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不同水胶比下粉煤灰混凝土抗氯盐及碳化腐蚀性能研究

时间:2022-06-18 来源:世旅网
2011年第9期l总第263期)混凝土理论研究Number9in20I1(TotalNo.263)ConcreteTHEORETICALRESEARCHdoi:10.3969/j.issn.1002—3550.2011.09.013不同水胶比下粉煤灰混凝土抗氯盐及碳化腐蚀性能研究冯庆革8.v,姜丽。。李浩璇8,陈正。。杨绿峰。(广西大学a.环境学院;b.化学化工学院;e.工程防灾与结构安全重点实验室。广西南宁530004)摘要:通过加速碳化试验及快速氯离子渗透试验(RcPT)研究了不同水胶比和不问粉煤灰掺量下混凝土的抗氯盐及碳化腐蚀性能,结果表明:粉煤灰对混凝土抗氯盐和碳化的性能影响机制明显不同。氯盐破坏情形,不论水胶比水平在O,5以上或0.35以下,粉煤灰的掺入对于改善混凝土抗氯离子侵蚀性能皆有明显效果;且水化中后期,火山灰效应的发挥逐渐赶超水胶比的影响成为混凝土抗氯盐性能的主导因素。而粉煤厌混凝土的抗碳化件能发展始终受水胶比影响显著,相对参比普通混凝土,相同粉煤灰掺量混凝土的抗碳化性能因水胶比高低水平不同而呈现两极分化趋势。关键词:粉煤灰;水胶比;碳化;氯离子;耐久性中图分类号:11J528.Ol文献标志码:A文章编号:1002—3550(2011)09—0044—03Researchonresistivitytocarbonationandchlorideionofflyashconcreteatdifferentwater-binderratiosFENGQing-ge“。JIANGLi6。LlHao・x∞nb,CttENZheng‘,YANGL应・feng。(&CollegeofEnvironment;b.College&ChemistryandChemicalEngineering;C.KeyLaboratoryofDisasterPreventionandStructuralSafety,GuangxiUniversity,Nanning530004,China)Abstract:Basedonacceleratedcarbonationtestandrapidchloridepenetrationtest(RCPT),thisstudysystematicallyexaminedthechlorideandcarbonationdurabilityperformanceofconcreteincorporating15%、30%flyashincomparisontoordinaryPortlandcementconcretewithsimilarwater-binderratiostotherangeofoverO.5andbelow0.35.Furthermore.theinfluencemechanismofflyashonthecarbonationandchlorideresis-taneewerediscussed.Resultsindicatethat:whenexposedtOdifferentaggressivechemicalsofcarbondioxideandchlorideion,theeffectofflyashonconcretedurabilityconformtodifferentmechanism.IrrespectivetheW/Bratioinvestigatedinthispaper,theadditionof15%、30%Flyashbothimprovethechlorideresistivity,additionally.withthehydrationprogresstheeffectofpozzotanicreactionexceedW/Btotaketheleadingroleintheformationofconcreteresistivity.Whereas.thecarbonationpropertyofflyashconcretedependgreatlyontheW/Bratio,whichpresentoppositetendencywhentheW/Bratiodegreegoesfromlowtohilgh.Keywords:flyash;water-binderratio;carbonation;chlorideion;durabilityO引言的复杂性。