低水胶比混凝土的抗硫酸盐侵蚀试验研究

来源:用户上传      作者: 朱冬生　唐旭光　李术林

　　摘要：本文通过低水胶比混凝土试件在饱和硫酸钠溶液中浸泡和干湿循环的相对动弹性模量的变化对比的试验方法，探讨了低水胶比混凝土的抗硫酸盐侵蚀破坏规律。试验结果表明：双掺硅灰和优质粉煤灰的混凝土具有较强的抗硫酸盐侵蚀性能。
　　关键词：低水胶比；动弹性模量；硫酸盐侵蚀
　　中图分类号：TU502+5
　　文献标识码：B
　　文章编号：1008-0422(2006)04-0180-03
　　收稿日期：2006-04-05
　　作者简介：朱冬生(1951―)，男(汉族)，湖南湘潭人，工程师，建筑行业管理办公室主任，从事建筑行业管理工作。
　　
　　1 试验
　　
　　1．1原材料及配合比
　　湖南湘乡水泥厂生产的韶峰牌P．0．42．5级水泥；湖南湘潭电厂生产的超细粉煤灰，其物理性质见表1，化学成分见表2；贵州遵义硅铁合金厂生产的微硅灰，化学成分见表2；湖南湘江产中砂；湖南湘潭市郊产5～20mm石灰石碎石，压碎指标为7．7％；上海花王化学有限公司生产的迈地?00萘系高效减水剂；混凝土配合比见表3。
　　
　　
　　1．2试验方法
　　制作100mmxl00mmx400mm的立方体试件，采用在饱和Na2SO4溶液中长期浸泡和干湿循环对比的方法，测定试件的相对动弹性模量变化(见公式1)，以相对动弹性模量的比值来表征混凝土抗硫酸盐盐结晶侵蚀系数(见公式2)。
　　相对动弹性模量的计算式为：
　　p=f2/f02x100　(1)
　　式中：p为试件在饱和Na2S04溶液中干湿循环n次或长期浸泡n天的相对动弹性模量百分比；fn为试件在饱和Na2SO4溶液中干湿循环n次或长期浸泡n天的基准频率，KHz；f0为试件开始在饱和Na2SO4溶液中干湿循环或长期浸泡前的基准频率(初始频率)，KHz。
　　混凝土抗盐结晶侵蚀系数按公式(2)计算：
　　kn=pn(GS)/pn(YS)×100　(2)
　　式中：kn混凝土的抗盐结晶物理侵蚀系数百分比；pn(GS)、Pn(YS)分别为试件在饱和Na2SO4溶液中干湿循环N次或长期浸泡n天的相对动弹性模量百分比。
　　
　　3 结果及探讨
　　
　　表4、表5为各系列混凝土试件强度试验结果、混凝土试件在盐水中浸泡或盐溶液中干湿循环的相对动弹模量测试结果。图1、图2、图3为混凝土抗硫酸盐侵蚀试验结果。
　　
　　
　　3．1粉煤灰混凝土抗盐结晶侵蚀性能
　　粉煤灰掺量为15％～35％的混凝工试件在饱和Na2SO4盐溶液中浸泡及饱和Na2SO4盐溶液中干湿循环，其相对动弹模量随试件浸泡时间或干湿循环次数变化的试验结果见表6。从试验结果中可以看出，在饱和Na2SO4溶液中浸泡，粉煤灰等量取代15％～35％的水泥制备的混凝土试件的相对动弹性模量均有一个不同幅度的上升，但是单掺粉煤灰的混凝土相对动弹性模量的增加幅度并不随着粉煤灰掺量的变化而呈单方向改变。内掺25％粉煤灰的混凝土在Na2SO4溶液中浸泡上升的幅度最小，而内掺35％粉煤灰的混凝土在Na2SO4溶液中浸泡上升的幅度最大。这是由于动弹性模量的增长由未水化水泥的继续水化及粉煤灰的二次水化反应共同作用的结果。与对比组A3试件相比，掺粉煤灰的混凝土相对动弹性模量增长比对比空白组A3试件的相对动弹性模量增长幅度大。空白混凝土及掺15％粉煤灰的混凝土试件，浸泡至70d时，相对动弹性模量呈现出下降的迹象。单掺粉煤灰的混凝土在盐溶液中干湿循环相对动弹性模量经历了先增力口后降低的过程。这应归因于粉煤灰的火山灰活性受到硫酸盐的激发发生二次水化反应，生成更多数量的凝胶体密实混凝土[1]。随着粉煤灰掺量的增加，混凝土的渗透性降低，渗入的硫酸盐数量减少且部分被粉煤灰的二次水化反应所消耗。在二者的共同作用下，掺粉煤灰的混凝土抗硫酸盐侵蚀能力提高，见图1所示。
　　
　　3．2硅灰混凝土抗盐结晶侵蚀性能
　　硅灰是一种火山灰活性高的矿物掺合料，主要由颗粒极细的非晶态Si02所组成。硅灰的掺入能够显著提高新拌混凝土的粘聚性，减少泌水和防止混凝土离析，改善混凝土的微细观结构，提高混凝土的强度，增加其抗腐蚀能力和耐久性[2]。从表了的试验数据可知，内掺5％和10％硅灰的混凝土Na2SO4盐溶液中浸泡相对动弹性模量最大分别增长了2．3％和1．9％，比普通混凝土2．8％的增长分别降低?7．9％和32．?％；在Na2S04盐溶液中干湿循环，内掺5％和?0％硅灰的混凝土的相对动弹性模量最大增长分别为7．9％和0．7％，比普通混凝土3．7％的增长分别降低48．6％和81．1％。掺硅灰的混凝土相对动弹性模量在10～20次循环后即出现下降的趋势，且掺10％硅灰的混凝土试件的动弹性模量在10次干湿循环后即出现转折。考察混凝土相对动弹性模量的的变化，内掺5％和10％硅灰的混凝土试件在饱和Na2SO4溶液中浸泡和干湿循环，相对动弹性模量变化似乎更由渗透性所决定。一方面，由于内掺硅灰对混凝土孔隙结构的改善，使得混凝土具有良好的抗渗透能力，能够阻止Na2SO4溶液的渗入。另一方面，硅灰具有高的火山灰活性，与水泥水化产物Ca(OH)，迅速反应，加快了水泥水化反应的进程和提高水化反应程度，混凝土内无大量的Ca(OH)2，在侵蚀过程中不能生成大量的石膏，并进一步生成钙矾石。内掺10％硅灰的混凝土具有极低的渗透性和高强度，具有良好的抗硫酸盐盐结晶侵蚀性能见图2。
　　
　　3．2粉煤灰与硅灰复合双掺混凝土抗盐结晶侵蚀性能
　　硅灰、粉煤灰与水泥三种不同粒径的颗粒混合，能够显著改善胶凝材料的颗粒级配，形成致密的堆积体系[2-5]。粉煤灰、硅灰两种

