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复掺矿物掺合料对C50 海工混凝土性能影响
2011-08-04
研究了复掺技术对C50 海工混凝土力学性能、工作性能和耐久性能的影响规律。试验结果表明,粉煤灰和矿 粉复掺能增强混凝土的抗压和抗折强度,改善新拌浆体的工作性能,硅灰尽管降低了混凝土工作性,却极大提高了它的 强度和耐久性。
第 29 卷 第 6 期 2007 年 6 月 武 汉 理 工 大 学 学 报 JOURNAL OF WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Vol. 29 No. 6 Jun. 2007 复 掺 矿 物 掺 合 料 对 C50 海 工 混 凝 土 性 能 影 响 1 2 2 2 涂 文 懋 ,彭 惠 惠 ,徐 兵 波 ,陈 友 治 ( 1. 武 汉 理 工 大 学 资 源 与 环 境 工 程 学 院 ,武 汉 430070 ;2. 武 汉 理 工 大 学 材 料 科 学 与 工 程 学 院 ,武 汉 430070) 摘 要 : 研 究 了 复 掺 技 术 对 C50 海 工 混 凝 土 力 学 性 能 、工 作 性 能 和 耐 久 性 能 的 影 响 规 律 。 试 验 结 果 表 明 ,粉 煤 灰 和 矿 粉 复 掺 能 增 强 混 凝 土 的 抗 压 和 抗 折 强 度 ,改 善 新 拌 浆 体 的 工 作 性 能 ,硅 灰 尽 管 降 低 了 混 凝 土 工 作 性 ,却 极 大 提 高 了 它 的 强 度 和 耐 久 性 。 关 键 词 : 海 工 混 凝 土 ; 矿 物 掺 合 料 ; 耐 久 性 中 图 分 类 号 : TU 528. 04 文 献 标 志 码 : A 文 章 编 号 :167124431(2007) 0620043203 Influence of Mineral Admixtures Composite Technique on C50 Sea Construction High Performance Concrete 1 2 2 2 TU Wen2mao , PEN G Hui2hui , XU Bing2bo , CHEN You2zhi 1. School of Resources and Environmental Engineering , Wuhan University of Technology , Wuhan 430070 , China ; . School of Materials Science and Engineering , Wuhan University of Technology ,Wuhan 430070 , China) ( 2 Abstract :   The influence of compositing mineral admixtures technique on mechanical property , operating property and dura2 bility property of the C50 sea construction concrete was researched. The result showed that the composition of fly ash and min2 eral admixture could obviously enhance the flexural strength and compressive strength , improve the operating property. Silica fume depressed the workability , but boosted mechanical property distinctly. Key words : sea construction concrete ; mineral admixture ; durability C50 海 工 混 凝 土 应 归 属 于 高 性 能 混 凝 土 ,由 于 其 恶 劣 的 地 理 环 境 条 件 ,对 混 凝 土 的 力 学 性 能 、工 作 性 能 和 耐 久 性 能 提 出 了 特 殊 的 要 求 。 