冈此,对于粉煤灰的推广应用仍需投入大量深入细致的理论和试验研究一I..作,以获取足够的实验室和现场数据的积由碳化和氯离子侵蚀引起钢筋锈蚀导致的混凝土结构破累与验证。坏名列混凝土耐久性问题首位fl-21。而粉煤灰作为来源最广泛、已见报道的研究多数围绕固定水胶比展开,不能形成水数最最大、使用最简便和最经济的矿物掺合料,如果能提高其胶比这一影响混凝土诸项件能的最蘑耍岗素的完整系列,因在此类腐蚀环境中的应用水平将具有明显的社会、经济意义。而所得结果在一定程度上不乏局限性。本研究选取水胶比水由于形态效应、微集料效应、火山灰效应及高硅铝相含量,粉煤平分布在O.50以上及0.35以下的两系列混凝土为对象.通灰在改善混凝土的工作性能、热学性能、体积稳定性以及氯盐过对比不同水胶比和不同粉煤灰掺馈的混凝土在氯盐和碳侵蚀等方面表现ff:很大优势,然而由于其早期活性差及贫钙的化这两种不同腐蚀环境中的抗侵蚀性能变化.分析粉煤灰对特性[31,使粉煤灰混凝土在碳化破坏环境下的抗侵蚀性能演变氯盐和碳化环境下混凝七耐久性的影响机制,研究结果将为规律复杂,国内外试验结果普遍表现很大差异:粉煤灰混凝土结构混凝土的优化设计及粉煤灰的有效利用提供一定的理抗碳化效率系数(粉煤灰混凝土碳化速度与基准混凝土碳化速论依据。度之比)有的高达2.13,有的只有0.62,多数介于1.1 ̄2.0之间141,使得粉煤灰在富CO:环境下混凝±构筑物中的应用存在许多1买验争议。诸多分歧的存在恰恰反映出混凝十在氧盐、碳化作用下1.1原材料的耐久性,以及粉煤灰对混凝土抗侵蚀性能的影响机制等问题水泥来自于华润(南宁)水泥有限公司生产的P・O42.5R级收稿日期:2011.03-09基金项目:国家自然科学基金(50762001,50768001);广西大学:I:程防灾与结构安全省部共建教育部重点实验宅项目(2008TMKF003)・44・万方数据水泥,比表面积37lm%g。磨细粉煤灰比表面积为425m%g,密度2.46edcm'。水泥及粉煤灰的化学成分见表l。细集料采用粒径小于5mm河砂,含泥量小于l%,表观密度为2.65edcm,、吸水率为2.800,4、细度模数为2.58,II区级配。粗集料采用5—20nlnl连续级配的石灰石质碎石,表观密度为2.71g/cm3,吸水率为0.400,4。混凝土拌合水均采用市政自来水。减水剂采用聚羧酸系高效减水剂.减水率28%,固含量200,6。表1水泥及粉煤灰的化学成分%1.2混凝土配合比单位立方米混凝土配合t-L女n表2所示,砂率选择为36%,通过合理调节高效减水剂的用垣,控制混凝土坍落度在(180±10)mm。表2混凝土配合比注:OPC、FA分别表爪普|通混凝上、粉煤灰混凝土;15、30分别表示粉煤灰掺量;l、2分别代表高、低水胶比水平。1.3试验方法成型的混凝土试件为d?80x55mm尺寸的圆柱形试块,l期时进行快速氯离子渗透试验及加速碳化试验。(1)快速氯离子渗透试验(RCPT)。根据ASTMC1202---97d比决定的密实度控制。随养护龄期延长,各配合比扩散系数都明显下降,其中粉煤灰混凝土下降幅度大于普通混凝土,且高水胶比组粉煤灰混凝土降幅最为显著,因此在90d龄期时虽低水胶比组各配合比扩散系数低于高水胶比组相应配合比,但相同粉煤灰掺量的对应配合比已相差不大,且高水胶比组中的粉煤灰混凝土的扩散系数已降至低于低水胶比组的普通混凝土,表明此时粉煤灰火山灰活性发挥的密实作用已赶超水胶比的影响成为混凝土耐久性形成的主导因素。后拆模放人标准养护室((20_+3)℃,RH≥90%),养护至相应龄的标准方法,用丹麦产PROOVE’it氯离子快速渗透仪,对经标准养护28、90d试块进行快速氯离子渗透试验,根据6h电通量Q计算出氯离子扩散系数D=-2.577离子侵入性能。65+0.004920rs,评价其抗氯(2)加速碳化试验。根据GBJ82—85《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》,将养护28d的圆柱体试块在60℃下烘干48h,用环氧树脂对侧面和一个底面密封处理后,移人温度2.2加速碳化试验各配合比混凝土试块经碳化28、60d后的碳化深度及其变化幅度如图2、3所示。为(20_+2)℃,相对湿度(70_+5)%,C02浓度(20_+3)%的标准碳化箱内碳化28、60d。