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摘要 :本文對摻粉煤灰高性能混凝土的耐久性進行了試驗研究 ,結果表明 ,摻一定量優(yōu)質粉煤灰的高性能混凝土具有較好的抗硫酸鹽侵蝕、抑制堿骨料反應、抗碳化與抗鋼筋銹蝕性能。
關鍵詞 :高性能混凝土粉煤灰高效減水劑硫酸鹽腐蝕堿骨料反應碳化鋼筋銹蝕
<<混凝土與水泥制品>>期刊
0前言
高性能砼要求具有良好的工作性 ,較高的強度和良好的耐久性 ,采用優(yōu)質粉煤灰和高效減水劑雙摻技術配制的高性能泵送砼 ,其抗硫酸鹽侵蝕性能、抑制堿骨料反應、抗碳化和抗鋼筋銹蝕性能是耐久性的重要方面 ,弄清粉煤灰、外加劑對上述性能的影響規(guī)律是十分必要的 ,本文對這些性能進行了試驗研究。
１原材料與試驗方法
１.１原材料
水泥 :江南水泥廠產525Ｐ·Ⅱ ,其熟料化學成分、礦物組成和水泥的物理力學性能分別列于表1～3中。
砂子 :中砂 ,ＭＸ 為2.6,表觀密度2.63ｇ／ｃｍ3 ,含泥量0.4%。
石子 :玄武巖碎石 ,5～25ｍｍ ;連續(xù)級配 ,表觀密度2.75ｇ／ｃｍ3,堆積密度
1450ｋｇ／ｃｍ3,空隙率47 % ,壓碎值80% ,含泥量0.1 %。
粉煤灰 :南京熱電廠產 ,Ⅰ級 ,細度5.2% ,燒失量38% ,需水量比94 % ,其化學成分見表１。
外加劑 :ＮＡ -Ｆ２、ＪＭ -Ⅷ、ＪＣ -２Ｂ型高效緩凝減水劑。
水 :自來水。
１.２高性能砼配合比
采用不同粉煤灰摻量和不同品種高效減水劑的Ｃ50高性能泵送砼 ,其配合比列于表４中。
１.３試驗方法
①抗硫酸鹽腐蝕試驗參照ＧＢ749 -65方法進行 ,試件尺寸為100ｍｍ×100ｍｍ×100ｍｍ ,成型及標養(yǎng)28ｄ后 ,一組浸沒在３%硫酸鈉溶液中 ,每兩個月?lián)Q一次溶液 ,浸泡150ｄ。另一組試件放于水中養(yǎng)護。
②堿骨料反應按ＣＥＣＳ48 :93方法進行。
③碳化試驗按ＧＢＪ82 -85方法進行。試樣成型后標養(yǎng)28ｄ ,烘干 ,放于溫度為20±5℃ ,濕度70±5 % ,ＣＯ2 濃度為20±3 %的標準碳化試驗箱內 ,測定7ｄ、14ｄ和28ｄ的碳化深度。
④鋼筋銹蝕試驗按ＧＢＪ82 -85方法進行。將埋有鋼筋的試件按標準經碳化28ｄ后 ,取出放于混凝土標養(yǎng)室中存放56ｄ,取出破型 ,檢查鋼銹蝕情況。
２試驗結果與討論
２.１抗硫酸鹽侵蝕性能
固體鹽并不侵蝕砼 ,但是鹽溶液卻能與硬化水泥漿發(fā)生化學反應。硫酸鹽與Ｃａ２ 及水化鋁酸鈣發(fā)生反應 ,就會對水泥產生侵蝕。反應生成的產物二水石膏和水化硫鋁酸鈣 ,其體積均較原化合物體積大很多 ,因而會引起砼的膨脹與破裂。受硫酸鹽侵蝕的砼表面呈稍白的特征色 ,損壞通常先從棱角開始 ,隨后進一步開裂與剝落 ,致使砼變脆而成松散狀態(tài)。工程實踐表明 ,采用Ｃ3Ａ含量低的水泥可減輕硫酸鹽對砼的侵蝕。
為了改善砼抗硫酸鹽侵蝕的性能 ,也可在水泥中摻入火山灰［１］部分地取代水泥 ,火山灰可減少砼中的游離Ｃａ2且給予鋁相以不活潑性。但是在砼暴露于硫酸鹽介質之前 ,一定要有足夠時間使火山灰活性發(fā)揮。已經發(fā)現(xiàn)許多種火山灰配制的砼對抗硫酸鹽侵蝕非常有效。但對于粉煤灰的作用效果還存在不同的看法 ,這可能與粉煤灰的質量和化學成分等有關。
