低钙高钙粉煤灰混凝土性能研究

低钙高钙粉煤灰混凝土性能研究

随着建筑材料的发展，粉煤灰被广泛应用于土木工程、公路、桥梁等项目中。高钙粉是灰绿色粉末的重要组成部分。据推测，本世纪末，粉煤灰约占%，这是高钙粉。由于高钙粉中的f-cao可能引起水泥的安定性问题，因此有限。国内外已开展了一些关于高钙粉煤灰作为混凝土掺和料的应用研究,研究主要集中在高钙粉煤灰对混凝土安定性、力学性能、抗裂性能、碳化效果分析与作用机理和水化过程与微观作用机理[5,6,7,8,9,10,11,12]等方面,但高钙粉煤灰对混凝土长期影响的系统研究还相对滞后.本文研究了高钙、低钙粉煤灰对结构混凝土力学性能与长期性能影响(坍落度、抗压强度、碳化、抗氯离子渗透、干湿循环),确定了粉煤灰品种变化对结构混凝土劣化性能影响程度.1材料和方法1.1粉煤灰的化学成分中国水泥厂P.Ⅰ42.5普硅水泥,化学组成如表1所示,低钙灰、高钙灰为扬州华雄粉煤灰(FA1)和南京下关电厂脱硫粉煤灰(FA2),粉煤灰化学成分、物理性能如表2、表3所示,粗骨料为安徽和县5—25mm连续级配碎石,细骨料细度模数2.46,江苏建筑科学研究院PCA聚羧酸减水剂.1.2由聚凝材料组成和混凝土配合比1.3混凝土试件养护按表4配合比制成100mm×100mm×100mm混凝土试件、100mm×100mm×300mm混凝土碳化试件、100mm×100mm×400mm棱柱体混凝土试件和直径100mm×厚度50mm圆形试块,静置24h后拆模放入标准养护室内养护,一部分100mm×100mm×100mm混凝土试件养护到规定龄期进行混凝土抗压强度检测,100mm×100mm×300mm混凝土试件标准养护室养护26d,60℃温度下烘48h,留下相对两个侧面,其余表面用石腊密封.直径100mm、厚度50mm圆形试块标准养护室水池中养护,试验前7d加工成标准试件养护到试验龄期,另一部分100mm×100mm×100mm与100mm×100mm×400mm标准养护28d进行干湿循环试验.1.4测试1.4.1混凝土力学试验按照《普通混凝土力学性能试验方法》(GB/T50081-2002)进行.1.4.2混凝土固碳试验按《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》(GBJ82-85)进行.1.4.3混凝土氯离子扩散系数按照《混凝土结构耐久性设计与施工指南》(CCES2004-01)进行.在试件两端施加30V直流电压,记录并联电压、串联电流、电解液初始和最终温度.从橡胶筒中移出试件在压力试验机上劈成两半,劈开试件表面喷涂0.1mol/LAgNO3溶液,测量显色分界线离底面距离,测定数据取平均值即为显色深度,根据下面公式计算混凝土氯离子扩散系数.DRCM.0=2.872×10−6Th(xd−axd√)ta=3.338×10−3Th−−−√DRCΜ.0=2.872×10-6Τh(xd-axd)ta=3.338×10-3Τh式中,DRCM0为混凝土氯离子扩散系数,m2/s1;T为阳极电解液初始和最终温度的平均值,K;h为试件高度,m;Xd为氯离子扩散深度,m;t为通电试验时间,s;ɑ为辅助变量.1.4.4试验循环循环仿真试验淡水中浸泡试件12h,80℃下烘干12h,从80℃降温到20℃±5℃为一个循环,研究试件在0,15,30、45、60次干湿循环下抗压强度损失、相对动弹性模量、质量损失等损伤参数的变化规律.2试验结果与讨论2.1混凝土养护龄期对混凝土抗压强度的影响从表4可以看到,保持胶凝材料用量、水胶比和减水剂掺量不变情况下,掺加低钙、高钙粉煤灰混凝土具有比空白混凝土更大的初始流动度,其初始流动度分别达到200mm和195mm,且掺加低钙和高钙粉煤灰混凝土出机时和易性好,无离析、泌水现象出现,同时掺加低、高钙粉煤灰的混凝土坍落度保持性都很好,1h以后掺加低钙、高钙粉煤灰混凝土流动度为186mm与167mm,低钙、高钙粉煤灰对混凝土工作性能影响不大.掺加低钙、高钙两种粉煤灰混凝土以及空白混凝土抗压强度发展情况如图1所示,从图1可以看到,随着养护龄期增加,掺加不同品质粉煤灰混凝土与空白混凝土抗压强度逐渐增加,相同养护龄期里高钙粉煤灰混凝土具有比低钙粉煤灰混凝土更高的抗压强度.2.2混凝土的碳化深度掺加低钙、高钙两种粉煤灰与空白混凝土的碳化深度变化如图2所示,随碳化时间增长,空白混凝土、掺加低钙、高钙粉煤灰混凝土碳化深度都增加.