粉煤灰对混凝土孔结构和抗渗性的影响.pdf

张嘉新等 粉煤灰对混凝土孔结构和抗渗性 的影 响 1 5 粉 煤灰 对混凝土孔结构 和抗渗性 的影 响 张嘉新 ， 董淑慧 1 ．黑龙江省寒地建筑科 学研究院 。 哈尔滨1 5 0 0 8 0； 2 ．哈尔滨工业大 学交通科学与工程学院 。 哈尔滨1 5 0 0 9 0 【 摘要】 采用压汞测孔法和 N E L 法， 研究了不同掺量粉煤灰水泥石孔结构随龄期发展变化规律， 进而分析 了粉煤灰对混凝土抗渗性的影响机理。研究结果表明 粉煤灰对不同龄期水泥石孔结构和混凝土抗渗性的影响 程度不同； 2 8 d 龄期以前， 随着粉煤灰掺量的增加 ， 水泥石总孔隙率 、 最可几孔径和比孔容积均增大， 1 0 O n to的有害孔数量明显减少， 9 0 d时， 掺 2 0 ％粉煤灰的水泥石孔结构最为细小 ， 混凝土抗渗性最好。 【 关键词】 混凝土； 粉煤灰 ； 孔结构； 抗渗性 【 中图分类号】 T U 5 2 8 ． 2 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 2 0 1 2 0 6 0 0 1 5 0 3 优质矿物掺合料具有 良好的火山灰活性， 其颗粒细小， 且具有二次水化作用， 可填充混凝土中的小孔 ， 弥补原始缺 陷， 改善水化产物的组成与混凝土内部结构， 优化界面过渡 区的结构， 进而提高混凝土的多项宏观性能， 还能够节约成 本。作为优质矿物掺合料之一的粉煤灰在建筑工程中的应 用愈来 愈广泛， 已成为混 凝土 中不可或缺 的重要组 成 材料⋯。 混凝土材料是一种多孔体系材料 ， 其诸多性能均取决 于 自身的组成和结构 ， 高性能混凝土之所 以具有优异的耐 久性能， 与其具有不同于普通混凝上的细观结构是分不开 的心 “] 。只有研究宏观性能与细观结构的相关关 系， 才能 从本质上揭示混凝土耐久性的优劣。因此 ， 本研究 以不同 掺量粉煤灰所配制的混凝土作为研究对象， 研究粉煤灰对 水泥石孔结构的影响规律 ， 进而揭示粉煤灰对混凝土抗渗 性的影响机理。 1 原 材料及试验方法 1 原材料。试验采用宾西水泥厂虎鼎牌 P O 4 2 ． 5 普通硅酸盐水泥； 哈三电厂产 I 级粉煤灰， 细度 8 0 ,r n方孔 筛， 筛余 7 4 ． 7， 需水量比 9 4 ， 烧矢量 2 ． 7 ， 2 8 d抗压强度 比 7 6 ． 9 ％； 中砂， 细度模数 2 ． 7 ； 5～2 0 ram连续级配碎石； 萘系 高效减水剂， 减水率2 0 ％。混凝土配合比见表 1 。 表 1 混凝配合 比 2 试验方法。成型 1 0 0 mm1 0 0 mm x 2 0 0 ra m棱柱 体试件， 标准养护至待测龄期， 在试样中间部分切取 5 c m左 右的薄片， 将表面清洗干净， 用千分尺测量四边的厚度， 放 入密封容器中抽真空 6 h后注入 4 m o l ／ L的 N a C 1 溶液 ， 继续 抽真空至2 4 h ， 采用 N E L法测试混凝土氯离子扩散系数， 每 组 6块， 取平均值。 成型同配合比的净浆试件， 2 4 h拆模 ， 标准养护至待测 龄期， 将试件敲碎 ， 取中心部分切成 3～5 ram的小块， 浸入丙 酮中终止水化， 2 4 h后取出， 烘干至恒重 ， 采用压汞测孔仪进 行孔结构测试。 2试验结果与分析 采用压汞测孔法可测得水泥石孔隙率、 比孔容积、 最可 几孔径及孔径分布等参数 ， 将测得的孔结构参数按孔径大 小划分为 1 0 0 0 n m四个 等级。探讨粉煤灰掺量对孔结构的影响及其随龄期发展变 化规律， 进而分析其对混凝土抗渗性的影响机理。 1 粉煤灰掺量对水泥石孔结构 的影响。7 、 2 8和 9 0 d龄期时， 不同粉煤灰掺量的水泥石孔结构试验结果见表 2 ， 水泥石孔径分布见图 1 。由表 2及图 1可见， 粉煤灰对不 同龄期水泥石孑 L 结构的影响程度不同。