft h ec o n c r e t e s t r u c t u r ea n dp o r es t r u c t u r e ，t h e r e b yi n c r e a s i n gt h ed e n s i t yo f c o n c r e t ea n dp e r m e a b i l i t y e x p a n s i o no fa l u m i n u ms u l f a t ea sng r o u pw e r ea d d e dt ot h ec o n c r e t e w h e r et h ec o n c r e t eh a se x p a n s i v ep e r f o r m a n c e ，a l u m i n u ms u l f a t ei sa d d e d 贵州大学硕士学住论文混凝土的抗渗性能研究 t oc o n c r e t e c e m e n ta n di t sr e a c t i o np r o d u c tf o r m e de t t r i n g i t e s t r u c t u r eo ft h ec e m e n tf o rt 乒ee x p a n s i o n , t h u sf o r m i n gt h ec o n c r e t e ， v o l u m eh a si n c r e a s e d t h i si sb e c a u s et h ec a l c i u ma l u m i n a t es u l f u r ， g y p s u ma n dc e m e n th y d r a t i o nf o r m a t i o no fc a l c i u mh y d r o x i d ea n dt h e c o m b i n a t i o no fe t t r i n g i t ef o r m a t i o n ，i tc a np l a yaf i l l i n g ，c u t c a p i l l a r yp o r o u sc o n c r e t ej o i n t sa n dm a k eb i gc h a n g e sh o l eh o l et o t a l p o r o s i t yd e c r e a s e s ，i t si m p e r m e a b i l i t yo fc o n c r e t eh a sb e e ni m p r o v e d f l ya s h ，d o p e da l u m i n u ms u l f a t et o g e t h e ri nc o n c r e t e ，a l t h o u g h e a r l ys t r e n g t hc o n c r e t eb e n c h m a r k sl e s s t h a nt h es t r e n g t ho f t h e c o n c r e t e ，b u ti n t e n s i t yu p g r a d ef a s t e r ，t h el a t eh i g hi n t e n s i t y s t a b i l i t y t h i si sd u et ot h es u p e r p o s i t i o no ft w o ”a c t i v a t i o n e f f e c t i v e n e s s “t oi m p r o v et h ep e r f o r m a n c eo fm i c r o - e x p a n s i v ec o n c r e t e ， c o m p e n s a t i o np l a y e dar o l ea n dc o n t r a c t i o nf i l l i n gd e n s i t y ，t h e c o n c