矿 物 掺 合 料 是 配 制 高 性 能 混 凝 土 的 必 要 材 料 之 一 ,有 人 称 之 为 制 作 高 性 能 混 凝 土 的 功 能 性 组 分 材 料 ,它 通 过 复 合 胶 凝 效 应 、诱 导 激 活 效 应 、表 面 微 晶 化 效 应 、界 面 藕 合 效 应 、微 集 料 效 [ 1 ] 应 不 仅 可 以 改 善 混 凝 土 的 力 学 性 能 、工 作 性 能 ,而 且 对 混 凝 土 耐 久 性 等 有 十 分 显 著 改 善 。 据 已 有 的 研 究 结 果 可 知 ,胶 凝 材 料 组 成 对 混 凝 土 的 力 学 性 能 及 其 发 展 有 很 大 影 响 ,单 掺 矿 物 掺 合 料 难 以 同 时 满 足 工 程 设 计 要 求 的 工 作 性 、力 学 性 能 和 耐 久 性 ,需 要 通 过 矿 物 掺 合 料 复 掺 技 术 来 使 混 凝 土 达 到 设 计 要 求 225 ] 。 所 以 作 者 将 着 重 结 合 工 程 施 工 所 用 原 材 料 ,通 过 试 验 研 究 矿 物 掺 合 料 的 配 伍 技 术 对 C50 海 工 混 凝 土 力 学 性 能 、工 作 性 和 耐 久 性 能 的 影 响 规 律 。 [ 1 实 验 1 . 1 原 材 料 C50 海 工 混 凝 土 的 原 材 料 主 要 有 浙 江 兆 山 P. Ⅱ 42. 5 硅 酸 表 1 粉 煤 灰 性 能 指 标 w/ % 细 度 需 水 量 比 . 8 93 烧 失 量 SO3 碱 盐 水 泥 ;北 仑 Ⅰ 级 粉 煤 灰 (见 表 1) ;明 峰 磨 细 矿 渣 粉 (见 表 2) ;硅 粉 ;中 粗 河 砂 ;5 — 20 mm 连 续 粒 级 碎 石 ;磊 珂 牌 聚 羧 酸 系 高 效 4 4. 83 0. 30 1. 09 收 稿 日 期 :2007201216. 作 者 简 介 :涂 文 懋 (19712) ,男 ,讲 师 . E2mail :tuwenmao @yahoo. com   4 4   武 汉 理 工 大 学 学 报 2007 年 6 月 减 水 剂 ;自 来 水 等 。 表 2 磨 细 矿 粉 性 能 指 标 密 度 / 比 表 面 积 / 活 性 指 数 / % 流 动 度 比 / % SO 3 / % 烧 失 量 / % 碱 / % - 3 2 - 1 ( g粉cm ) (m 粉kg ) 7 d 98 28 d 107 2 . 8 630 112 1. 3 0. 8 0. 75 1 . 2 实 验 方 法 混 凝 土 的 力 学 性 能 按 照《 普 通 混 凝 土 力 学 性 能 试 验 方 法 标 准 》 GB/ T 50081 — 2002 进 行 试 验 ;混 凝 土 拌 合 物 的 工 作 性 采 用 测 量 坍 落 度 和 扩 展 度 的 方 法 来 综 合 评 价 ;混 凝 土 耐 久 性 根 据 美 国 ASTMC1202 标 准 采 用 直 流 电 量 法 通 过 测 试 6 h 总 导 电 量 Q (库 仑 ) 来 评 价 。 Q = ( I1 + 2 I2 + 2 I3 + ⋯ + 2 I12 + I13) 资 900 1 . 3C50 海 工 混 凝 土 的 配 合 比 设 计 根 据 前 期 优 化 配 比 结 果 ,试 验 选 用 总 胶 凝 材 料 用 量 为 560 kg/ m ,水 胶 比 取 为 0. 