本試驗采用Ｃ3Ａ為512 %的525#Ｐ·Ⅱ水泥 ,砼配合比見表４ ,經３%硫酸鈉溶液浸泡１５０ｄ及放于同齡期水中的對比試件的試驗結果列于表５中。試驗結果表明 :
摻入一定量粉煤灰的高性能砼在水中養(yǎng)護時 ,其后期強度的增加幅度較大 ,且高于不摻粉煤灰的砼。如摻36 %Ⅰ級粉煤灰和ＪＭ -Ⅷ高效減水劑的高性能砼 ,
180ｄ抗壓強度達93ＭＰａ,比28ｄ增加36.7% ,比不摻粉煤灰的增加6.7 %。
當高性能砼中粉煤灰摻量在０～36 %范圍內 ,其抗硫酸鹽侵蝕程度不盡相同。具體表現(xiàn)為 ,摻粉煤灰砼的抗硫酸鹽性能比不摻者好 ,其抗壓強度的損失率減少 ;摻２４%粉煤灰的高性能砼抗硫酸鹽侵蝕性最好 ,在硫酸鹽溶液中侵蝕150ｄ ,其抗壓強度無損失 ,且略高于對比試件。
采用相同粉煤灰摻量的兩種高效減水劑的平行試驗結果其規(guī)律基本一致。
本文配制的摻粉煤灰高性能砼 ,具有良好的抗硫酸鹽侵蝕性能 ,主要在于 :①選用了Ｃ３Ａ含量低的水泥 ,使砼中水化鋁酸鈣含量減少 ;②在砼中摻入了Ⅰ級粉煤灰 ,使砼中游離Ｃａ２ 含量明顯減少 ;③采用高效減水劑和優(yōu)質粉煤灰的雙摻技術 ,使砼的水灰比降低 ,結構致密 ,強度和抗?jié)B性均提高。
２.２抑制堿骨料反應
砼堿骨料反應是其耐久性的又一項重要指標 ,當水泥中的堿與活性集料發(fā)生反應時 ,將在砼內部產生膨脹而導致開裂 ,使砼失去整體性 ,其危害十分嚴重 ,被稱為砼的“癌癥”。堿骨料反應有三種類型 ,最主要的是堿 -硅酸反應 ,其次是堿 -碳酸鹽反應 ,再次是堿 -硅酸鹽反應。
有關研究表明［２ ,３］,摻入一定量活性摻合料如磨細礦渣、粉煤灰、硅灰可以較好地抑制堿硅酸反應 ,對堿 -碳酸反應也具有一定的抑制作用。摻40 %以上的磨細礦渣、30%以上的粉煤灰就能有效地抑制堿 -硅酸反應 ,而抑制堿 -碳酸鹽反應的最低摻量 :磨細礦渣為≥50% ,粉煤灰為≥40 %。
本文對高性能砼中粉煤灰抑制堿骨料反應的作用進行了初步的試驗研究。試驗中 ,水泥采用三峽大壩用中熱水泥 ,堿含量為1.07% ,集料采用南京某地的石灰?guī)r碎石 ,摻合料為Ⅰ級粉煤灰 ,礦渣微粉 ,試驗結果列于表６中。試驗結果表明 :
①按ＣＥＣＳ48:93標準進行堿骨料反應試驗 ,隨著灰集比減小 ,其蒸養(yǎng)和壓蒸膨脹值均增加 ,本試驗對不同灰集比的重復試驗表明 ,其壓蒸膨脹值均大于0.1% ,說明該石子屬活性集料。
②本文的試驗結果表明 ,粉煤灰對堿 -骨料反應的抑制能力 ,大于相同摻量的磨細礦渣 ,摻２５%的Ⅰ級粉煤灰已具有較好的抑制堿骨料反應的能力。
２.３抗碳化性能
空氣中的ＣＯ2 氣滲透到水泥砼內 ,與其堿性物質起化學反應生成碳酸鹽和水 ,使水泥砼堿度降低。水泥砼中的碳化反應不限于Ｃａ2,在各種水化物或未水化物中 ,也會發(fā)生其他類型的碳化反應 ,但就碳化而言 ,Ｃａ2 的影響最大。砼的碳化作用使防止鋼筋銹蝕的堿性狀態(tài)中性化 ,使砼中的ｐＨ值由12～13降至８左右 ,如果鋼筋的砼保護層完全碳化 ,那么在水分與氧氣能滲入的條件下 ,鋼筋就會發(fā)生銹蝕而導致砼的開裂甚至破壞。