r e t eh a sg o o di m p e r m e a b i l i t y t h es t u d ya l s of o u n dt h a tc o m p o s i t em a t e r i a l sa d d i n gf l ya s h ， a l u m i n u ms u l f a t e ，e t c a l s on e e dt oo p t i m i z ec o n t e n t ，m e a n w h i l e m u l t i p l ec o p i e so ft h ew a t e r c e m e n tr a t i ot e s t sa l s on e e dar e a s o n a b l e a d j u s t m e n t b yo r t h o g o n a le x p e r i m e n t ，f u r t h e rd e f i n e dt h en e w d e v e l o p m e n to ft h ei m p e r m e a b i l i t yo fc o n c r e t e ，m a t e r i a lo p t i m i z a t i o n a d dc o n t e n ta sf o l l o w s ：2 0 1f l ya s h ，1 1 a l u m i n u ms u l f a t e ，w a t e r c e m e n t r a t i o0 4 ，i n c r e a s i n gt h ec u r i n gc o m p o s i t i o n ，e x p a n s i v eg r o u pw e r e s c i e n t i f i ca n dr a t i o n a lr a t i o ，i m p e r m e a b i l i t yt oe n a b l ec o m p r e s s i o n t oa c h i e v et h eb e s t t h ee x p e r i m e n td e v e l o p e db yt h ei m p e r m e a b i l i t y o fc o n c r e t e ，e n g i n e e r i n g ，i t sc o m p r e s s i v es t r e n g t ha n di m p e r m e a b i l i t y a r ed e s i g n e dt om e e tq u a l i t yr e q u i r e m e n t sa n da c h i e v e dg o o dr e s u l t s i ( 删w o r d s ：f i ya s h ；a l u m i n u ms u l f a t e ；c o m p r c s s i ws g l h ；i m p 蛐a b i i t y ；, c o n 呲 h i 贵州大学硕士学位论文 浸凝土的抗渗性能研究 附：学位论文原创性声明和关于学4 i - i 4 k 使用授权的声明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论 文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本 文的研究在做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标 明。本人完全意识到本声明的法律责任由本人承担。 