大掺量粉煤灰混凝土抵抗碳化与钢筋锈蚀研究

大掺量粉煤灰混凝土抵抗(dǐkàng)碳化与钢筋锈蚀研究北京(běijīnɡ)建筑工程学院宋少民共三十五页粉煤灰在混凝土中广泛应用的背景(bèijǐng)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。同时(tóngshí)，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、外加剂与泵送混凝土共三十五页减水剂对混凝土体积(tǐjī)稳定性的影响但对掺减水剂的混凝土，早期收缩的影响非常显著。从裂缝产生的时间来分析，1d之内的早期收缩增大，可能(kěnéng)是混凝土开裂的关键因素。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影响程度。大量的实验结果表明：从初凝至24h，掺减水剂混凝土的收缩率比要大得多。共三十五页二、追求(zhuīqiú)混凝土的高强度在大流态的同时，混凝土不断追求高强度。这样混凝土在早期收缩明显增大的同时，由于水泥用量多，温度(wēndù)变形、干缩和自收缩也随之增加。共三十五页

这样，泵送混凝土出现频繁的开裂，尤其在高强度时,采用高水泥用量,解决(jiějué)了强度和泵送施工的要求，但是工程病害和耐久性问题十分突出。共三十五页在这样的大背景下，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(kuàngwù)细粉掺和料两大物质基石上实现低水胶比、低水泥用量、低单位体积用水量等技术路线。其中矿物细粉掺和料在低胶比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。共三十五页粉煤灰在混凝土中广泛应用的理由(lǐyóu)充填行为和致密作用。粉煤灰是高温(gāowēn)煅烧的产物，其颗粒本身很小，且强度很高。优质粉煤灰微细颗粒分布于水泥浆体中水泥颗粒之间时，提高混凝土胶凝体系的密实性。共三十五页需水行为和减水作用。由于粉煤灰的的颗粒大多是球形的玻璃珠，优质粉煤灰由于其“滚珠轴承”的作用，可以(kěyǐ)改善混凝土拌和物的和易性,减少混凝土单位体积用水量，硬化后水泥浆体干缩小，提高混凝土的抗裂性。共三十五页由于(yóuyú)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。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。共三十五页二次水化和较低的水泥熟料(shúliào)量使最终混凝土中的Ca(OH)2大为减少，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。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。共三十五页未来的混凝土必须从根本上减少水泥(shuǐní)熟料用量，必须更多地利用多种工业废料作为其原材料；未来的混凝土又必须是高性能的，尤其是耐久的。大掺量粉煤灰混凝土就是在这种背景下出现的。作为发展基础设施最重要的参与者以及地球天然资源的主要消费者，混凝土工业需要重新定向，接受有利于环境的工艺技术。共三十五页加拿大大掺量粉煤灰混凝土经典(jīngdiǎn)试验共三十五页强度(qiángdù)与耐久性共三十五页大掺量粉煤灰混凝土对钢筋锈蚀(xiùshí)的担忧传统观念认为掺矿物掺和料加重(jiāzhòng)混凝土碳化；传统认为，碳化会降低混凝土的碱度，加速钢筋锈蚀，涉及混凝土结构耐久性；对于碳化和钢筋锈蚀的担忧成为大掺量矿物掺和料的推广使用的障碍。共三十五页试验(shìyàn)用原材料水泥：三河市燕郊新型建材有限公司生产(shēngchǎn)的钻牌42.5#普通硅酸盐水泥。

