基于细观孔结构特征探讨矿渣微粉对混凝土抗冻性能的影响.pdf

2 0 1 2 年 第 1 O期 【总 第 2 7 6 期 Nu mb e r 1 0 i n 2 O 1 2 T o t a 1 No ． 2 7 6 混 凝 土 Co n c r e t e 原材料及辅助物料 M ATERI AI ， AND AD 心Ⅱ CLE d o i 1 0 ． 3 9 6 9 8 ． i s s n ． 1 0 0 2 3 5 5 0 ． 2 0 1 2 ． 1 0 ． 0 2 8 基于细观孔结构特征探讨矿渣微粉对混凝土 抗冻性能的影响 周胜波 ’ ，申爱琴 ’ 。冯云 ，贾文涛 ’ 1 ． 长安大学 公路学院，陕西 西安 7 1 0 0 6 4 ；2 ． 陕西尧柏特种水泥有限公司，陕西 西安 7 1 0 0 7 5 摘要 为了探讨矿渣掺加对混凝土冻融机理的影响， 结合相对动弹模以及 S E M分析和压汞法测孔技术对不同掺量矿渣混凝土样品进行 分析， 结果表明 矿渣掺量 3 0 ％ 左右时， 混凝土样品的力学性能以及抗冻融和抗盐冻性能最优 ， 相对动弹模衰减规律更符合线性变化模 型， 而且 3 0 ％矿渣掺量更有利于细化混凝土孔结构 ， 孔级配良好， 具有逐级填充特征。 关键词 矿渣；混凝土； 冻融模型；孔结构特征 中图分类号 T U 5 2 8 ． 0 4 1 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 2 1 0 0 0 9 4 0 3 Di s cu s s t h e i nf l ue nc e of s l a g p owde r on t h e c on cr et e f r e ez i ng- t ha wi n g r e si s t a nc e b a se d on t he por e ch ar a t e r i s t ics ZHOU S h e n g- b o ， S HE N Ai - q in ， FE NG Yt rr ／ 2 ,． J ／ A W e n t a o 1 ． C h a n g ’ an Un i v e r s i t yHi g h w a yS c h o o l ， Xi ’ an 7 1 0 0 6 4 ， C h i n a ； 2 ． S h a n x i Ya o b oC e me n t L t d ． ， Xi ’a l l 7 1 0 0 7 5 ， Ch i n a Abst r a c t I n o r d e r t o d i s c u s s t h e i nfl u e n c e o f s l a g a d mi x t u r e o n c o nc r e t e f r e e z i n g - th a wi n g r e s i s t a n c e me c h an i s m ， an a l y z e d c o n c r e t e s a mp l e s pe r f o r man c e wi t h d i ffe r e n t s l a g c o n t e n t s c o mbi n ing wi t l 1 t h e r e l a t i v e d y n a mi c mo d u l u s t e s t r e s u l t s ． S EM i ma g e s an d me r c u r y me a s u r i n g ho l e t e c h no l o g y．Th e r e s ul t s s h o we d t h a t the me c hani c a l p r o p e r t i e s o f the c o n c r e t e s a mp l e s wi t h s l a g c o n t e n t a r o u n d 3 0 ％ wa s b e t t e r ， and an t i fr e e z e a n d an t i - s a l t f r e e z e res i s t a n c e p e r f o rm an c e we r e o p t i ma 1 ． t h e r e l a t i v e d y n am i c mo d u l u s d a ma g e mo d e l Was a c c o r d i n g wi Ⅱ l l i ne a r f u n c t i o n mo d e 1 ． Th e 3 0 ％ s l a g c o n t e n t c o u l d r e fi n e c o n c re t e h o l e s t r u c t u r e e ffe c t i v e l y， th e p o r e g r a d a t i o n wa s b e t t e r ， an d p r e s e n t gra d u a l l y fil l i n g f e a t u r e ． Ke y wor d s s l a g； c o n c r e t e； fre e z ing - t h a wi ngmo d e l ； p o r e c h a r a t e r i s t i c 0 引言 路面混凝土在北方地区经常遭受冻融循环以及除冰盐作 用 ， 性能衰减劣化严重影响路面混凝土长期使用功能， 以至于 出现耐久性问题[ 1 - 3 ] 。 