、，一 论文作者签名：型已z 奎 日期： 2 q q 2 生垂月 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解贵州大学有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允 许论文被查阅和借阅；本人授权贵州大学可以将本学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他 复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论交在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：啦师签 日期： 2 q q 2 彰月 贵州大学硕士学位论文 混凝土的抗渗性能研究 第一章绪论 1 1 前言 混凝土是由多种材料所组成的人造石材。是现代土木工程中用量最大，用途最广泛的基 本建筑材料耳前混凝土种类较多1 1 1 如：聚合物混凝土、流态混凝土、补偿收缩混凝土、无 砂大孔混凝土、纤维混凝土、防水混凝土、防射线混凝土、耐酸混凝土、轻集料混凝土、高 强混凝土、特细砂混凝土、水下浇筑混凝土、泵送混凝土、喷射混凝土，真空混凝土、造壳 混凝土、太阳能养护混凝土、磁化水混凝土等，由于科学技术的进步混凝土应用规模有了进 一步扩大在道路工程、水工工程、人防工程、化工管道工程和桥面铺装工程等所用的混凝 土作为永久性的结构材料，都要求所用砼具有良好的抗渗性能，由于其工作条件恶劣，常年 暴露在野外，经受风吹、日晒，雨淋、寒冻以及含沙石，高速水流的冲磨，使混凝土的抗渗 性、抗压性等耐久性能减退，混凝土的耐久性不良导致结构破坏的损失非常惊人 1 2 抗渗混凝土 抗渗混凝土是以改进混凝土配合比，掺入添加料、外加剂或采用特种水泥等手段来提高 抗渗性，使其满足抗渗等级大于s 6 ( 抗渗压力为0 6 m p a ) 不透水性混凝土也称舫水混凝 土或刚性防水材料 抗渗性是混凝土耐久性的重要指标，也是篪工砼中要求的重要指标之一提高混凝土的 抗渗透性，能防止和减少水和各种侵蚀性介质的渗入，从而提高耐蚀性；并相应减少了水的 冻融循环导致混凝土破坏的可能性，有效地提高混凝土的抗冻性和耐久性 2 1 因此，从简 化施工工艺，降低成本出发，如何提高混凝土的抗渗性对混凝土的使用及提高其耐久性具有 十分重要的意义 混凝土的抗渗性，是指在压力水作用下不发生渗漏的特征通常按照所能承受的最大 水压力分为以下几个抗渗等级：s 2 、s 4 、s 6 、s 8 等它主要是用于地下室、水池、冷却塔、 水坝及其它承工构筑物、隧道工程等如设计或藏工中混凝土的抗渗性能不能满足使用要求， 通常会出现裂缝，渗水等问题为保证抗渗混凝土技术、质量的要求，需综合考虑多方面的 因素把握关键要点 1 3 抗渗混凝土研究现状和存在的问题 2 0 世纪初，人们开始关注混凝土的抗渗能力，是始于大型水工工程的建设，诸于混凝土 水坝、水渠、涵管及位于地下水位线以下的地下结构如隧道等；一旦混凝土的抗渗能力不足 或受到破坏r 会降低这些结构的使用效能，造成污染、渗漏等事故尤其是水坝之类的大型 水工结构，在设计中需要确知混凝土抵抗水压下的水穿透能力1 9 1 0 年，美国h f p o t t e r 贲州大学硕士学位论文混凝土的抗渗性能研究 建议将薄钢片均匀撒布在混凝土中以增强混凝土的抗渗性和耐久性1 3 j 1 9 1 1 年，美国g r a h a m 曾把纤维、石膏等掺入到普通混凝土中得到了较好的抗渗防裂效果1 4 1 1 9 1 4 年，美国a n o n 首 先发现粉煤灰中的氧化物具有火山灰的特性由美国伯克利加州理工学院的凡e d av i s 在1 9 3 3 年对粉煤灰在混凝土中的应用比较系统的进行研究工作从发现火山灰特性，到进行 粉煤灰混凝土的应用研究，至今已经过半个多世纪的科学研究和技术开发后来不断扩展到 各个利用领域，经历了一个相当漫长的发展过程1 9 4 0 年前后。美、英、法、联邦德国等先 后公布了许多关于混凝土抗渗方面的技术成果刚田 2 0 世纪5 0 年代国内国外在混凝土的研究中。提高抗渗性能的方法很多，如采用砂、石 混合连续级配曲线配制的防水混凝土，效果不错。