32 ,砂 率 为 40 % ,矿 物 掺 合 料 总 和 占 胶 结 料 的 50 % ,硅 灰 (SF) 的 掺 量 取 为 5 %、8 % ,聚 羧 酸 系 高 效 减 水 剂 掺 量 为 胶 凝 材 料 总 量 的 . 8 %。 通 过 调 整 粉 煤 灰 、矿 粉 和 硅 灰 的 比 重 研 究 矿 物 掺 合 料 配 伍 技 术 对 C50 海 工 混 凝 土 性 能 的 影 响 。 3 0 2 结 果 与 分 析 2 . 1 复 掺 矿 物 掺 合 料 对 C50 海 工 混 凝 土 物 理 力 学 性 能 的 影 响 双 掺 粉 煤 灰 2矿 粉 对 混 凝 土 力 学 性   表 3 双 掺 矿 物 掺 合 料 对 混 凝 土 力 学 性 能 的 影 响 能 的 影 响 见 表 3。 表 3 中 矿 粉 和 粉 煤 灰 的 百 分 数 表 示 除 去 水 泥 用 量 后 各 占 的 比 例 。 硅 灰 具 有 巨 大 的 表 面 积 和 极 小 的 颗 粒 ,掺 入 混 凝 土 后 能 显 著 提 高 混 凝 土 的 强 度 。 因 此 又 通 过 试 验 研 究 矿 粉 2粉 煤 灰 2硅 灰 三 元 复 掺 对 混 凝 土 力 学 性 能 的 影 响 ,试 验 结 果 见 表 4。 矿 粉 2粉 煤 灰 抗 压 强 度 / MPa 抗 折 强 度 / MPa w/ % 3 d 7 d 28 d 7 d 28 d 9. 3 8. 8 8. 4 7. 5 7. 1 1 6 5 4 0020 0240 0250 0260 32. 1 29. 4 26. 8 26. 6 24. 2 47. 0 46. 3 42. 5 40. 1 36. 8 76. 1 72. 2 66. 2 61. 8 56. 8 6. 27 5. 81 5. 92 5. 43 5. 15 02100 表 4 三 元 复 掺 矿 物 掺 合 料 对 混 凝 土 力 学 性 能 的 影 响 表 3 显 示 ,随 着 时 间 的 延 长 ,混 凝 土 矿 粉 2粉 煤 灰 2硅 灰 w/ % 抗 压 强 度 / MPa 抗 折 强 度 / MPa 强 度 不 断 增 长 ,随 着 胶 凝 材 料 中 矿 粉 所 占 比 例 的 提 高 ,混 凝 土 的 早 期 和 28 d 抗 压 强 度 增 大 ;混 凝 土 的 抗 折 强 度 与 抗 压 强 度 表 现 出 相 同 的 规 律 。 表 4 表 明 ,三 元 复 掺 混 凝 土 的 抗 压 强 度 能 达 到 C50 海 工 混 凝 土 的 强 度 要 求 ;在 硅 灰 掺 量 不 变 的 情 况 下 ,混 凝 土 的 抗 压 强 度 和 抗 折 强 度 随 着 胶 凝 材 料 中 矿 粉 掺 量 增 大 而 增 大 ,在 胶 凝 材 料 中 矿 粉 和 粉 煤 灰 组 成 比 3 d 7 d 28 d 86. 7 76. 0 69. 3 65. 7 56. 8 66. 3 76. 9 7 d 6. 4 5. 9 5. 7 5. 2 4. 6 5. 2 6. 1 28 d 9. 4 9. 1 8. 7 8. 4 7. 8 8. 2 9. 2 9 22028 5. 2236. 828 624628 6. 8255. 228 29228 7. 5247. 525 35. 2 32. 4 29. 7 28. 5 25. 9 29. 7 31. 7 52. 6 49. 2 47. 3 46. 6 35. 2 44. 9 50. 1 5 3 4 4 0 4 4. 5244. 5211 例 不 变 的 情 况 下 ,提 高 胶 凝 材 料 中 硅 灰 的 含 量 能 明 显 地 提 高 混 凝 土 的 抗 压 强 度 和 抗 折 强 度 。 . 