矿渣作为一种矿物掺合料， 不仅应用于建 筑 、 水工等混凝土构造物， 也被用于道路混凝土以改善其耐久 性。 矿渣由于其填充效应和火山灰效应， 可以在微观方面起到细 化混凝土内部孔结构作用， 从而改善混凝土与孔结构密切相关 的抗渗性、 抗冻性等耐久性能 。 G u n e y i s i 和 G e s o g l u观察到矿 渣取代量超过 5 0 ％时可以降低混凝土毛细孔吸附研； S h i H S ， Xu B W 提出一定矿渣掺量可以提高混凝土的抗渗性嘲； Z b i g n i e w G i e r g i c z n y ， Mi c h a l A． Gl i n i c k i 提出含有矿渣的混凝土孔体系和 抗盐冻性能明显改善[9 ] ； E v a V e j me l k o v 6 ， Mi l e n a P a v l f k o v 6提出 矿渣掺量低于 4 0 ％能产生较好的耐久性效果[1 0 1 ； Ga o P e i we i ， L u X i a o l i n提出合适的矿渣掺加量可以增加 C ． S ． H量 ， 减少大于 1 0 0 n ／ n有害孔数量⋯ 】 。 目前矿渣掺合料对混凝土耐久性能微观机理的解释是定 性、 模糊的， 为了更进一步明确矿渣的掺加对其性能的影响， 有 必要对掺矿渣混凝土细观结构孔隙特征进行定量分析， 建立孔 结构特征与抗冻性能之间的关系， 这对于添加矿渣掺合料的混 凝土耐久性配合比设计以及寿命预测具有重要的意义。 因此 ， 收稿 日期 2 0 1 2 - 0 4 - 2 5 基金项目西部交通建设科技项目 2 0 0 5 3 1 8 8 1 2 0 2 9 4 本研究拟针对冻融循环和盐冻循环作用下掺矿渣混凝土细观 孔结构特征变化进行定量表征， 以便建立孔结构与抗冻性能的 关系模型。 1 试验方案 1 ． 1 原材料 试验用水泥是秦岭牌 P 0 4 2 ． 5 级水泥 ， 矿渣是太原钢铁厂 的高炉水淬矿渣， 密度为 2 ． 8 7 5 g ／ c m] ， 比表面积为 5 5 0 m ／ k g的 超细矿渣粉 试验矿渣掺量为胶凝材料总量的 0 、 2 0 ％、 3 0 ％和 4 0 ％， 以J Z 、 K2 0 、 K3 0和K4 0 表示 ； 细集料是陕西西安灞河中砂 ， 细度模数为 2 ． 9 ； 粗集料是陕西泾阳碎石， 最大粒径为2 6 ． 5 1 1 1 1 1 1 ； 水是西安市 自 来水； 减水剂是西安恒升高效减水剂 ， 减水率 1 5 ％， 掺量为 1 ％； 混凝土的坍落度控制在 2 0 ～ 5 0 i ／ l n l 。 试验配合比及力 学性能见表 1 。 1 ． 2试验 方法 1 抗冻试验 根据 J T G E 3 0 --2 0 0 5 { 公路工程水泥及水泥 混凝土试验规程 规定 ， 采用快冻法测定混凝土相对动弹性模 量以及质量损失率。 2 盐冻耦合试验 试件制备与养护与抗冻试验相同， 在室 内标养 2 4 d 后将其放入浓度为 3 ． 5 ％Na C 1 溶液中， 液面高于试 件 2 0I F I IT I ， 在 2 0 3 ℃温度浸泡 4 d 后将试件放入橡胶模内， 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 1 4机口取样检测结果表 注 抗渗为水压从 0 ． 1 MP a 开始 ， 以后每 隔 8 h增加 O ． 1 MP a 水压 ， 加至 O ． 2 MP a 在 8 h内6 个试件中表面渗水试件少于 3 个时， P 2 合格。 表 1 5 仓面检测结果 4结 语 1 细骨料中石粉含量是碾压混凝土的一个重要指标 ， 将天 然砂进行破碎处理， 把原料砂中小于 O ． 1 6 i n n 1 颗粒从 2 ． 4 ％提高 到了破碎后的 1 1 ％， 并且将砂的细度模数稳定在了2 ．4 2 ． 8 之间， 砂 的级配 良好 。 再利用 粉煤灰代 砂技术 ， 用粉 煤灰代 替 4 ％的 砂 用以提 高砂料 中 的石 粉含量 ， 满足 碾压 混凝土 对细骨 料 中 石 粉的要求。 上接第 9 6页 表 3 5 6 d混凝土不 同粒径孑 L 含量及总孔隙率 ％ 4结论 1 随着矿渣掺量的增加， 混凝土 2 8 d抗折强度和抗压强 度都有所提高 ， 在保证道路混凝土抗折强度的前提下， 矿渣掺 量在 3 0 ％- 4 0 ％较适合。 