但工作量及材料浪费很大随后又使用过 适当增加砂率和水泥用量，控制水灰比的方法来提高混凝土的抗渗性，这就是所谓的普通防 水混凝土1 9 5 6 年美国混凝土研究协会根据混凝土建筑工程需要，增设了专门的防水混凝 土学会( f c l 5 3 3 ) 当混凝土中引入防水剂以后，提高混凝土耐久性和抗渗性的方法得到了 拓剧”在7 0 年代初，美国、日本、英国先后举行了混凝土国际材料与结构试验联合研讨 会议，如采用减水剂降低水灰比提高密实性，添加引气剂，以上混凝土中引入微小，密闭的 空气泡来阻断毛细孔通道达到提高抗渗的目的也可以采用掺加具有膨胀作用的外加剂以防 止混凝土的收缩开裂来防止混凝土的透水渗漏嘲当混凝土中迸一步掺入添加料如石膏、粘 土、矿碴、粉煤灰等时，这些方法都取到了较快的进展并达到了防水作用到7 0 年代末， 世界石油危机之后，粉煤灰作为防水抗渗添加料进一步引起了更多人的重视和关注当今在 世界范围内，把粉煤灰看作是一种重要资源的认识，越来越深化，也被更多人接受而且粉 煤灰已在土木工程建设和建材等工业产品中比较广泛地得到了工业规模应用，在某些方面已 不再是简单作为一种代用材料而被应用1 9 j 锅炉燃烧技术的进步和环境保护的严格要求，促 进了收尘设备的发展，使收集到的粉煤灰的利用质量得到了提高，甚至还使其具有一些特异 的性能，例如在混凝土中应用可提高可泵性粉煤灰利用技术得到了很快的发展，粉煤灰利 用数量有了一定的增长。当然各个国家利用量和利用率的发展是很不平衡的。 从2 0 世纪8 0 年代起，人们重新对混凝土抗渗能力产生兴趣，是由于混凝土的耐久性问 题日益为人们所关注混凝土的耐久性，与水、添加料和其他内部流动的数量、范围等有关， 因此。粉煤灰抗渗性混凝土得到了更广泛的研究进展1 9 8 6 年到2 0 0 2 年我国召开了九届全 国混凝土学术会议研究防水混凝土问题，1 9 9 7 年在广州召开了国际性混凝土学术会议提出 了防水混凝土的进展，这标志着我国抗渗性混凝土工程技术取得了较大进步，已逐渐进入了 国际先进行列i l 哪 2 贲州大学硕士学位论文 耀凝土的抗渗性能研究 章春梅等研究了采用超粉煤灰改性制备高性能混凝土，并且掺硅灰外加剂混凝土在工作 性强度、耐久性、水泥水化特征及孔结构等性能作了比较，结果表明：采用超细粉煤灰改 性制备的高性能混凝土在以上诸性能方面均优于掺硅灰外加剂混凝土l l t l 在粉煤灰混凝土 应用范围研究方面，广东公路工程总公司的邹闯等进行了路用粉煤灰水泥混凝土的强度及耐 磨性的实验研究，结果表明：在同时掺入粉煤灰及某种专用减水剂后粉煤灰水泥混凝土抗折 强度及耐磨性均高于相应的基准混凝土1 1 2 】王明春等在对利用粉煤灰及硅灰水泥固体流化 剂应用问题进行了研究，由于粉煤灰及硅灰具有优越的形态，可作为水泥浆科及矿浆的固体 流化剂，在流化剂减少的基础上，迸一步发挥了耢煤灰的活化效应及硅灰的微集辩效应，从 而使水泥混凝土强度得到大幅度的提高“在改善混凝土的泵送性方面，同济大学吴自超 等报道了利用上海某电厂高钙粉煤灰作为混凝土添加剂以提高其泵送性o 1 冯乃谦等研究 了在水泥基体中加入含粉煤灰等活性混合材料，制成的超细粉对水泥浆体的流化与增强效应 i “河北省第一建筑公司承建的北京海洋馆在泵送砼中用1 5 的粉煤灰替代1 0 的水泥， 粉煤灰混凝土的和易性，可泵送性，混凝土强度、抗渗性有显著提高【1 日 耪煤灰分级应用研究方面，谷章昭等人作了大量的研究【”，通过掺加级粉煤灰混凝 土，其性能较掺加二级粉煤灰混凝土差，但其某些性能却优于普通混凝土，而且这种混凝土 尤其适用于地面及水面以下施工中胡明玉主持的江西省科委9 5 课题【“，讨论了应用大量 耢煤灰混凝土的社会经济意义及存在的主要问题，提出了使用复合嫩发剂和蒸汽养护方法解 决大掺量粉煤灰混凝土早期硬度低的问题，实验证明大掺量粉煤灰混凝土可以在建筑工程获 得广泛应用 吴学礼等进行了关于耪煤灰在水泥中的掺入量的研究【1 9 l ，采用优质粉煤灰和高效减水 剂配制得到了高流动性与高强度粉煤灰混凝土，研究了粉煤灰对混凝土流动性与强度的影 响，并用等效水灰化的概念建立了添加粉煤灰高强混凝土的强度与用水量、水泥用量、粉煤 灰用量三者的经验关系式；( c p c = 3 2 5 7 - 3 7 7 8 w ( c + f ) + 3 2 9 f c ) 目前混凝土施工中一般用于防水抗渗的技术基本上可分为柔性防水技术和刚性防水技 术柔性防水技术是在基层上铺贴防水卷材或涂布防水涂料，使之形成防水隔离层这是一 种广泛推广应用的防水方法。