复合矿粉对高性能混凝土性能影响研究

1、复合矿粉对高性能混凝土性能影响研究张伟刚,于素健,迟培云(青岛理工大学,山东青岛266033【摘要】论述了普通混凝土耐久性差的原因,试验了单掺和复合掺矿粉混凝土的和易性、强度及抗渗性、抗冻融性、抗腐蚀性等耐久性指标。【关键词】复合矿物;高性能混凝土;耐久性【中图分类号】T U528131【文献标识码】B【文章编号】1001-6864(200604-0016-02近一个世纪以来,混凝土结构设计人员对材料的强度特性非常重视,但没有认识到材料耐久性的重要性。由于材料耐久性不足而破坏引起的结构修理和更换费用急剧上升,迫使结构工程师考虑材料耐久性。高性能混凝土的高耐久性为建造跨世纪的现代大型建筑物提供了

2、可靠的技术保证。所以研究提高混凝土耐久性具有十分重要的技术经济意义。1普通混凝土耐久性差的原因1.1普通混凝土中存在化学不稳定性物质普通混凝土的内部存在较多数量的化学不稳定性物质,如氢氧化钙、水化铝酸钙等,它们在腐蚀环境中会产生溶出性腐蚀、离子交换腐蚀或膨胀性腐蚀,从而使硬化混凝土的物理力学性能和耐久性下降。1.2普通混凝土中存在大量宏观孔隙混凝土拌合时,为了保证混凝土拌合物具有一定工作性,需要加入比水泥完全水化所需水量多得多的水,这些多余的水会在混凝土中形成水泡,蒸发后形成毛细孔。由于孔隙的存在,水泥石中的一些组分可以溶出并向外扩散,产生溶蚀。同时,环境中的一些有害组分也容易进入水泥石,使水

3、泥石受到腐蚀。1.3普通混凝土中粗骨料周围存在明显的过渡区在普通混凝土中粗骨料周围一定范围内的区域,其结构与性能不同于硬化水泥石本体。在骨料周围界面处有一层大约510m的多孔隙层即过渡区。由于泌水作用,水和Ca (OH2会向这一区域富集,使得这一区域水泥浆的实际WC 大于本体中的WC,Ca(OH2六角板状晶体呈层状排列,导致这一区域水泥石的结构比较疏松。2复合矿粉的化学组成及其作用机理将粉煤灰和矿渣粉按31比例混合均匀即成复合矿粉。粉煤灰、矿渣粉以及复合矿粉的化学组成见表1。表1粉煤灰、矿渣及其复合矿粉的化学组成和细度化学成分S iO2Al2O3Fe2O3CaO M gO S O3Na2O P

4、2O5K2O碱度烧失量比表面积/cm2g-1由于粉煤灰中含有大量玻璃体球形颗粒,内部结构致密,几乎没有裂隙,与其它多孔结构的活性混合材料相比,内比表面积较小,吸附水的能力较小,因而使混凝土的干缩小,抗裂性较高。另外,粉煤灰能有效降低水泥的水化热已被大家所公认,这对减小混凝土内外温差,保证高性能混凝土的体积稳定性具有非常重要的作用。在新拌混凝土中,粉煤灰微珠既有独特的“滚珠轴承”和“解絮”行为,又能与水泥和细砂共同发挥混凝土颗粒级配中的微集料充填作用,其充填的特点是活性充填,即粉煤灰活性颗粒的水化反应,消耗大量的易被腐蚀的Ca(OH2,使粉煤灰颗粒与水泥浆体的界面胶合,并对水泥浆体和骨料的界面起

5、致密作用。粉煤灰的致密作用减少了混凝土中的孔隙体积和较粗的孔隙,特别是填充了浆体中的毛细孔通道,从而能显著延缓C O2、Cl-、水及氧等在混凝土中的扩散。这对混凝土的耐久性非常重要。但是,由于粉煤灰的化学活性相对较低,在掺量较高的情况下,对混凝土的早期强度影响较大。为了弥补粉煤灰的这一缺陷,在粉煤灰中复合活性较高的矿渣粉。粉煤灰复合矿渣粉后,提高了火山灰活性效应,增加了体系中微粒间的化学交互、诱导激发作用,因此提高了粉体的化学活性,其活性效应可从表2的混凝土各龄期强度发展情况得到明显体现。3复合矿粉对高性能混凝土性能的影响试验采用对比的方法,即在混凝土中分别掺加粉煤灰、矿渣粉及复合矿粉各50%

