大掺量粉煤灰混凝土抵抗碳化与钢筋锈蚀研究

1、大掺量粉煤灰混大掺量粉煤灰混凝土抵抗碳化与凝土抵抗碳化与钢筋锈蚀研究钢筋锈蚀研究北京建筑工程学院北京建筑工程学院宋少民宋少民粉煤灰在混凝土中广泛应用的背景粉煤灰在混凝土中广泛应用的背景v以高效减水剂为主的混凝土外加剂是现代混凝土重要的物质基础之一，是混凝土技术发挥的重要里程碑。v同时，也给混凝土带来了一些问题，主要是在大流态下对混凝土体积稳定性的影响。一、一、 外加剂与泵送混凝土外加剂与泵送混凝土减水剂对混凝土体积稳定性的影响减水剂对混凝土体积稳定性的影响v但对掺减水剂的混凝土，早期收缩的影响但对掺减水剂的混凝土，早期收缩的影响非常显著。非常显著。从裂缝产生的时间来分析，从裂缝产生的时间来分析

2、，1d1d之内的早期收缩增大，可能是混凝土开裂之内的早期收缩增大，可能是混凝土开裂的关键因素。的关键因素。v因此目前的化学外加剂收缩率比试验方法，因此目前的化学外加剂收缩率比试验方法，并没有完全反映减水剂对混凝土收缩的并没有完全反映减水剂对混凝土收缩的影影响程度。响程度。v大量的实验结果表明：大量的实验结果表明：从初凝至从初凝至24h24h，掺，掺减水剂混凝土的收缩率比要大得多减水剂混凝土的收缩率比要大得多。二、追求混凝土的高强度二、追求混凝土的高强度v在大流态的同时，混凝土不断追求高强在大流态的同时，混凝土不断追求高强度。度。这样混凝土在这样混凝土在早期收缩明显增大的早期收缩明显增大的同时同

3、时，由于水泥用量多，温度变形、干由于水泥用量多，温度变形、干缩和自收缩也随之增加。缩和自收缩也随之增加。 这样，泵送混凝土出现频繁的这样，泵送混凝土出现频繁的开裂，尤其在高强度时开裂，尤其在高强度时, ,采用采用高水泥高水泥用量用量, ,解决了强度和泵送施工的要求，解决了强度和泵送施工的要求，但是但是工程病害和耐久性问题十分突工程病害和耐久性问题十分突出。出。v在这样的大背景下，高性能混凝土技术开始出现。其技术核心是在高效减水剂和矿物细粉掺和料两大物质基石上实现实现低水胶比低水胶比、低、低水泥用量、低单位体积用水量等技术路线水泥用量、低单位体积用水量等技术路线。v其中其中矿物细粉掺和料在低胶比

4、条件下可以达到密实凝胶结构、改善界面、优化水化产物的技术目标。粉煤灰在混凝土中广泛应用的理由粉煤灰在混凝土中广泛应用的理由v充填行为和致密作用。充填行为和致密作用。粉煤灰是高温煅粉煤灰是高温煅烧的产物，其颗粒本身很小，且强度很烧的产物，其颗粒本身很小，且强度很高。高。优质粉煤灰微细颗粒分布于水泥浆优质粉煤灰微细颗粒分布于水泥浆体中水泥颗粒之间时，提高混凝土胶凝体中水泥颗粒之间时，提高混凝土胶凝体系的密实性体系的密实性。v需水行为和减水作用。需水行为和减水作用。由于粉煤灰的的由于粉煤灰的的颗粒大多是球形的玻璃珠，优质粉煤灰颗粒大多是球形的玻璃珠，优质粉煤灰由于其由于其“滚珠轴承滚珠轴承”的作用，

5、可以改善的作用，可以改善混凝土拌和物的和易性混凝土拌和物的和易性, ,减少混凝土单减少混凝土单位体积用水量，硬化后水泥浆体干缩小，位体积用水量，硬化后水泥浆体干缩小，提高混凝土的抗裂性。提高混凝土的抗裂性。v由于粉煤灰在早期反应活性低，降低了混凝土早期温升，抑制开裂。大掺量粉煤灰混凝土特别适合大体积混凝土。v活性行为和胶凝作用。粉煤灰的活性来源于它所含的玻璃体，在28天以后他逐渐与水泥水化生成的Ca(OH)2发生二次水化反应，生成低C/S的C-S-H和C-A-H、水化硫铝酸钙，强化了混凝土界面过渡区，同时提高混凝土的后期强度。v二次水化和较低的水泥熟料量使最终混凝土中的Ca(OH)2大为减少，