如果采用复合柔性防水技术且选材合理，则其预期使用寿命可 达2 0 年左右但其缺点是成本费用较高，防水层一旦损坏或失效，渗漏部位难以寻找，修 复困难，一般都是重新采用重新铺贴卷材或涂布涂料，用更换整个防水层的办法来进行修复 鲫剐性防水技术是在混凝土或砂浆中掺入添加_ 謇喜或外加剂，使浇筑后的混凝土或砂浆细致 密实，水分子难以通过，从而达到防水的目的伫“刚性防水技术成本较低廉。箍工工艺虽 3 责州大学硕士学位论文 棍凝土的抗渗性能研究 较简单但浇筑和养护每道工序都应严格按要求进行施工。否则将失去防水效果 刚性防水技术中的混凝土是一种非匀质的材料，从微观结构看属于多孔结构其内部有 许多大小不同的微细孔隙，因而它通常是渗水的作为传统的建筑材料。在人类自主地对其 性能设计使用的1 0 0 多年来的历史中，逐渐认识到并也在不断改进着它所存在的问题，其性 能也有很大的改进嘲但随着2 l 世纪大规模、大型化，极苛刻条件下使用混凝土机会增多， 加之环境保护的极高要求，目前存在的一些问题如果不能妥善有效的解决，将难以承担其相 应的使命，其用途也难以大幅度拓展 在刚性防水混凝土的设计施工中，使用适宜的添加料是改进混凝土抗渗性能的重要技术 手段之一 目前混凝土添加材料种类繁多。常见的抗渗漏添加材料大部分是有机合成高分子材料。 主要是环氧，沥青、丙烯酸等高分子化工原料制成的水剂、粉剂和密封膏等。大多有一定的 毒性且易老化性，对工程周边的环境和施工人员有较大的损害；另外从材料属性分析，有机 高分子材料和混凝土( 包括水泥砂浆等) 是完全不同的两类材料，基微观结合能力和变形协 调能力是有限的，这也正是有些材料在化学侵蚀和冻融破坏时易脆裂老化的主要厥因之一； 每年我国发电、炼钢工业捧出的粉煤灰、矿渣等，其数量以万吨计如何有效利用这些工业 废渣，就目前的研究还远远不够有机物添加料的这些局限性与。绿色建材”的环保发展方 向是不相适用的1 因此，研究与混凝土的成分相似且微观结合能力和变形协调能力强的 环保型无机添加料混凝土抗渗性能就显得十分必要 近年来，粉煤灰高性能混凝土的概念大有取代高强混凝土概念的趋势，因为人们认识 到强度这一单一的指标并不足以揭示结构材料的工作状态高性能混凝土首先要求的是具有 耐久性保证且成本经济的混凝土因此，要研究高性能混凝土，就不能不关注混凝土的抗渗 性能和添加料的经济成本所以，既能实现抗渗性能又能降低经济成本的添加料没过于粉煤 灰最优 1 4 研究的内容及思路 混凝土的服役期间，其抗渗性能并非是一个常数，其与龄期、浆体水化程度、添加料等 因素丝丝相扣。与微裂纹的延伸扩展更是密切相关正是因为涉及的影响因素太多，实验耗 功耗时，因此，目前人们在粉煤灰这一单掺的指标方面获得的研究成果还远远不能令人满意。 有必要在这方面进一步突破目前，粉煤灰的利用在单一的指标上作掺量的研究比较多。单 一功能的研究存在缺陷，因而粉煤灰和硫酸铝联掺的研究可以对混凝土的功能特点和性能等 作为补充弥补这一缺陷 4 贵州大学硕士学位论文漏凝土的抗渗性能研究 国内外研究抗渗混凝土的基本机理主要有l ：1 ) 膨胀密实机理：通过在混凝土中掺 入膨胀荆，补偿混凝土收缩，产生微膨胀达到抗收缩，因而具有抗裂性；同时膨胀成分水化 硫铝酸钙填充微裂缝达到密实抗渗的目的。但在实际工程中很少将膨胀剂单独用作防水2 ) 减水密实机理：通过掺加各类减水剂减少混凝土的水灰比和水泥用量，使混凝土中的毛细通 道减少，从而达到密实抗渗的效果，但在大量的工程实践中发现其受施工水平、环境条件影 响较大，如在4 2 h 内不及时连续浇水，导致收缩3 ) 憎水机理：通过高分子材料与水泥中 的化学成分结合，生成具有憎水性的网状化合物缺点是掺入混凝土中降低混凝土的早期强 度，价格偏高。4 ) 填充密实机理：此类包括水玻璃系列、脂肪酸系列、硅质粉末系列、铝 盐系列和氯化钙系列一般都认为这些材料或自身具有能堵塞毛细孔的凝胶或晶体，但都是 仅借助于反应方程式推断，尚无微观试验研究5 ) 微纤维抗裂防水机理口q 鲫：它是基于混 凝土中微裂缝向细裂缝发展的过程中必定碰到多条不同向的微纤维，从而改变裂缝的发展方 向，阻止了可见裂缝的产生6 ) 引气机理：在混凝土中加入引气剂防止贯通裂缝的产生 因为造成混凝土渗漏的主要原因：第一是混凝土内部存在大量的、连通性的粗大毛细管， 并且毛细管是亲水性的；第二是混凝土在硬化过程中产生的各种收缩导致的混凝土开裂。