2 复 掺 矿 物 掺 合 料 对 C50 海 工 混 凝 土 工 作 性 能 的 影 响 根 据 以 上 配 合 比 ,对 掺 入 不 同 种 类 矿 物 掺 合 料 混 凝 土 拌 合 物 的 坍 落 度 、扩 展 度 和 坍 落 度 经 时 损 失 进 行 了 2 测 试 ,测 试 结 果 见 图 1 — 图 4。 由 图 1 和 图 2 可 知 ,双 掺 矿 物 掺 合 料 混 凝 土 具 有 良 好 的 工 作 性 ,其 坍 落 度 和 扩 展 度 具 有 相 同 的 发 展 趋 势 并 随 着 双 掺 组 分 中 粉 煤 灰 比 例 的 增 大 而 提 高 ;30 min 和 60 min 坍 落 度 经 时 损 失 发 展 趋 势 相 同 ,随 着 粉 含 量 的 增 大 而 降 低 ,当 粉 煤 灰 的 比 例 超 过 一 定 量 后 ,混 凝 土 的 坍 落 度 及 其 经 时 损 失 变 化 甚 微 。 图 3 和 图 4 表 明 在 硅 灰 掺 量 不 变 的 情 况 下 ,混 凝 土 的 落 度 及 扩 展 度 随 着 胶 凝 材 料 体 系 中 粉 煤 灰 所 占 比 例 的 增 大 而 同 时 增 大 ,30 min 和 60 min 坍 损 则 随 着 粉 煤 灰 所 占 比 例 增 大 而 降 低 ;在 粉 煤 灰 与 矿 粉 掺 量 不 变 的 的 情 况 下 ,混 凝 土 的 坍 落 度 、扩 展 度 以 及 30 min 和 60 min 坍 落 度 损 失 随 着 胶 凝 材 料 体 系 中 硅 灰 所 占 比 例 增 大 而 降 低 。 第 29 卷 第 6 期 涂 文 懋 ,等 :复 掺 矿 物 掺 和 料 对 C50 海 工 混 凝 土 性 能 影 响 45 2 . 3 矿 物 掺 合 料 对 C50 海 工 混 凝 土 抗 氯 离 子 渗 透 性 能 影 响 粉 煤 灰 与 矿 粉 二 元 复 掺 对 混 凝 土 抗 氯 离 子 渗 透 性 能 的 影 响 见 图 5。 由 图 5 可 以 看 出 ,矿 物 掺 合 料 的 掺 量 对 C50 海 工 混 凝 土 6 h 总 导 电 量 有 重 要 影 响 ,在 掺 量 (占 总 胶 结 材 料 百 分 比 ) 不 超 过 50 %的 范 围 内 ,随 着 胶 凝 材 料 体 系 中 粉 煤 灰 含 量 的 增 多 ,56 d 海 工 混 凝 土 6 h 总 导 电 量 呈 上 升 趋 势 ,当 掺 量 在 0 — 20 %和 30 % — 5 0 %范 围 时 ,电 通 量 变 化 不 大 ;磨 细 矿 粉 则 呈 现 出 相 反 的 趋 势 ,随 着 掺 量 的 增 加 ,56 d 海 工 混 凝 土 6 h 总 导 电 量 呈 不 断 下 降 。 当 掺 量 在 0 — 20 %和 30 % — 50 %范 围 时 电 通 量 变 化 不 大 。 2 . 4 微 观 结 构 分 析 矿 渣 粉 + 粉 煤 灰 + 水 泥 和 矿 渣 粉 + 粉 煤 灰 + 硅 灰 + 水 泥 2 组 试 样 养 护 90 d 后 的 SEM 观 察 结 果 分 别 见 图 6 和 图 7。 图 6、图 7 显 示 ,复 掺 体 系 浆 体 结 构 均 匀 致 密 ,大 孔 较 少 ,矿 物 掺 合 料 与 水 泥 发 生 二 次 水 化 反 应 , 没 有 明 显 的 界 面 ;未 完 全 水 化 的 球 形 粉 煤 灰 颗 粒 镶 嵌 在 水 泥 石 结 构 中 ,延 长 了 有 害 介 质 的 渗 透 通 道 ,提 高 了 耐 久 性 ,图 7 可 以 看 出 ,掺 入 硅 粉 后 ,水 泥 石 结 构 更 加 致 密 。 3 结 论 a. 粉 煤 灰 和 矿 粉 合 理 复 掺 ,提 高 了 新 拌 浆 体 的 坍 落 度 和 扩 散 度 ,降 低 了 其 坍 落 度 损 失 ,改 善 了 混 凝 土 工 作 性 。 