矿物掺合料在火山灰活性方面具有优势互补，使得混凝土在早期强度和后期强度均能够保持较高的强度增长潜力。在饱和Na2S04溶液中浸泡，10％SF+25％FA试件比5％SF+25％FA试件的相对动弹性模量增长幅度略小。双掺粉煤灰与硅灰的混凝土较之内掺10％的硅灰混凝土和未掺矿物掺合料的空白混凝土的相对动弹性模量增长大，较之单掺25％粉煤灰的混凝土相对动弹性模量的增长小。5％SF+25％FA试件相对动弹性模量最大增长为3．2％，而10％SF+25％FA试件相对动弹性模量的最大增长为2．9％。以上规律充分说明，双掺粉煤灰与硅灰的混凝土在饱和Na2SO4溶液中的强度增长是未水化水泥颗粒的继续水化、粉煤灰的二次火山灰反应及化学侵蚀综合作用的结果。在饱和Na2SO，溶液中干湿循环，复合系列的相对动弹性模量的增长类似于在饱和Na2SO4溶液中浸泡，但是掺矿物掺合料的混凝土由于具有较低的孔隙率，容盐性较差，在干湿循环10―20次左右就出现相对动弹性模量由增长转变成下降阶段，比未掺矿物掺合料的A3试件的30次干湿循环大大提前。与上升阶段不同的是，在掺矿物掺合料的混凝土中，单掺25％粉煤灰的混凝土相对动弹性模量迅速下降，而单掺?0％硅灰及双掺粉煤灰与硅灰的混凝土下降平缓。对比混凝土在Na2SO4溶液中浸泡及干湿循环的试验结果，见图3。粉煤灰与硅灰双掺的混凝土抗盐结晶侵蚀系数曲线下降十分平缓，具有较好的抗硫酸盐岩结晶侵蚀能力。粉煤灰与硅灰双掺能够改善混凝土的细观结构，形成更多、更稳定C／S比的C-S-H凝胶，增加密实性[4]。使得混凝土具有较高的强度和较强的抗渗透能力，能够有效地防止侵蚀介质的入侵，因而具有高强、高耐久性能。
　　
　　4 结论
　　
　　低水胶比条件下，掺加一定比例的矿物掺和料可以大大提高混凝土抗硫酸盐侵蚀的能力。超细粉煤灰取代15％―35％水泥，粉煤灰混凝土抗硫酸盐侵蚀能力随粉煤灰掺量增加而提高。硅灰取代5％-10％水泥，；昆凝土抗硫酸盐侵蚀能力提高，但仅内掺10％硅灰的混凝土具有足够高的抗盐结晶侵蚀能力。5％～10％硅灰与15％―35％粉煤灰可以进一步改善混凝土强度发展内部结构，双掺粉煤灰与硅灰的混凝土具有良好的抗硫酸盐侵蚀性能。
　　
　　参考文献：
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