因 此，要从根本上解决混凝土的渗漏必须做到：减少毛细管数量，切断连通的毛细管，细化毛 细孔径，使毛细孔憎水化；减少混凝土的体积收缩，减少裂纹 2 s l ”1 基于以上思路的指导和分析。本文正是针对上述问题，结合实际情况，主要着眼于：膨 胀组分+ 增密固化组分等目标进行研究利用粉煤灰和硫酸铝等无机添加料联掺的方法来提 高混凝土的抗渗性能。具体工作是以普通砼为基础利用粉煤灰等无机添加料联掺的方法从以 下主要内容开展工作：密实组分粉煤灰的性能分析。抗渗机理分析，添加料的选用及对水泥收 缩的实验结果与分析，添加料掺量变化对混凝土抗渗性能的影响分析，抗渗混凝土机理的进 一步研究探讨 1 5 本课题研究的目的和意义 建筑工程的防水是建筑物使用功能中的一项重要内容因建筑物的渗漏，我国每年都 要花巨资进行防水维修，全国仅用于城市建筑物渗漏维修费用高达1 2 亿元以上啪。给国家 造成巨大的经济损失，当前我国城市建筑物的漏水率约为6 0 0 4 。给人民生活带来许多的不 便。渗漏产生的原因是多方面的。据统计，除设计不合理，施工失误、质量保证措施不严。 管理不善等原因外。作为防水工程基础的材料，其质量的不符合要求造成的渗漏约占2 6 【3 l 】 随着我国现代化建设步伐的加速，我国的工业与民用建筑、公共建筑中每年都有大量防 水工程和防潮工程，如：公路与铁路隧道、水利水电工程、人防工程、粮食备库、水塔、储 5 贵州大学硕士学位论文混凝土的抗渗性能研究 水池、污水处理厂等等随着建筑事业的不断发展，对工程的质量要求也越来越高，特别是 对于一些防水要求高的建筑，一般混凝土的防水性能以不能满足这些工程要求，采用防水混 t 凝土和防水砂浆是这些工程中最重要的防水措施，而掺入外加剂又是提高混凝土和砂浆防水 能力的最基础手段，只是在混凝土中掺入一定量的防水剂，方能达到日趋提高的防水抗渗入 使用要求同时由于粉煤灰添加料的掺入，提高了混凝土的抗渗防裂能力，从而也能显著提 高混凝土的耐久性既节约了成本。又提高了环保效益嘲。如铜陵电厂，该厂年燃煤达1 2 0 万吨，灰渣产生量约三分之一早在上世纪8 0 年代，该厂就致力于灰渣的综合利用研究，取 得了十分明显的社会、经济和环境效益该厂建成了安徽省当时电力系统惟一的水泥企业一 桂家湖水泥厂，将粉煤灰干灰作为水泥掺合科，其生产的“湖光牌”水泥创省优、国优，同 时为社会提供了就业机会此外，还将炉底渣用作建材原料，灰场湿粉煤灰主要用于筑路 据统计，从1 9 9 6 年至今，铜陵电厂共产生灰渣2 8 0 万吨，综合利用总量达2 2 0 多万吨，综合利 用率近8 0 粉煤灰综合利用共刨产值2 6 5 8 万元此外，从1 9 8 9 年至2 0 0 4 年，该厂两处灰场 累计减少贮灰量1 3 9 9 万吨，按每年储存3 0 万吨粉煤灰计算，己延长灰场使用期近5 年咖 粉煤灰在高速公路中应用，其社会效益、环境效益、经济效益更为可观如河北省在 邢台至临清高速公路一期工程建设中尝试用粉煤灰，沙土填路筑基，就取得了良好效果，工 程质量得到了河北省公路监理部门的高度评价该工程自2 0 0 3 年7 月动工后一年间，利用 粉煤灰2 0 万立方米。减少取土占用耕地2 0 0 余亩，一期工程完工后利用粉煤灰1 0 0 万立方米， 少占用耕地1 5 0 0 余亩贵州省贵遵高速公路施工工程综合利用耪煤灰量达4 0 万立方米，节 约建设资金5 0 多万元四川、云南、湖北、湖南等全国高速公路大都采用了大量的粉煤灰， 也取得了良好效果。而混凝土的高耐久性是高性能混凝土( h p c ) 最重要的技术要求之- a “i 因此，研究混凝土用防水抗裂的无机添加料：粉煤灰、硫酸铝等对克服防水工程渗漏、 提高防水工程的质量、提高混凝土的耐久性、将有效地贯彻环境保护和可持续发展战略具有 重要的实际意义 本课题研究的目的是在综合国内外的防水添加料研究的基础上通过试验，进行科学的 研究、合理的工艺设计，并对其抗渗的机理、性能进行分析，从而优选出最佳配比的抗渗混 凝土此种抗渗混凝土的创新之处是：利用无机添加料联掺方法，施工工艺简便，成本低廉， 原材料广泛，能应用于大中小各类型工程，从而有助于推动国民经济的发展，产生较好的经 济效益、社会效益和环保效益。 