2 8 d龄期 以前， 随着 粉煤灰取代率的增加， 水泥石总孔隙率 、 最可几孔径和比孔 容积均增大， 1 0 0 n m的有害孔数量减少， 相应的 l O O n m无害孑 L 数 量逐渐增加； 至9 0 d龄期时， 尽管随粉煤灰掺量的增加， 水泥 石总孑 L 隙率增大 ， 但粉煤灰掺量 2 0 ％时 ， 掺粉煤灰水泥石 的总孔隙率、 最可几孔径均小于纯水泥石， 而 1 0 0 n m的有害孔含量最低。 2 粉煤灰掺量对混凝土抗渗性的影响。粉煤灰掺 量对不同龄期混凝土氯离子扩散系数的影响试验结果见 图 2 。 由图2可见， 各组混凝土的氯离子扩散系数均随着龄期 的延长而减小， 但不同龄期时 ， 粉煤灰掺量对混凝土抗渗性 的影响规律有所不同。2 8 d以前， 未掺加粉煤灰混凝土的抗 渗性最好， 且随粉煤灰掺量的增加混凝土抗渗性降低， 但随 着龄期的延长， 掺粉煤灰混凝土的抗渗性提高幅度明显高 1 6 低温建筑技术 2 0 1 2年第 6期 总第 1 6 8期 于未掺加粉煤灰混凝土； 5 6 d龄期时， 掺加 1 0 ％、 2 0 ％粉煤灰 混凝土的抗渗性均优于未掺加粉煤灰混凝土， 以掺 1 0 ％粉 煤灰混凝土抗渗性最高； 而 9 0 d龄期时， 掺加 2 0 ％粉煤灰混 凝土抗渗性最好。 表 2 水泥石孔结构试验结果 旃 鬣 瓣 鬣 ； ● 宝 凝 衽 谴 a 2 8 d 龄期 b9 0 d 龄期 图1 粉煤灰掺量对水泥石孔径分布的影响 龄期， d 图2 粉煤灰掺量对混凝土抗渗性的影响 混凝土具有多孔特性， 水泥砂浆中的孔任意分布， 若大 孔较多且相互连通， 则很容易让有害介质渗入， 因此， 混凝 土自身的孔结构对抗渗性以及混凝土的其它耐久性有着重 要影响， 混凝土的孔结构越细小 、 孔隙连通程度越低 ， 混凝 土抗渗性越好。 孔结构参数中的比孔容积是指单位质量水泥石试样 中， 采用压汞法测孑 L 时， 在最大压力下 ， 汞所 占据 的最大体 积， 一般条件下， 除椭圆孔和封闭的非连通孔外 ， 以能进入 汞的容积量来表征水泥石中孔隙总量的多少。最可几孔径 是指在上述表征条件下具有最明显凝胶孔和毛细孔峰值特 征的过渡界面上孔隙数量 占总孔隙最大部分所对应的孔 径， 水泥石孔径分布微分曲线通常有两个峰值， 一个约几十 纳米， 属于凝胶孔范畴， 反映的是水泥水化程度， 而另一个 为毛细孔范畴， 对抗渗性等耐久性影响较为明显 ， 表 3中所 列出的最可几孔径便为后者。 早龄期时， 粉煤灰的活性较低 ， 参与水化反应较少 ， 在 这一阶段粉煤灰主要起到微集料作用， 掺加粉煤灰混凝土 中水泥的总水化程度低于纯水泥混凝土中水泥的水化程 度； 粉煤灰的活性在碱性条件下才易激发出来 ， 混凝土中不 同半径的毛细孔内孔溶液的碱浓度不同， 大孔 中溶剂较多， 碱浓度较低 ， 而小孔中溶剂少， 碱浓度相对较高 ， 因此， 随着 龄期的延长 ， 粉煤灰的火山灰作用逐渐表现出来， 与水泥水 化产物发生二次水化反应， 促进水泥水化程度进一步提高， 水化产物在孔隙空间里生成 ， 尽管总孔隙率降低不甚明显， 但对孔结构却有明显细化作用， 最可几孑 L 径变小， 使混凝土 趋于密实， 减小了有害通道的连通程度， 因此， 混凝土抗渗 性得以提高。 3结语 1 在掺粉煤灰的水泥体中， 2 8 d龄期以前， 随着粉煤 灰取代率的增加， 水泥石总孔隙率、 最可几孔径和比孔容积 均增大 ， l O O n m的有害孔数量明显减少； 至 9 0 d龄期时 ， 尽管随 粉煤灰掺量的增加， 水泥石总孔隙率略有增大， 但粉煤灰掺 量 2 0 ％时， 水泥石的总孑 L 隙率 、 最可几孔径均小于纯水泥 石， 而 l O O n m的孔含量则明显高于纯水泥石， 尤以掺 2 0 ％ 粉煤灰的水泥石孔结构最为细小， 混凝土抗渗性最好。 3 从耐久性角度讲 ， 在混凝土中粉煤灰以取代 2 0 ％ 水泥时效果最好 ， 抗渗性能最佳 ， 但泵送流态混凝土中以总 胶凝材料量不低于4 0 0 k g m 为佳。 参考文献 [ 1 ] 徐辉 ， 李克亮 ， 黄国泓 ．多种矿物掺合料复合胶凝材料 的密实 性及性 能研究 [ J ] ． 山东建材 ， 2 0 0 5， 3 4 95 2 ． 陈伟等 养护条件对磷 酸镁水泥胶砂强度 的影 响 1 7 养护条件对磷酸镁水 泥胶 砂 强度 的影 响 陈伟 ， 马耀辉 ， 熊复慧 1 ． 黑龙江省寒地建筑科学研究院。 