用法国产Labsys综合热分析仪进行TG.DSC试验测试碳化试块内部不同深度处CH含量16l,以CH含量为零区域厚度作为碳化深度评价碳化性能。2结果图1为各配合比混凝土试块经标准养护至28、90d龄期时2.1标准养护试块快速氯离子渗透试验奶∞”如”加”mOPc一1FAl5一l钻柏"如巧∞”m,FA30—lOPC一2FAl5—2FA30~2进行RCPT试验所得氯离子扩散系数,可以看出,如图1所示,28混凝土掺配类型(a)W/B>0.5d龄期时,低水胶比组(W/B≤O.35)各配合比混凝土的扩散混凝十掺配类型(b)W/B≤0.35系数皆明显低于高水胶比组(W/B>0.5)全部配合比;低水胶比组混凝土掺加15%、30%粉煤灰都能使其扩散系数得以降低,而高水胶比组混凝土中粉煤灰取代水泥馈为15%时,扩散系数表现为增加。表明早龄期混凝土的抗氯盐侵入性能主要受水胶864馨磐倒聪S落2O864混凝t:掺8e类型混凝土掺配类型(a)W/B>O.5(b)W/B<一O.35图3碳化深度增幅2O混凝上掺配类型混凝.t:掺配类型两龄期时,低水胶比组(W/B。<0.35)混凝士都显示较好的碳化性能,各配合比碳化深度皆远小于高水胶比组(W/B>0.5)全部配合比。对比2.1中氯盐入侵情形可知粉煤灰的掺入并没有改变对混凝土碳化性能的影响。但粉煤灰对于混凝土碳化性能的影响・45・(a)W/B>0.5(b)W/BG0.35图1标准养护下试块氯离子扩散系数万方数据在水胶比降低时发生变化了,表现为粉煤灰混凝土的碳化性能因水胶比水平高低不同出现两极分化趋势:W/B在0.5以上掺15%、3∞蝴煤灰的混凝土的碳化深度都大于普通混凝土OPC.1,W/B为0.33的FAl5.2的碳化深度与OPC.2相仿,而W/B为0.26的FA30.2的碳化深度已明显低于OPC.2,说明水胶比对于混凝土尤其是粉煤灰混凝土的碳化性能具有至父重要的作用。碳化深度增幅反映r碳化速度的变化。图3表明,在碳化时间由28d延长到60d的过程中.各配合比混凝土的碳化速度都产生了不同程度地减缓,其中高水胶比组中的粉煤灰混凝土降幅最小,普通混凝土OPC.1降幅最大,低水胶比组中普通t昆凝土降幅居中,粉煤灰混凝土降幅大于普通混凝土。高低水胶比组普通混凝土和粉煤灰混凝土碳化速度变化规律表现出明显差异,进一步反映出水胶比对碳化环境中混凝上性能发展及粉煤灰的正负效应具有导向性作用。3讨论3.1粉煤灰混凝土的抗氯盐侵蚀性能粉煤灰作为一种物理化学特性与水泥有很大差异的火山灰质材料,在复合胶凝材料水化硬化过程中有其独特的行为,在不同水胶比的水化体系及不同的水化阶段表现不同的作用机理“ol。水化初期,由于水化惰性,粉煤灰参与复合胶凝材料体系水化以稀释作用和填充作用的物理机制为主,且在不同水胶比水平下作用机理不同,而作用效果主要与掺量有关…1。高水胶比体系中水分充足结构疏松,存在大量孔隙需要水化产物填充。粉煤灰取代水泥掺入一方面减少了水化产物的数量,一方面又通过稀释作用促进了水泥熟料的水化。两种作用的相对强弱决定了微观结构的发展方向,宏观表现即为不同粉煤灰掺蹙导致的混凝土性能优化或劣化。低水胶比体系原始结构相对密实,制约体系水化进程发展的主要矛盾在于供水不足,这种情形下,粉煤灰的掺入恰好能提高实际水灰比,减少水泥絮凝,很好地改善水泥水化环境促进水泥水化,从而使自身水化惰性的缺点得以反转,并且掺量适度增加效果越发明显,李响I”认为,水胶比为O.3的体系中。粉煤厌掺量为20%及30%时,水泥的反应程度在28d时分别为接近60%及超过70%,而纯水泥水化体系中水化水泥仅占40%。低水胶比体系中粉煤灰不仅能充分发挥微集料填充效应又很好地促进了水泥水化,因此早龄期就获得了良好的耐久性表现。水化中后期,粉煤灰参与复合胶凝材料体系水化以火山灰反应这一化学机制为主。此阶段粉煤灰的火山灰活性逐渐发挥并成为复合胶凝材料体系水化反应的主导部分旧,生成大量低钙硅比的C.S.H凝胶,细化、堵塞毛细孔并大大改善了过渡区微观结构,使混凝士的宏观性能得以提升。提升效果与粉煤灰反应的程度相关,不同水胶比水平粉煤灰反应的程度不同。相对高水胶比体系,低水胶比体系本身水分不足,结构义相对密实,外界水分渗入及CH的扩散都受到限制[13-14】,因而虽然粉煤灰的反应程度都会随养护龄期的延长而逐渐提高,但粉煤灰掺量越大。水胶比越低,粉煤灰反应程度越低¨2】,表现在本研究中中高水胶比组粉煤灰混凝土扩散系数降幅尤其显著,90d后抗侵蚀性能赶超低水胶比组普通混凝土的原因。3.2粉煤灰混凝土的抗碳化性能碳化反应改变混凝土孔隙结构并抑制粉煤灰火山灰活性的特性导致粉煤灰对于碳化环境中混凝土的微观结构及宏观性能的影响机制与氯盐情形明显不同。