6 贵州大学硕士学位论文 混凝士的抗渗性能研究 第二章研究内容与方法 2 1 研究的内容 ( 1 ) 本课题依据抗渗混凝土的相关理论，以粉煤灰、硫酸铝作为复合添加料 制备抗渗混凝土 ( 2 ) 研究的内容是根据这两种添加料对混凝土的不同作用原理，在普通混凝 土的基础上进行试验，以粉煤灰作为主要添加料、硫酸铝作为膨胀成分联掺到普通 混凝土中，对混凝土的抗渗性能进行试验和分析具体如下： 添加料粉煤灰的理化性能分析及选用 添加料粉煤灰、硫酸铝对水泥的收缩性影响 添加料粉煤灰单掺对混凝土抗渗性能的影响 添加料粉煤灰、硫酸铝联掺对混凝土抗渗性能的影响 比较粉煤灰单掺与联掺对混凝土抗渗性能的影响 添加料粉煤灰、硫酸铝掺量变化对混凝土抗渗性能的影响 ( 3 ) 通过正交实验研究，在粉煤灰：硫酸铝的联掺技术上优化其不同添加料的 掺量，制备出抗渗性能较好，成本较经济的抗渗混凝土，应用于工程实践中 2 2 研究的方法 2 2 1 混凝土渗水原因分析 普通混凝土往往抗渗性不良，其主要原因是普通混凝土存在各种渗水“通道”， 这些“通道”包括以下几种嗍 混凝土未凝结硬化前泌水和离析形成的泌水孔 混凝土收缩变形形成的裂缝， 混凝土温度变化或荷载应力造成的裂缝 施工时因振捣不足，振捣不匀或漏振形成的孔洞 养护不当形成鲍迥性裂缝 混凝土使用过程中由于腐蚀介质的侵蚀使混凝土结构遭到破坏，在混凝土内 部形成大量裂缝 国内外多次研究证明，不是所有尺寸的孔隙和微裂缝都是渗水“通道”小于 2 5 r i m 的孔和封闭孔对混凝土的抗渗性影响很小。影响最大的是孔径大于l 岫的开 口孔和毛细管道因此，要制备高抗渗性的防水混凝土，必须尽可能的减少混凝土 中的孔隙率和微裂缝及各种影响抗渗性的缺陷，尤其是孔径大于h u n 的开口孔和 毛细管道焖 2 2 2 抗渗混凝土的防水原理 7 贲州大学磺士学位论文混凝土盼抗渗性能研究 目前，抗渗混凝土一般有普通防水混凝土、外加剂防水混凝土、膨胀水泥防水 混凝土这些混凝土都是依靠提高本身的密实性和憎水性来达到防水的目的，即通 过选择合适的骨科级配、降低水灰比、改善配合比以及掺入适量的添加科和外加剂 等，以减少和破坏存在于混凝土内部的毛细网络，来进行自防水鲫 目前，建筑工程用抗渗混凝土作为防水建材，与卷材防水相比，简化施工，成 本低廉，耐久性好，如有渗漏易检查易修补，并兼有承重和防水等多种功能 2 2 3 采取的技术途径 ( 1 ) 在配制普通混凝土的基础上，通过选择适宜的原料和添加料，调整混凝土 的配合比，尽可能提高混凝土的致密程度从而提高其抗渗性 ( 2 ) 通过掺入密实成份和膨胀成份来提高混凝土的抗渗性 粉煤灰的理化性能分析试验 粉煤灰，硫酸铝对水泥的收缩性试验 。 粉煤灰单掺对混凝土抗渗性能的试验 粉煤灰、硫酸铝联掺对混凝土抗渗性能的试验 2 2 4 抗渗等级的选择 抗渗混凝土既要满足抗渗要求，又要满足抗压强度要求。一般根据设计要求。计算出最 大水头，即最高水位高于地下室底面的距离与混凝土壁厚的比值来选定。所以，抗渗等级的 选择要参照混凝土等级的有关行业规定来确定，如表2 1 所示 表2 - 1防水混凝土抗渗等级选择 最大作用水头与建筑物最小壁厚 抗渗等级 由于防水混凝土不允许渗漏。其抗渗等级最低定为s 6 ( o 6 m p a ) 重要工程的抗渗等 级定为s l s 1 2 如按水力梯度( m ) 来选择抗渗等级，则可按表2 - 2 进行。 