粉煤灰：Ⅱ粉煤灰。

砂：细度模数为2.4的天然中砂。

石：5～25mm连续级配的天然石子。

减水剂：聚羧酸高效减水剂，减水率为28%。共三十五页大掺量粉煤灰混凝土的配合(pèihé)比(kg/m3)编号BF%W/BCFSpSGW外加剂F1400400.342401600.468449911361.5%F2400400.372401600.468309741481.0%F3400400.402401600.468169581601.0%F4400400.452401600.467929291801.0%F5400500.342002000.468389841361.5%F6400500.372002000.468249671481.0%F7400500.402002000.468099501601.0%F8400500.452002000.467859221801.0%F9400600.341602400.468329761361.4%F10400600.371602400.468179601481.5%F11400600.401602400.468039431601.0%F12400600.451602400.467799151800.8%共三十五页大掺量粉煤灰混凝土的配合(pèihé)比(kg/m3)F13480400.34288192467769111631.0%F14480400.372881920.467598901780.8%F15480400.402881920.467418701920.6%F16480400.452881920.467128362160.5%F17480500.342402400.467689021631.2%F18480500.372402400.467518821781.0%F19480500.402402400.467348611921.0%F20480500.452402400.467058272160.5%F21480600.34192288467618931631.1%F22480600.371922880.467438731781.0%F23480600.401922880.467268521920.8%F24480600.451922880.466978192160.4%共三十五页编号F%W/BW(kg/m3)坍落度(mm)28天(MPa)90天(MPa)270天(MPa)F1400.3413619558.667.785.3F2400.3714816557.565.377.7F3400.4016018047.856.772.3F4400.4518021544.051.468.0F5500.3413618054.559.272.7F6500.3714817048.555.364.2F7500.4016021541.846.363.2F8500.4518022536.240.253.8F9600.3413616542.548.157.4F10600.3714819538.043.256.0F11600.4016017038.342.753.0F12600.4518019530.237.650.7混凝土的抗压强度(kànɡyāqiánɡdù)性能共三十五页F13400.3416323059.566.781.6F14400.3717823558.765.873.5F15400.4019220048.056.171.6F16400.4521621542.952.865.5F17500.3416321051.059.871.6F18500.3717818046.751.570.8F19500.4019221540.049.564.4F20500.4521620031.240.054.9F21600.3416323547.357.872.5F22600.3717824039.043.762.7F23600.4019223534.741.158.6F24600.4521616029.339.955.2混凝土的抗压强度(kànɡyāqiánɡdù)性能共三十五页组号F%W/B碳化深度(mm)组号F%W/B碳化深度(mm)F1400.341.1F25400.346.2F2400.374.6F26400.377.8F3400.404.2F27400.408.1F4400.4510.4F28400.459.1F5500.342.4F29500.344.9F6500.374.4F30500.377.3F7500.405.9F31500.409.2F8500.4511.9F32500.4514.0F9600.347.5F33600.346.2F10600.378.1F34600.377.9F11600.409.5F35600.4010.3F12600.4513.3F36600.4512.9大掺量粉煤灰混凝土碳化性能共三十五页

水胶比在0.34～0.40，粉煤灰掺量在40%～60%的大掺量粉煤灰混凝土28天抗碳化能力基本良好，碳化深度低10mm

。胶凝材料(cáiliào)用量为400kg/m3，粉煤灰掺量不超过50%，水胶比不大于0.40时，大掺量粉煤灰混凝土28天最大碳化深度为5.9mm，最小碳化深度为1.1mm。共三十五页

(a)W/B为0.34(F1)(b)W/B为0.37(F2)(c)W/B为0.40(F3)图15混凝土的28天碳化(粉煤灰掺量40%)共三十五页

(a)W/B为0.34(F5)(b)W/B为0.37(F6)(c)W/B为0.40(F7)图16混凝土的28天碳化(粉煤灰掺量50%)共三十五页水泥(shuǐní):99kg/m3活性粉末(fěnmò)混凝土抗碳化性能试验通过对五个优化配合比的抗碳化性能试验研究，混凝土的碳化均停留在试块的表面，未进入混凝土试块深层，其中碳化深度最大一组仅有4mm水泥:279kg/m3水泥:495kg/m3共三十五页图17胶凝材料(cáiliào)为400kg/m3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(shēndù)减小粉煤灰掺量减少水胶比降低共三十五页无锈蚀(xiùshí)失重率<0.25％图18混凝土中无锈蚀(xiùshí)钢筋大掺量粉煤灰混凝土钢筋锈蚀试验共三十五页

锈蚀(xiùshí)

弱强7mm12mm0.25％～0.40％0.41％(F4)0.45％(F28)0.79％(F28)钢筋失重率图19混凝土中锈蚀(xiùshí)钢筋共三十五页试验(shìyàn)结论钢筋保护层厚度(hòudù)为20mm时，水胶比在0.34～0.45，粉煤灰掺量在40%～60%，胶凝材料用量为400～480kg/m3的大掺量粉煤灰混凝土可以保证钢筋不锈蚀。共三十五页

(a)保护层为12mm(b)保护层为7mm图20胶凝材料(cáiliào)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共三十五页

(a)保护层为12mm(b)保护层为7mm图21胶凝材料(cáiliào)为480kg/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共三十五页试验(shìyàn)结论在胶凝材料(cáiliào