6、,标准养护到一定龄期后分别进行抗压强度、抗渗性、抗化学腐蚀性以及抗冻融性试验。配制混凝土所用原材料:大宇水泥PO4215R,28d抗压强度4716MPa;大沽河砂,细度模数f=2185,含泥量114%;花岗岩碎石,最大粒径D M=25mm,含泥量0126%;自来水;C M-1高性能减水剂,掺量210%,引气量约61低温建筑技术2006年第4期(总第112期415%,减水率约25%;粉煤灰、矿渣粉及复合矿粉的化学组成及细度见表1。3.1混凝土配合比及其流动性和抗压强度试验结果见表2。表2混凝土配合比及其流动性和抗压强度序号混凝土配合比/(kgm-3C S G W粉煤灰矿渣复合粉C M-1坍落度/

7、cm含气量/%抗压强度/MPa7d28d60d从表2可看出,掺加复合矿粉的混凝土拌合物的流动性要比单掺粉煤灰或单掺矿渣粉的混凝土拌合物的流动性大,28d抗压强度分别提高22%和5%,60d抗压强度分别提高31%和11%;与纯水泥混凝土(序号0相比,只是单掺粉煤灰的混凝土的28d强度稍低,但到60d时均超过纯水泥混凝土的强度,说明矿物质掺合料的潜在化学活性随着龄期的延长逐渐得到发挥,并且强度增长速度要比纯水泥混凝土快得多。3.2混凝土抗渗性、抗冻融性及耐化学腐蚀性混凝土的抗渗性采用逐渐施加水压法,即每8h增加水压012MPa,一直增加到310MPa,然后劈开试件测定其平均渗透深度;混凝土的抗冻融

8、性采用标准养护28d的棱柱体试件(100mm×100mm×400mm进行快速冻融,300次冻融循环后分别测定其相对动弹性模量,然后计算其耐久性系数DF;混凝土的耐化学腐蚀性采用模拟腐蚀介质浸泡法,腐蚀介质的化学成分为:Mg2+3500mgL,S O42-6550mgL,Cl-6150mgL,NH4+600mgL,将标准养护28d的立方体试件分别浸泡于20±2的淡水和腐蚀介质中180d,然后分别测定抗压强度,计算耐腐蚀系数。表3矿粉掺加方法对混凝土耐久性的影响序号3MPa水压下渗透高度/cm300次冻融循环DF/%浸泡180d后抗压强度/MPa淡水中腐蚀介质中耐蚀系

9、数06578641145150171综合表2和表3的试验结果可以看出,纯水泥混凝土抗渗能力较低,耐化学介质腐蚀的能力也较差;在混凝土中复合掺加两种混合材料,不只是两种混合材料的简单混合,而是有意识地使两种混合材料互相取长补短,产生单一混合材料不能有的优良效果。粉煤灰和矿渣复合掺入混凝土后,混凝土拌合物的和易性更好,硬化混凝土的结构更加密实,早期强度和后期强度都得到提高,表明混凝土耐久性的各项指标诸如抗渗性、抗冻融性以及耐化学腐蚀性等性能均有显著改善。4复合矿粉对混凝土绝热温升的影响试验时采用的混凝土配合比与表2中序号3的配合比相同。将搅拌好的混凝土拌合物浇注成300mm×300mm&

10、#215;500mm的试件,模板底面和四周均内衬50mm厚聚苯乙烯泡沫板并进行密封,从而使混凝土试件处于绝热状态。浇注混凝土时,在混凝土试件的竖向中轴线上由上到下均匀布置5个测温点,测点间距均为10cm,并预先埋置热电偶,在不同的时间间隔,利用数显温度计测定混凝土温度变化,并绘制混凝土绝热温升变化曲线(见下图 。由混凝土绝热温升变化曲线可以看出,混凝土浇注后约40h,混凝土内部绝热温升达到最大值,并保持这一状态约15h 之后温度开始降低。最高温度与出料差值最大约为19,说明掺加复合矿粉后的混凝土拌合物适合于浇注大体积混凝土。5结语(1在粉煤灰中复合25%矿渣粉后,能有效提高粉煤灰的活性,使混凝土的早期和后期强度均有明显提高,并且适合于浇筑大体积混凝土。(2复合掺加矿粉比单掺粉煤灰或矿渣粉对混凝土的和易性、强度和耐久性有更优越的效果,并且可以降低水泥用量高达50%,其技术经济