表2 - 2 防水混凝土抗渗等级选择 j 五5 抗渗混凝土的原料选择 2 2 5 1 水泥 水泥是最重要的建筑材料之一它广泛的应用于国民经济各个部门的基本建设之中它 的品种很多，目前应用最广泛的为硅酸盐水泥 8 责州大学硕士学位论文混凝土的抗活性能研究 ( 1 ) 硅酸盐水泥熟料的化学成分及矿物组成 熟科的化学成分 为了获得品质优良的水泥- 所用的原材料应具有一定的化学成分硅酸盐水泥生料在 经过高温煅烧成熟料的过程中，生料首先脱水和分解出氧化钙( c a o ) ，二氧化硅( s i 0 2 ) 、 三氧化二铝( a i - 口0 3 ) 、三氧化二铁( f e 2 0 ，) ，这些成分称为水泥熟科的化学成分通常， 硅酸盐水泥熟料化学成分的变动范围：c a o ，6 4 6 7 ；s i 0 2 ，2 1 - 2 4 ；j m 嘎，4 - 7 ： f e 2 0 3 2 - 4 水泥中除了这四种主要化学成分外，还含有少量的游离氧化钙( f c a o ) 、氧 化镁( m g o ) ，三氧化硫( s 0 3 ) 和碱质( n a 如，k 2 0 ) 等有害化学成分 为获得体积安定性合格的水泥。对上述四种有害化学成分的最大允许含量必须加以限 定，我国水泥新标准对各项品质指标的允许限制值列入下表2 - 3 中 表2 - 3 水泥新标准对各项品质指标的允许限制值 硅酸盐水泥 普通水泥 矿渣水泥 火山水泥 糟煤灰术泥 ( 普通) 大埙水泥 ( 矿渣) 大埂水泥 - - i 3 2 ，为粗砂；f m = 2 5 3 ，2 ，为中砂：f m = i 8 。2 5 ， 为细砂；f - m 8 0 ，其中含量最高的是清镇电厂的粉 煤灰 ， 3 i 1 2 采用扫描电子显微镜能量色散谱仪( 简称s 叫，e 璐) 分析 为进一步了解粉煤灰的特性，本文采用扫描电子显微镜能量色散谱仪( 简称s e d s ) 对各灰样的元素进行分析图3 - 3 - - 3 - 6 为各地粉= 噤灰用扫描电镜，能量色散谱所傲的放大倍 数为1 0 0 倍时的能量色散谱图同时对该放大倍数下的各地粉煤灰进行了元素定量检测检 测结果见表3 - 2 f _ 自_ - z 珥剃j h 舨 l h i 天天氕殳文八堂 w 图”贵阳1 ( e d s 图谱) s：昌：船拍“眈祁佰 窑一扣o品。d+o品tv园tsv 贵州大学磺士学位论文 混凝土的抗渗性能研究 f o _ i - t - t 7 4 1 0 航 l 一颃乳只一 天臭 图“贵阳r ( e d s 图谱) f _ 自k _ _ - z h z w s t _ 儿、；i 天六寞) i ：天堂 图3 - s 遵义( e d s 图谱) 图3 _ 6 清镇( e d s 图谱) 贵州大学顼士学位论文 混凝土的抗渗性能研究 表3 - 2 各地粉煤灰元素含量统计表 e | e m e a tc0 n a m g a i s is k ctif et o t a l 责用i 。4 ，9 8 | 9 , 4 9 0 2 6o , 4 36 8 81 2 7 10 9 61 敛2 3 ，1 6 97 _ 7 41 0 0 贵阳2 04 3 0 7 2 0 4 2 o 3 7 0 , 4 57 41 3 7 4o 8 41 6 52 j1 7 57 j 1 21 0 0 遵义2 7 0 32 6 0 4 00 2 7 1 2 6 41 7 1 61 0 01 , 4 13 0 7 l j 57 1 01 0 0 清镇3 6 7 42 3 1 30 4 00 2 79 8 9 1 4 3 9 o 7 6 1 8 22 2 5 i 刀0 舯1 0 0 平均值3 0 2 82 2 3 0 3 60 3 69 2 01 4 - 5 00 8 91 6 0 2 m 1 6 97 8 1 渡动范圈= 3 扣3 枷1 9 4 - 90 0 胁2 6 譬01 嚣川1 2 7 “1 0 肛7 6 ：扯4 13 2 胁2 5 ：= 。7 嚣1 027”矗髓 ll j 5 全国波动0 5 0 - - 2 3 , 5 3 - - o 伽。肛6 4 0 - l l 船0 0 3 - - o 丑一o 3 00 4 0 - 1 9 0 - - 苑围”“ 2 9 1 2 5 0 6 01 4 01 9 22 2 9 03 1 1 44 , 7 53 1 02 5 ，1 01 8 01 8 , 5 1 全国平均位2 4 , 6 1 4 7 8 30 , 3 10 1 5 21 5 2 62 3 5 00 3 21 0 42 3 10 7 1埘 通过粉煤灰表面的扫描电镜，能量色散谱的元素分析图谱及定量分析数据可见，耪煤灰含 有s i