其中空白混凝土的碳化深度最小,7d碳化深度达0.2mm,14d碳化深度达1.23mm,28d碳化深度达1.46mm;掺低钙粉煤灰混凝土碳化深度变化最大,7d碳化深度达2.2mm,14d碳化深度达2.76mm,28d碳化深度达5.58mm;掺高钙粉煤灰混凝土7d碳化深度达到1.54mm,14d碳化深度达2.06mm,28d碳化深度达4.03mm,在相同碳化时间里,掺加低钙粉煤灰混凝土具有比掺加低钙粉煤灰混凝土更大的碳化深度.2.3煤灰能吸附不同离子混凝土中的氯离子扩散系数从图3可以看到,空白混凝土氯离子扩散系数为5.46×10-12m2/s,具有比掺粉煤灰混凝土更高的氯离子扩散系数,其主要原因是混凝土掺加低钙、高钙粉煤灰后,粉煤灰能吸附一定量的Cl-离子而降低混凝土的氯离子扩散系数,从图3中还可以看到,掺低钙、高钙粉煤灰对混凝土氯离子扩散系数影响不明显,扩散系数保持在5×10-12m2/s左右,而掺加高钙粉煤灰的混凝土与掺低钙粉煤灰的混凝土相比,具有较低氯离子扩散系数,其主要原因是掺低钙、高钙粉煤灰混凝土养护28d后,掺高钙粉煤灰混凝土比掺低钙粉煤灰混凝土具有更高的混凝土抗压强度,这表明掺高钙粉煤灰混凝土比掺低钙粉煤灰混凝土具有更小孔隙率,从而导致掺加高钙粉煤灰的混凝土氯离子扩散系数相对较小.2.4影响碳灰粉质量对混凝土的干燥循环的破坏2.4.1混凝土相对抗压强度从图4可以看到,随着循环次数增加,空白混凝土与掺低钙、高钙粉煤灰混凝土相对抗压强度首先逐渐增加然后降低,在干湿循环初始阶段,随着循环次数增加,空白混凝土与掺低钙、高钙粉煤灰混凝土相对抗压强度逐渐增加,这表明随着干湿循环次数增加水化物越来越多,混凝土越来越致密;干湿循环超过30次后随着次数增加,空白混凝土与掺低钙、高钙粉煤灰混凝土受到温度应力和湿胀干缩因素影响越来越强,试件表面出现大量裂纹.同时值得注意的是,干湿循环对掺低钙、高钙粉煤灰混凝土相对抗压强度变化有影响,初始阶段掺低钙粉煤灰混凝土相对抗压强度增加程度大于掺高钙粉煤灰混凝土相对抗压强度增加,干湿循环超过30次后高钙粉煤灰混凝土材料受干湿循环破坏而导致对混凝土相对抗压强度劣化损伤小于低钙粉煤灰混凝土相对抗压强度劣化损伤程度.2.4.2相对动弹性模量劣化损伤程度比掺高钙粉煤灰混凝土相对动弹性模量劣化损伤程度比掺高钙粉煤灰混凝土相对动弹性模量劣化损伤程度高从图5可看到,随着循环次数增加空白混凝土与掺加低钙、高钙粉煤灰的混凝土相对动弹性模量初始阶段呈上升趋势,30次干湿循环后相对动弹性模量有下降趋势.干湿循环对掺低钙、高钙粉煤灰混凝土相对动弹性模量变化有影响,干湿循环初期掺低钙粉煤灰的混凝土的相对动弹性模量的增加程度比掺高钙粉煤灰的混凝土相对动弹性模量增加快,30次干湿循环后高钙粉煤灰混凝土材料受干湿循环破坏而导致相对动弹性模量劣化损伤程度小于低钙粉煤灰混凝土相对动弹性模量劣化损伤程度,其主要原因是高钙、低钙粉煤灰混凝土养护28d时,掺高钙粉煤灰混凝土具有比掺低钙粉煤灰混凝土更高的水化速度,高钙粉煤灰混凝土残余粉煤灰颗粒比低钙粉煤灰混凝土中残余粉煤灰颗粒少,干湿循环过程中低钙粉煤灰混凝土中残余粉煤灰颗粒继续水化,低钙粉煤灰混凝土相对动弹性模量增加速度比高钙粉煤灰混凝土相对动弹性模量增加速度快,30次干湿循环后掺低钙粉煤灰混凝土受到温度应力和湿胀干缩因素影响比掺高钙粉煤灰混凝土更大,低钙粉煤灰混凝土材料受干湿循环破坏而导致的相对动弹性模量劣化损伤程度大于高钙粉煤灰混凝土相对动弹性模量劣化损伤程度.2.4.3混凝土干法循环次数对试件质量的影响从图6可以看到,空白混凝土与掺低钙、高钙粉煤灰混凝土在初始循环阶段混凝土质量减少,15次循环后随着混凝土干湿循环次数的增加而增加,其主要原因是在初始循环阶段,空白混凝土与掺低钙、高钙粉煤灰混凝土随着干湿循环次数增加水泥熟料水化彻底,混凝土中可溶物溶出,45次干湿循环后试件水化基本结束,混凝土开始吸水,导致混凝土试件质量有所增加.3煤灰混凝土驳岸碳化(1)掺加低钙、高钙粉煤灰对混凝土坍落度影响不大,随着养护龄期的增加掺加高钙、低钙粉煤灰的混凝土抗压强度逐渐增加,相同养护龄期里高钙粉煤灰混凝土抗压强度大于低钙粉煤灰混凝土;(2)随着碳化时间增长掺低钙、高钙粉煤灰混凝土碳化深度增加.在相同碳化时间里掺低钙粉煤灰的混凝土碳化深度比掺高钙粉煤灰混凝土大.掺低钙、高钙粉煤灰对混凝土氯离子扩散系数影响不明显,掺高钙粉煤灰混凝土氯离子扩散系数相对掺低钙粉煤灰混凝土比较小;(3)随着循环次数增加,掺低钙、高