哈尔滨1 5 0 0 8 0 ； 2 ．黑龙江省水利科学研究院。 哈尔滨1 5 o o 8 o 【 摘要】 由于磷酸镁水泥 M P C 的耐水性问题 ， 致使其在标准养护条件下强度受到影响， 文中主要研究三 种配比的 MP C胶砂分别在标准养护条件下和自然养护条件下的强度发展状况， 发现在标准养护条件下的 MP C胶 砂的强度较 自然养护条件下的强度均有一定程度的损失。 【 关键词】 磷酸镁水泥； 养护条件 ； 强度损失 【 中图分类号】 T U 5 2 6 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 2 0 1 2 0 6 0 0 1 7 0 2 磷酸镁水泥 MP C 快凝快硬、 高早强、 收缩小、 粘结强 度高是很好的路面修补材料。2 0 0 0年杨全兵等人研究 了 MP C的耐久性发现其具有很高的耐磨性与抗腐蚀性 ， 当把 MP C试件浸入水中 3 0 d和 9 0 d ， 强度发生了一定程度的倒 缩 ， 虽然倒缩程度不大， 但对其耐水性提出了质疑“ J 。虽然 使用过程中， M P C制品很少有机会长期浸入水中， 但考虑梅 雨季节以及桥面等应用环境， 很多研究者将研究重心转向 了对其耐水性的改善。2 0 0 9年， 南京工业大学李东旭等人 用磷酸二氢钾作为磷酸盐研究了 M P C的耐水性 ， 测得当磷 酸镁钾晶体开始成核生成 I ra i n时p H值达到 1 1 ， 而 3 rai n后 p H值就达到了l 3 。进而提出p H值对 N H 4 K 、 P O 一浓 度有直接的影响， 进而影响磷酸镁钾晶体的沉淀的理论 J 。 1 MP C的三种试验 配比 表 1 配合比 注 F A为粉煤 灰 ； C为胶 凝材料 总含量 ； 尸为磷酸盐 ； M 为 氧化 镁； 8为硼砂 ； s为砂 ； 为太自粉。 文中提出三种配比的流动度以及早期强度达到了磷酸 镁水泥 MP C的要求， 为研究三种配比的长期强度发展状况， 本试验将三种磷酸镁水泥胶砂配比试件分别做 自然养护和 标准养护 2 8 d ， 测其 1 d 、 3 d 、 7 d 、 2 8 d的强度。由于磷酸镁水 泥的长期在湿度大的环境下 ， 强度的发展会受到影响 ， 所以 本试验对标准养护条件与自然养护条件做了比较观察其强 度发展。这三种配比列于表 1中。 2 强度分 析 测量 以上配比分别在标准养护条件和 自然养护条件。 研究以上三种配比在同种养护条件下的强度发展以及每种 配比在同种养护条件下的强度发展。 罨 嘿 辖 养护龄期， d a 抗折强度 养护龄期， d b 抗压强度 图1 在标准养护条件下M P C 胶砂的强度 如图 1所示， 磷酸镁水泥 MP C 胶砂的强度都是 3 d前 [ 基金项 目] 黑龙 江省科 技攻 关项 目 G Z I O A S 0 2 0 ● 00● 00 ●0 0● 00● 00 ●0 0● 00 ● 00● 00 ◆ 00● 0 0● 00● 0 0● o0● O0 ◆ 00◆ 00● 00 ● 00● 00● Ⅲ00● 00● 00 ●0 0● 00 ●0 0● 00 ●0 0● 00◆ 0 0● 00● o0 ● 00● 0o ● 00● Ⅲ00● 00 ● 00● 00 ● 00● 0o ●0 0● 0o● 0 [ 2] 李永 鑫 ， 陈益民 ， 贺行 洋 ， 等 ．粉煤灰 一水泥浆体的孔 体积分 形 影 响[ J ] ． 硅酸盐学报 ， 2 0 0 5， 3 3 4 5 O O一 5 0 5 ． 维数及其与孔结构和强度的关系[ J ] 。 硅酸盐学报， 2 0 0 3 ， 3 1 8 7 7 4 7 7 9 ． [ 3 ] 李淑进 ， 赵铁军 ， 吴科如． 混凝土渗透性与微观结构关系的研 究【 J ] ． 混凝土与水泥制品， 2 0 0 4 ， 2 ． [ 4 ] 陈立军 ， 王水平 ， 尹新生， 张丹 ． 混凝土孔径尺寸对其抗渗性的 [ 收稿 日期 】 2 0 1 2- 0 32 6 [ 作者简介] 张嘉新 1 9 6 2一 ， 女 ， 哈尔 滨人 ， 高级工 程师 ， 从 事 瓶型建筑材料研究 。 要 嘿出