2 矿渣 可以改善混凝 土的抗冻性 能和抗盐冻性 能 ， 矿渣 掺量在 3 0 ％时混凝 土抗冻性能最优。 3 掺加矿渣后混凝土样品在冻融作用下 ， 其相对动弹模 衰减更符合线性变化规律模型。 4 矿渣的加入有利于细化混凝土内部孔隙结构， 使小孔 数量增加， 当掺量为 3 0 ％时， 混凝土内部的孔级配较好具有逐 级填充特征， 相应的路用耐久性能得到提高。 参考文献 [ 1 】 交通部水泥混凝土路面推厂组． 水泥混凝土路面研究[ M 】 _ ] E 京 人民 交通出版社 ， 1 9 9 7 ． [ 2 ]申爱琴．水泥与水泥混凝土【 M ] ． ] E 京 人民交通出版社， 2 0 0 4 2 ． [ 3 】 傅智 ， 李红．我国水泥混凝土路面3 0 年建设成就与展望[ J 1 _公路交通 科技 ， 2 0 0 8 ， 2 5 1 2 2 1 2 7 ． [ 4 ]申爱琴， 梁军林 ， 熊建平．道路水泥混凝土的结构、 性能与组成设计 【 M】 - ] E 京 人 民交通 出版社 ， 2 0 1 1 5 ． [ 5 ]G A O P e i w e i ， L U Xi a o l i n ， Y A NG C h u a n x i ， e t a 1 ． Mi c r o s t r u c t u r e a n d p o r e s t r u c t u r e o f c o n c r e t e mi x e d wi t h s u p e r f i n e p h o s p h o r o u s s l a g a n d S U -- p e r p l a s t i c i z e r [ J ] ．C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g Ma t e ri a l s ， 2 0 0 8 2 2 8 3 7 8 4 0． 1 3 6 2 将破碎后的天然砂作为碾压混凝土的细骨料这一试验 结果已经应用于台山核电一期淡水水源工程大坝的碾压混凝 土工程 ， 现场施 工表明 ， 碾压混凝土有较高 的可碾性 ， 压实后 的 混凝土面光滑， 柔软有弹性， 容易泛浆。 现场取样检测结果也证 实 了碾压混凝土的各项性能指标均能满足设计要求 。 3 施工实践证明 ， 有天然砂料源却品质不能满足碾压混 凝土对细骨料要求的地区， 采用 G S P高频高速冲击破碎机对天 然河砂进行破碎处理 ， 可以有效解决这一问题， 且成本低， 易于 操作控制， 为广大地区使用天然粗砂作为碾压混凝土砂用料提 供了参考 。 参考文献 ⋯ 1 DIJI “ 5 1 4 4 --2 0 0 1 ， 水工混凝土施工规范[ s ] ． ] E 京 中国电力 出版社 ， 2 0 01 ． [ 2 】D L ／ T 5 1 1 2 2 0 0 9， 水工碾压 混凝土施 工规 范[ s ] ． 北京 中国 电力 出 版社， 2 0 0 9 ． [ 3 ]S L 3 5 2 --2 0 0 6 ， 水工混凝土试验规程[ s ] ．] E 京 中国电力出版社， 2 0 0 6 ． f 4 ] G B ／ T 1 4 6 8 4 --2 0 0 1 ， 建筑用砂[ s 】 - ] E 京 中国电力出版社， 2 0 0 1 ． 作者简 介 冯微 1 9 6 9 一 ， 男 ， 高级工程师 ， 硕士 。 联系地 址 广东省东莞市塘厦镇塘厦大道 中 6 3号 5 2 3 7 1 0 联系电话 0 7 6 9 8 7 7 2 1 443 [ 6 ] A h m e d Ha d j - s a d o k ， S a i d K e n a i ， L u c C o u r a r d ， e t a 1 ． Mi e r o s t ruc t u r e a n d d u r a b i l i t y o f m o rt a m mo d ifi e d w i t h me d i u m a c t i v e b l a s t f u r n a c e s l a g [ J ] ． C o n s t ruc t i o n a n d B u i l d i n g Ma t e r i a l s ， 2 0 1 1 2 5 1 0 1 8 - 1 0 2 5 ． 7 ]G U NE YI S I E， G E S O G L U M． A s t u d y o n d u r a b i l i t y p r o p e r t i e s o f h i g h p e rf o r ma n c e c o n c r e t e s i n c o r p o r a t i n g h i g h r e p l a c e m e n t l e v e l s o f s l a g [ J ] ． Ma t e r i als S t ruc t i o n ， 2 0 0 8 ， 4 0 3 4 7 9 4 9 3 ． 