6、C-S-H品质提高，更加密实。可以有效提高混凝土抵抗化学侵蚀的能力。v尤其是粉煤灰的低反应活性、比水泥更细的微集料效应和低需水量比使得大掺量粉煤灰混凝土逐渐被接受。 未来的混凝土必须未来的混凝土必须从根本上减少水泥熟从根本上减少水泥熟料用量，必须更多地利用多种工业废料作为料用量，必须更多地利用多种工业废料作为其原材料；其原材料；未来的混凝土又必须是未来的混凝土又必须是高性能的，高性能的，尤其是耐久的。尤其是耐久的。大掺量粉煤灰混凝土就是在大掺量粉煤灰混凝土就是在这种背景下出现的。这种背景下出现的。 作为发展基础设施最重要的参与者以及作为发展基础设施最重要的参与者以及地球天然资源的主要消费者，地

7、球天然资源的主要消费者，混凝土工业需混凝土工业需要重新定向，接受有利于环境的工艺技术。要重新定向，接受有利于环境的工艺技术。加拿大大掺量粉煤灰混凝土经典试验加拿大大掺量粉煤灰混凝土经典试验强度与耐久性强度与耐久性抗 压 强 度 （ M Pa）1d7d28d90d1n4n10n10n 后 Cl-渗 透 性(库 仑 )145.657.263.463.376.297.399.823727.834.049.982.595.61101120358.463.466.869.179.287.191.2565441.551.459.975.688.299.4102381大掺量粉煤灰混凝土对钢筋锈蚀的担忧大掺量

8、粉煤灰混凝土对钢筋锈蚀的担忧v传统观念认为传统观念认为掺矿物掺和料加重混凝土碳化；掺矿物掺和料加重混凝土碳化；v传统认为，传统认为，碳化会降低混凝土的碱度，加速碳化会降低混凝土的碱度，加速钢筋锈蚀，钢筋锈蚀，涉及混凝土结构耐久性；涉及混凝土结构耐久性；v对于碳化和钢筋锈蚀的担忧对于碳化和钢筋锈蚀的担忧成为大掺量矿物成为大掺量矿物掺和料的推广使用的障碍。掺和料的推广使用的障碍。 试验用原材料试验用原材料 水泥：三河市燕郊新型建材有限公司生产的钻牌水泥：三河市燕郊新型建材有限公司生产的钻牌42.5#普通硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥 。粉煤灰：粉煤灰：粉煤灰粉煤灰 。砂：细度模数为砂：细度模数为2.4的

9、天然中砂。的天然中砂。石：石：525mm连续级配的天然石子。连续级配的天然石子。减水剂：聚羧酸高效减水剂，减水率为减水剂：聚羧酸高效减水剂，减水率为28%。大掺量粉煤灰混凝土的配合比大掺量粉煤灰混凝土的配合比(kg/m3) 编号编号BF%W/BCFSpSGW外加剂外加剂F1400 40 0.34 240 160 0.46 844 991 136 1.5%F 2400 40 0.37 240 160 0.46 830 974 148 1.0%F 3400 40 0.40 240 160 0.46 816 958 160 1.0%F 4400 40 0.45 240 160 0.46 792 92

10、9 180 1.0%F 5400 50 0.34 200 200 0.46 838 984 136 1.5%F 6400 50 0.37 200 200 0.46 824 967 148 1.0%F 7400 50 0.40 200 200 0.46 809 950 160 1.0%F 8400 50 0.45 200 200 0.46 785 922 180 1.0%F 9400 60 0.34 160 240 0.46 832 976 136 1.4%F 10400 60 0.37 160 240 0.46 817 960 148 1.5%F 11400 60 0.40 160 240 0

11、.46 803 943 160 1.0%F 12400 60 0.45 160 240 0.46 779 915 180 0.8%大掺量粉煤灰混凝土的配合比大掺量粉煤灰混凝土的配合比(kg/m3) F13480 40 0.34 288 192 46 776 911 163 1.0%F14480 40 0.37 288 192 0.46 759 890 178 0.8%F15480 40 0.40 288 192 0.46 741 870 192 0.6%F16480 40 0.45 288 192 0.46 712 836 216 0.5%F17480 50 0.34 240 240 0.46

12、 768 902 163 1.2%F18480 50 0.37 240 240 0.46 751 882 178 1.0%F19480 50 0.40 240 240 0.46 734 861 192 1.0%F20480 50 0.45 240 240 0.46 705 827 216 0.5%F21480 60 0.34 192 288 46 761 893 163 1.1%F22480 60 0.37 192 288 0.46 743 873 178 1.0%F23480 60 0.40 192 288 0.46 726 852 192 0.8%F24480 60 0.45 192 28