b. 磨 细 矿 渣 粉 的 掺 入 能 明 显 增 强 混 凝 土 抗 压 强 度 和 抗 折 强 度 ,提 高 混 凝 土 的 耐 久 性 能 ,但 会 降 低 新 拌 浆 体 的 工 作 性 能 。 c. SEM 分 析 表 明 ,复 掺 体 系 浆 体 结 构 均 匀 致 密 ,混 凝 土 耐 久 性 好 。 (下 转 第 53 页 ) 第 29 卷 第 6 期 陈 立 军 :混 凝 土 孔 径 尺 寸 对 其 使 用 寿 命 的 影 响 53 径 范 围 称 为 显 效 有 利 孔 ,其 孔 隙 半 径 范 围 约 为 < 9 nm、120 — 800 nm 和 15 000 — 60 000 nm。 其 余 的 孔 径 范 围 皆 为 不 利 孔 和 低 效 孔 (包 括 中 性 孔 ) 。 3 结 论 a. 根 据 混 凝 土 内 部 孔 隙 种 类 和 性 能 的 变 化 关 系 ,得 出 混 凝 土 孔 隙 半 径 影 响 使 用 寿 命 的 内 在 规 律 。 并 结 合 混 凝 土 使 用 寿 命 的 实 际 波 动 情 况 ,找 到 符 合 这 一 规 律 的 数 学 模 型 和 修 正 系 数 ,提 出 混 凝 土 孔 隙 半 径 影 响 混 凝 土 使 用 寿 命 的 计 算 式 。 结 果 表 明 ,随 着 孔 隙 半 径 数 量 级 (半 径 对 数 值 ) 的 降 低 ,对 混 凝 土 使 用 寿 命 的 影 响 幅 度 呈 周 期 性 的 波 动 变 化 。 且 孔 隙 半 径 越 小 (半 径 > 1 nm 时 ) ,对 使 用 寿 命 影 响 幅 度 的 波 动 越 大 (如 果 半 径 < 1 nm ,对 使 用 寿 命 的 影 响 幅 度 又 重 新 变 小 ) 。 b. 大 多 数 混 凝 土 (主 要 指 暴 露 于 大 气 中 的 混 凝 土 ) 而 言 ,混 凝 土 中 的 孔 隙 可 以 分 为 对 耐 久 性 有 利 的 孔 隙 和 不 利 的 孔 隙 2 类 。 其 中 最 有 利 的 孔 隙 是 超 微 孔 (不 包 括 半 径 < 0. 1 nm 的 超 微 孔 ) 和 半 径 < 10 nm 的 微 毛 2 3 4 5 细 孔 ,其 次 是 半 径 为 10 — 10 nm 的 大 毛 细 孔 ,再 其 次 是 半 径 为 10 — 10 nm 的 非 毛 细 孔 ;最 不 利 的 孔 隙 是 半 2 3 4 5 6 径 为 10 — 10 nm 的 微 毛 细 孔 ,其 次 是 半 径 为 10 — 10 nm 的 过 渡 大 孔 ,再 其 次 是 半 径 为 10 — 10 nm 的 非 毛 细 孔 。 正 效 应 的 幅 度 达 到 10 % 以 上 的 显 效 有 利 孔 ,其 孔 隙 半 径 范 围 约 为 < 9 nm 、120 — 800 nm 和 15 000 — 6 0 000 nm。 其 余 的 孔 径 范 围 皆 为 不 利 孔 和 低 效 孔 (包 括 中 性 孔 ) 。 c. 根 据 混 凝 土 孔 径 尺 寸 影 响 使 用 寿 命 的 计 算 公 式 ,参 照 普 通 混 凝 土 的 一 般 使 用 寿 命 (按 50 年 考 虑 ) ,可 知 在 普 通 混 凝 土 化 学 组 成 基 本 不 变 、且 正 常 使 用 的 条 件 下 ,以 10 — 100 nm 的 微 毛 细 孔 为 主 要 孔 隙 的 混 凝 土 5 6 最 低 使 用 年 限 仅 8 — 18 年 ;以 过 渡 大 孔 为 主 要 孔 隙 的 混 凝 土 使 用 寿 命 约 低 至 32 — 36 年 ;以 半 径 10 — 10 nm 4 5 的 非 毛 细 孔 为 主 的 混 凝 土 使 用 寿 命 约 低 至 38 — 41 年 ;以 半 径 10 — 10 nm 的 非 毛 细 孔 为 主 的 混 凝 土 使 用 寿 命 可 达 61 — 64 年 ;以 大 毛 细 孔 为 主 要 孔 隙 的 混 凝 土 使 用 年 限 可 高 达 70 — 75 年 ;并 可 预 测 出 以 超 微 孔 为 主 要 孔 隙 的 混 凝 土 最 高 使 用 寿 命 可 达 100 — 120 年 以 上 ,甚 至 可 高 达 150 — 200 年 以 上 。 