【 8 ]S H I H S ， X U B W， Z HO U X C ． I n fl u e n c e o f mi n e r a l a d m i x t u r e s o n c o m p r e s s i v e s t r e n g t h， g a s p e r me a b i l i t y a n d c a r b o n a t i o n o f h i g h p e rf o rm a n c e c o n c r e t e [ J ] ． C o n s t ruc t i o n B u i l d i n g Ma t e ri a l s ， 2 0 0 9 ， 2 3 5 1 9 8 0 - 1 9 8 5 ． [ 9 】G I ER G I C Z N Y Z ， GL I N I C K I M A， MAR C I N S OK O L O WS K I M， e t a 1 ．A i r v o i d s y s t e m a n d f r o s t s a l t s c a l i n g o f c o n c r e t e c o n t a i n i n g s l a g - b l e n d e d e e - me n t [ J ] ．C o n s t ruc t i o n a n d B u i l d i n g Ma t e r i a l s 。 2 0 0 9 2 3 2 4 5 l 2 4 5 6 ． [ 1 O ] E v a V e j me l k o v 6 ， Mi l e n a P a v l i k o v d ， Z b y n e k K e r n e r ， e t a 1 ． H i g h p e r f o r ma nc e c o n c r e t e c o n t a i n i n g l o we r s l a g a mo u n t A c o mp l e x v i e w o f h i e c h a n i c a l a n d d u r a b i l i t y p r o p e rt i e s [ J ] ． C o n s t ruc t i o n a n d B u i l d i n g Ma t e r i al s ， 2 0 0 9 2 3 2 2 3 7 2 2 4 5 ． f 1 1 ] G A O P e i w e i ， L U X i a o 一 1 i n ， Y AN G C h u a n x i ， e t a 1 ． Mi c r o s t ruc t u r e a n d p o r e s t ru c t u r e o f c o n c r e t e mi x e d wi t h s u p e rfi n e p h o s p h o r o u s s l a g a n d S U -- p e r p l a s t i e i z e r [J ] ． C o n s t ruc t i o n a n d B u i l d i n g Ma t e r i a l s ， 2 0 0 8 2 2 8 3 7 8 4 0 ． [ 1 2 ] C H O NG X I L， Z A I Q I N W．O n d e c a y rul e s o f d u r a b l e l i f e o f d a m c o n c r e t e [ J ] ． J Ya n g t z e ． R i v e r S c i R e s I n s ， 2 0 0 0 ， 1 7 2 1 8 - 2 2 ． [ 1 3 ] F U Ya w e i ， C A I L i a n g c a i ， WU Y o n g g e n ．F r e e z e - t h a w c y c l e t e s t a n d d a ma g e m e c h a n i c s m o d e l s o f a l k a l i a c t i v a t e d s l a g c o n c r e t e 【 J J ． C o n - s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g Ma t e r i a l s ， 2 0 l 1 2 5 3 1 4 4 3 1 4 8 ． 作者简介 联 系地 址 周胜波 1 9 7 9 一 ， 男 ， 博士研究生 ， 主要从事道路水 泥混凝 土路面材料研究 。 西安市南二环中段 长安大学公路学院科技大厦 5 1 0 室 7 1 0 0 6 4 联 系电话 1 3 5 7 2 4 7 4 9 7 8 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m