表４中各砼的碳化結果見表７和圖１。結果表明 ,減水劑品種和摻量對碳化影響不明顯 ,而碳化齡期、粉煤灰的摻量和砼強度等級等對砼碳化深度有較大影響。其規(guī)律是 ,砼的碳化深度隨碳化齡期和粉煤灰摻量的增加而增大。在標準試驗條件下碳化28ｄ,相當于大氣條件下碳化50年 ,摻24 %的Ⅰ級粉煤灰取代20 %水泥 ,碳化深度小于10ｍｍ ,摻36%的Ⅰ級粉煤灰 ,取代30%的水泥 ,其砼碳化深度小于15ｍｍ。由于該砼采用了粉煤灰和高效減水劑的雙摻技術 ,Ｗ／Ｃ較小 ,砼結構密實 ,抗壓強度較高 ,因而抗碳化性能較好。
２.４抗鋼筋銹蝕性能
一般情況下 ,水泥砼保護層堿度較高 ,對鋼筋有足夠的保護作用 ,但是如果外加劑或摻合料使用不當 ,砼結構比較疏松或因碳化和某些原因造成混凝土堿度不足時 ,鋼筋就有產生銹蝕的危險。
本文對采用Ⅰ級粉煤灰和高效減水劑配制的高性能砼 ,采用破型法測定鋼筋的銹蝕情況 ,砼配合比同碳化試件 ,試驗結果列于表８中。試驗結果表明 :
①本文１２組砼試件中破型后鋼筋表面基本光亮 ,銹蝕不很明顯 ,鋼筋失重均≤０.６%。最后三組與前面比較略有差異。
②三種萘系高效減水劑因其Ｃｌ-含量差別不太大 ,因而對不同粉煤灰摻量的砼中的鋼筋銹蝕的影響無明顯區(qū)別。
③Ⅰ級粉煤灰摻量12%的三組Ｃ50砼 ,鋼筋抗銹蝕能力優(yōu)于空白的三組砼 ,鋼筋平均失重率為空白組87%。
④Ⅰ級粉煤灰摻量24%的三組Ｃ50砼 ,鋼筋抗銹蝕能力接近于空白的三組砼 ,鋼筋平均失重率比空白組高7 %。
⑤Ⅰ級粉煤灰摻量36%的三組Ｃ50砼 ,鋼筋抗銹蝕能力比空白組差 ,鋼筋的平均失重率比空白組高33 %。
結合碳化和鋼筋銹蝕試驗的結果可看出 ,在相同條件下 ,砼中鋼筋的銹蝕與很多因素有關 ,其中砼的碳化深度與粉煤灰的摻量對鋼筋銹蝕有一定的影響 ,粉煤灰摻量對碳化深度和鋼筋銹蝕的影響不盡相同 ,由圖２可知 :在標準試驗條件下 ,砼28ｄ的碳化深度與粉煤灰的摻量基本上成正比 ,而粉煤灰摻量對鋼筋失重率影響不太顯著。在一定摻量范圍內 (ＦＡ≤24% )基本上無影響 ,甚至優(yōu)于空白的砼 ,這與有關研究［４］一致。但當摻量超出一定范圍 ,由于砼的碳化加快和砼內部ｐＨ值降低 ,使得鋼筋銹蝕出現(xiàn)增大的趨勢。另一方面 ,摻粉煤灰砼中的鋼筋銹蝕情況 ,同樣與砼的密實度和強度有一定關系。
３結論
①采用Ⅰ級粉煤灰和高效減水劑雙摻技術配制的高性能砼 ,具有較好的物理力學性能和耐久性。
②摻一定量的Ⅰ級粉煤灰的高性能砼 ,其抗硫酸鹽性能較優(yōu) :摻12%粉煤灰的砼與空白砼相近 ,摻24%粉煤灰的效果最好 ,優(yōu)于空白砼 ;摻36%粉煤灰的砼則介于摻12%與24 %之間。
③粉煤灰是砼堿骨料反應的良好抑制劑 ,摻25%的Ⅰ級粉煤灰 ,可將堿骨料反應壓蒸膨脹值降低80%以上。
④本項目配制的高性能砼具有較好的抗碳化和抗鋼筋銹蝕性能。砼的碳化速度隨粉煤灰摻量的提高而加快。在本文試驗條件下 ,摻24%粉煤灰 ,28ｄ碳化深度小于10ｍｍ?？逛摻钿P蝕性能接近于同強度等級的空白砼。
參考文獻
［１］Ａ．Ｍ．Ｎｅｖｉｌｌｅ，Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｃｏｎｃｒｅｔｅ，1981
［２］唐明述 ,關于堿 -集料反應的幾個理論問題 ,硅酸鹽學報 ,第１８卷第４期 ,1990８
［３］劉崇熙等著 ,壩工砼專論 ,華南理工大學出版社 ,1995
［４］方等 ,碳化對砼性能影響的研究 ,水利水電科技 ,1996年Ｎｏ．
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