13、8 0.46 697 819 216 0.4%编号编号F%W/BW(kg/m3)坍落度坍落度(mm)28天天(MPa)90天天(MPa)270天天(MPa)F1400.3413619558.667.785.3F2400.3714816557.565.377.7F3400.4016018047.856.772.3F4400.4518021544.051.468.0F5500.3413618054.559.272.7F6500.3714817048.555.364.2F7500.4016021541.846.363.2F8500.4518022536.240.253.8F9600.34136165

14、42.548.157.4F10600.3714819538.043.256.0F11600.4016017038.342.753.0F12600.4518019530.237.650.7混凝土的抗压强度性能混凝土的抗压强度性能 F13400.34163 23059.5 66.7 81.6F14400.37178 23558.7 65.8 73.5F15400.40192 20048.0 56.1 71.6F16400.45216 21542.9 52.8 65.5F17500.34163 21051.0 59.8 71.6F18500.37178 18046.7 51.5 70.8F19500

15、.40192 21540.0 49.5 64.4F20500.45216 20031.2 40.0 54.9F21600.34163 23547.3 57.8 72.5F22600.37178 24039.0 43.7 62.7F23600.40192 23534.7 41.1 58.6F24600.45216 16029.3 39.9 55.2混凝土的抗压强度性能混凝土的抗压强度性能 组号F%W/B碳化深度(mm)组号F%W/B碳化深度(mm)F140 0.34 1.1F2540 0.34 6.2F240 0.37 4.6F2640 0.37 7.8F340 0.40 4.2F2740 0.

16、40 8.1F440 0.45 10.4F2840 0.45 9.1F550 0.34 2.4F2950 0.34 4.9F650 0.37 4.4F3050 0.37 7.3F750 0.40 5.9F3150 0.40 9.2F850 0.45 11.9F3250 0.45 14.0F960 0.34 7.5F3360 0.34 6.2F1060 0.37 8.1F3460 0.37 7.9F1160 0.40 9.5F3560 0.40 10.3F1260 0.45 13.3F3660 0.45 12.9大掺量粉煤灰混凝土碳化性能 水胶比在水胶比在0.340.40，粉煤灰掺量在，粉煤灰掺

17、量在40% 60%的大掺量粉煤灰混凝土的大掺量粉煤灰混凝土28天抗碳天抗碳化能力基本良好，化能力基本良好，碳化深度低碳化深度低10mm 。胶凝材料胶凝材料用量为用量为400kg/m3，粉煤灰掺量不超过，粉煤灰掺量不超过50%，水，水胶比不大于胶比不大于0.40时，大掺量粉煤灰混凝土时，大掺量粉煤灰混凝土28天天最大碳化深度为最大碳化深度为5.9mm，最小碳化深度为最小碳化深度为1.1mm。 (a) W/B为为0.34 (F1) (b) W/B为为0.37 (F2)(c) W/B为为0.40(F3)图图15 混凝土的混凝土的28天碳化天碳化(粉煤灰掺量粉煤灰掺量40%) (a) W/B为为0.3

18、4 (F5) (b) W/B为为0.37 (F6)(c) W/B为为0.40 (F7)图图16混凝土的混凝土的28天碳化天碳化(粉煤灰掺量粉煤灰掺量50%)l活性粉末混凝土抗碳化性能试验活性粉末混凝土抗碳化性能试验图图17 胶凝材料为胶凝材料为400kg/m3时混凝土的碳化性能时混凝土的碳化性能大掺量粉煤灰高性能混凝土研究碳化深度减小碳化深度减小粉煤灰掺量减少粉煤灰掺量减少水胶比降低水胶比降低无锈蚀无锈蚀失重率失重率0.25图18 混凝土中无锈蚀钢筋大掺量粉煤灰混凝土钢筋锈蚀试验大掺量粉煤灰混凝土钢筋锈蚀试验 锈蚀 弱 强7mm12mm0.250.400.41 (F4)0.45 (F28)0.

19、79 (F28)钢筋失重率图19 混凝土中锈蚀钢筋试验结论试验结论v钢筋保护层厚度为钢筋保护层厚度为20mm20mm时，时，水胶比在水胶比在0.340.340.450.45，粉煤灰掺量在，粉煤灰掺量在40% 40% 60%60%，胶凝材料用量为胶凝材料用量为400 400 480kg/m480kg/m3 3的大掺的大掺量粉煤灰混凝土可以保证钢筋不锈蚀。量粉煤灰混凝土可以保证钢筋不锈蚀。 (a) 保护层为12mm (b) 保护层为7mm图20 胶凝材料为400kg/m3时的钢筋锈蚀失重率大掺量粉煤灰高性能混凝土研究钢筋锈蚀试验 (a) 保护层为12mm (b) 保护层为7mm图21 胶凝材料为480kg/m3时的钢筋锈蚀失