参 考 文 献 [ 1 ] 谢 依 金 A E ,契 霍 夫 斯 基 Ю В ,勃 鲁 谢 尔 М И . 水 泥 混 凝 土 的 结 构 与 性 能 [ M ]. 胡 春 芝 ,袁 孝 敏 ,高 学 善 ,译 . 北 京 :中 国 建 筑 工 业 出 版 社 ,1984. [ [ [ [ [ [ [ 2 ] 陈 立 军 ,李 世 禹 . 高 性 能 混 凝 土 自 收 缩 增 大 的 机 理 与 改 善 途 径 [J ]. 混 凝 土 与 水 泥 制 品 ,2004 ,(5) :10212. 3 ]陈 立 军 ,王 永 平 ,尹 新 生 ,等 . 混 凝 土 孔 径 尺 寸 与 抗 渗 性 的 研 究 [J ]. 硅 酸 盐 学 报 ,2005 ,33(4) :5002505. 4 ] 陈 立 军 . 混 凝 土 渗 透 性 测 试 方 法 的 改 进 及 水 胶 比 的 影 响 [J ]. 混 凝 土 ,2005 ,(11) :30235. 5 ]陈 立 军 ,孟 现 安 ,陈 冲 ,等 . 常 压 下 水 泥 粒 度 和 水 胶 比 对 混 凝 土 渗 透 性 的 影 响 [J ]. 混 凝 土 ,2005 ,(12) :53257. 6 ] 陈 立 军 ,王 永 平 . 混 凝 土 抗 冻 等 级 确 定 方 法 与 生 产 技 术 的 商 榷 [J ]. 新 型 建 筑 材 料 ,2004 ,(5) :45247. 7 ] 陈 立 军 ,金 玉 杰 . 略 论 高 性 能 混 凝 土 的 密 实 性 与 耐 久 性 [J ]. 混 凝 土 ,2003 ,(6) :21222. 8 ] Neville A M. 混 凝 土 的 性 能 [ M]. 李 国 泮 ,马 贞 勇 ,译 . 北 京 :中 国 建 筑 工 业 出 版 社 ,1983. ( 上 接 第 45 页 ) 参 考 文 献 [ [ 1 ] 吴 中 伟 ,廉 慧 珍 . 高 性 能 混 凝 土 [ M]. 北 京 :中 国 铁 道 出 版 社 ,1999. 2 ] Chang P K , Peng , Hwang Y N , et al. Design Consideration for Durability of High2performance Concrete[J ]. Cement and Concrete Composites , 2001 ,23(425) :3752380. [ 3 ]沈 玉 婷 ,谢 慧 东 ,王 林 静 ,等 . 矿 渣 微 粉 及 粉 煤 灰 在 混 凝 土 中 双 掺 技 术 的 试 验 研 究 [J ]. 山 东 建 材 ,2004 ,(2) :34236. [ 4 ] 刘 建 忠 ,刘 加 平 ,邓 敏 ,等 . 矿 物 掺 合 料 对 混 凝 土 抗 压 强 度 和 氯 离 子 渗 透 性 能 的 影 响 [J ]. 混 凝 土 与 水 泥 制 品 ,2005 , (8) :123. 5 ] 马 保 国 , 李 永 鑫 . 绿 色 高 性 能 混 凝 土 与 矿 物 掺 合 料 的 研 究 进 展 [J ]. 武 汉 工 业 大 学 学 报 , 1999 ,21(5) :29231. 4 [
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