・46・万方数据根据环境腐蚀介质入侵现象的共性,混凝土的抗碳化性能也主要依赖于其微观结构的致密性,其次受碱储备影响。对于普通混凝土而言,碳化性能即取决于其水胶比;对于粉煤灰混凝土而言,由于碳化反应与粉煤灰火山灰活性发挥的竞争机制主要受水胶比影响,其抗碳化性能相对普通混凝土的优劣取向对于水胶比更加敏感。水胶比决定了早龄期混凝土对于CO:的输运性能,进而影响了混凝土的碳化程度及其对粉煤灰火山灰效应的抑制程度,使粉煤灰对于混凝土性能的影响机制在不同水胶比水平下发生反转。低水胶比体系结构相对密实。碳化速度慢,CH不致大鼍消耗,粉煤灰在水化中后期进一步密实混凝土结构的火山灰效应在一定程度上有所保障,因而粉煤厌混凝土后期碳化速度减缓幅度较大.能够取得优于同水胶比水平的普通混凝土的碳化性能。然巾i高水胶比体系情形恰好相反,因结构疏松,碳化速度大,表现在本研究中的FAl5-2与FA30.2在火山灰活性受到严重抑制的同时,义因自身碱储备小碳化反应纵深发展使凝胶体趋于疏松,碳化性能仍然表现为最差,同尚处于碳化初级阶段外在表现为因碳化产物细化孔隙导致碳化速度明显下降的普通混凝土OPC.1的差距进一步扩大。4结论(1)氯盐破坏情形,不论水胶比水平在O.5以上或0.35以下,粉煤灰的掺入对于改善混凝上抗氯离子侵蚀性能皆有明显效果;且水化中后期,火山灰效应的发挥逐渐赶超水胶比的影响成为混凝土抗氯盐性能的主导因素。(2)粉煤灰混凝土的抗碳化性能发展始终受水胶比影响显著,相埘参比普通混凝土,相同粉煤灰掺司=混凝土的抗碳化性能冈水胶比高低水平不同而呈现两极分化趋势,水胶比表现为粉煤灰混凝土碳化性能的决定因素。参考文献:【11陈改新.混凝土耐久性的研究、应用和发展趋势【J】.中国水利水电科学研究院学报,2009(6).【2】蒲心诚,王勇威.高效活性矿物掺料与混凝土的高性能化(续)们.混凝土,2002(3).【3】3蔡跃波.掺活性掺合料混凝土研究与应用中的几个疑难问题【J1.硅酸豁学报,2000(12).【4l颜承越,颜小斌.粉煤灰混凝土碳化速度验评的几个问题【JJ.粉煤灰。1995(3).f5】冯乃谦,邢锋.高性能混凝土技术fMI.原子能出版社,2000.【6】潘亚波.广范围水胶比下掺矿物掺合料混凝土的特性研究【D1.南宁:厂西大学,20IO.【7】.常海燕厂范围水胶比下掺矿物掺合料混凝土中氯离子行为与细微结构关系的研究【D】.南宁:广西大学,2010.【8】8阎培渝.粉燥灰在复合胶凝材料水化过程中的作用机理【J】.硅酸盐学报,2007(8).【9】覃维祖.利用粉煤灰开发高性能混凝土若干问题的探讨fJ】建筑材料学报,1999(6).【lo】杨静,覃维祖.粉煤灰对高性能混凝土的影fiNJ].混凝土与水泥制品,1998(5).【111阎培渝,张庆欢.含有活性或惰性掺合料的复合胶凝材料硬化浆体的微l见结构特征【Jl硅酸盐学报,2009(10).【12l李晌,同培渝,阿茹罕.基于Ca(OH):含晕的复合胶凝材料中水泥水化程度的评定方i丢,lJl.硅酸盐学报,2009(10).【1311司培渝,杨文言.{氏水胶比日寸水泥一粉煤灰复合胶结材的水化性能【J】.建筑材料学报,1998(1).【14v一【、1孝信,孙晓华.1氏水灰比对硅酸盐水泥水化程度的影D向[JI.河北理工大学学报,2007(4).作者简介:冯厌革(1967一),男,博士,教授。联系地址:广西壮族自治区南亍币大学路100号广西大学环境学院(530004)联系电话:077l一3272483不同水胶比下粉煤灰混凝土抗氯盐及碳化腐蚀性能研究

作者:作者单位:

冯庆革, 姜丽, 李浩璇, 陈正, 杨绿峰, FENG Qing-ge, JIANG Li, LI Hao-xuan, CHEN Zheng, YANG Lü-feng

冯庆革,FENG Qing-ge(广西大学环境学院,广西南宁530004;广西大学工程防灾与结构安全重点实验室,广西南宁530004), 姜丽,JIANG Li(广西大学化学化工学院,广西南宁,530004), 李浩璇,LI Hao-xuan(广西大学环境学院,广西南宁,530004), 陈正,杨绿峰,CHEN Zheng,YANG Lü-feng(广西大学工程防灾与结构安全重点实验室,广西南宁,530004)混凝土Concrete2011(9)

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