双掺海砂混凝土的性能研究.docx

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1、双掺海砂混凝土的性能研究随着世界经济的快速发展和世界人口的不断增长，合理开发利用海洋资源已经成为人类生存发展的必然趋势。考虑到国家土地保护政策、陆地环境保护力度的加强以及陆地河床砂日益匾乏的现状，将海砂用作建筑用砂是一个十分自然的选择，这一趋势已经为世界上发达国家发展（日本、英国等国）所验证。海砂分选好、分布集中的特点适合于大规模工业化开采，同时海运费用低，可以有效降低使用成本。海砂之所以被限制用于制备混凝土的主要原因在于海砂中富含氯盐，溶解产生的氯离子达到一定浓度时会破坏钢筋表面的钝化膜，造成钢筋的锈蚀破坏。另外，氯离子的存在，强化了离子的通路，即氯离子的存在会使其他的一些有害杂质也更容易渗

2、透到混凝土中来，严重危害到混凝土的耐久性。在推广应用海砂的过程中，如何降低危害海砂混凝土耐久性的氯离子含量是一个关键问题。淡水冲洗法、掺用阻锈剂法和河砂混合法是海砂用于混凝土的主要方法，而采用掺合料固化海砂混凝土中氯离子的方法并不多见。许多试验结果表明，损坏钢筋保护膜和混凝土耐久性是溶解于混凝土溶液中的游离氯离子而不是全部氯离子，水泥石固化氯离子的能力越大，其抗氯离子渗入的能力也越大。而粉煤灰和矿渣对氯离子有一定的固化作用，当渗入混凝土中的氯离子一定时，固化能力越强，则游离态的氯离子越少，对钢筋混凝土造成的危害也就越小5。本试验就是基于以上问题，利用粉煤灰和矿渣对氯离子的固化作用降低游离氯离子

3、含量，制备粉煤灰矿渣双掺海砂混凝土，研究了粉煤灰和矿渣的不同掺量对混凝土工作性、抗压强度、劈裂抗拉强度和氯离子扩散系数的影响并探讨了其作用机理。1试验材料及方法1.1试验材料水泥：金羊牌p425级水泥，广州珠江水泥厂生产；粉煤灰：n级灰，化学成分为：52.66%SiO2、31.03%A12O36.33%Fe2（933.62%CaO1.11%MgO0.5ISO3、3.74%烧失量；磨细矿渣：34.24%SiO2、14.15%A12O341.26%GIO、7.22%MgO,M值为1.83的碱性矿粉；砂：珠江口未淡化海砂，U区中砂，氯离子含量为0.077%；石：碎石，525mm连续粒径分布；减水剂：

4、高效减水剂WH-Ao1. 2试验主要仪器搅拌机：601卧式强制性搅拌机；压力机：3000kN微机液压压力试验机;清华大学研制，北京耐尔科技有限公司生产的NE1-PDR型自动采集数据的混凝土渗透性快速电测仪。1.3试验方法本试验采用粉煤灰与磨细矿渣的等量替代法，通过正交表设计了不同掺量的粉煤灰及矿渣混凝土、砂浆，并测试其不同龄期的强度、耐久性能力。详细配合比如表1所示。混凝土抗压强度试验采用100mm100mmX100mm试件，测出混凝土强度再乘折减系数O.95。混凝土劈裂拉伸强度试验采用IOOn1mX1OOmmXIOOmm的试件，试验结果乘以尺寸换算系数0.85。混凝土氯离子扩散系数试验采用I

5、OOmm50mm的圆柱体试件，试件共8组。分别测其7、28、90d的抗压强度、氯离子扩散系数和28d劈裂抗拉强度。表1试验混凝土的配合比编号各组分用量/（必/加3）减水剂/%水泥粉煤灰矿渣砂石水A13500073011401801.80A231535073011401801.80A3245703573011401801.80A42101053573011401801.80A528007073011401801.80A6245357073011401801.80A71757010573011401801.80A814010510573011401801.80氯离子扩散系数的具体方法是将混凝土成型

6、为一定厚度的试件，养护一定龄期后，放入NE1TJ混凝土真空饱盐设备进行真空饱盐，饱盐一定时间后测试其扩散系数。氯离子渗透性能反映了混凝土的密实程度以及抵抗外部介质向混凝土内部侵入的能力，是评价混凝土耐久性的重要指标之一，具体评价标准见表2。表2评价混凝土渗透性标准水灰比28d强度/MPaC1-扩散系数/(10,0cm25)渗透性等级渗透性评价0.61000I很高0.450.630405001000II高0.400.454060IO(T500III中0.350.40608050100IV低0.300.3580100550V很低0.200.301002005VI极低2结果分析及讨论2.1双掺对海砂

7、混凝土工作性的影响坍落度是衡量混凝土工作性的重要指标，图1反应的是海砂混凝土的坍落度随着粉煤灰和矿渣的变化而变化的规律。在海砂混凝土中掺入粉煤灰和矿渣，坍落度均增加，这与普通混凝土中掺入粉煤灰和矿渣的情况大体相同，说明海砂中氯离子并未对粉煤灰和矿渣的润滑作用起到阻碍作用。当粉煤灰掺量为20%,矿渣掺量为30%,即A7时，坍落度达到最大值19Omnb这时海砂混凝土的工作性最好。Ooooooooooooooo9876543210987sUIe/曼IIU1111A1A2A3A4A5A6A7A8as海砂混举土明落Jgr2. 2双掺对海砂混凝土抗压强度的影响混凝土的抗压强度反应的是混凝土抵抗压力破坏的能

8、力，是混凝土的最基本的力学性能，图2反应的是海砂混凝土的抗压强度随着粉煤灰和矿渣的变化而变化的规律。在矿渣的掺量相同的情况下，随着粉煤灰掺量的增加，海砂混凝土7d龄期强度和28d龄期强度的基本趋势是下降，90d龄期强度增加。当粉煤灰的掺量相同的情况下，随着磨细矿渣掺量的增加，海砂混凝土28d龄期强度和90d龄期强度呈现增加的趋势。总掺合料掺量较多时，前期强度较低，后期强度增长速度较快，其中当粉煤灰掺量为20%,矿渣掺量为30%,即A7表现得尤为明显。原因在于水泥与粉煤灰和矿渣的二次反应缓慢，28d龄期时初步起到效果，到90d龄期时才充分表现出来。图2海砂混凝土抗压强度2.3双掺对海砂混凝土劈裂

9、抗拉强度的影响劈裂抗拉强度可以反应混凝土的抗拉性能，图3反应的是海砂混凝土的劈裂拉伸强度随着粉煤灰和矿渣的变化而变化的规律。在矿渣的掺量相同的情况下,随着粉煤灰掺量的增加，海砂混凝土劈裂拉伸强度降低。而矿渣却在一定程度上提高了海砂混凝土的劈裂拉伸强度。当只掺20%矿渣时，海砂混凝土的劈裂拉伸强度达到最大值。这是因为矿渣较粉煤灰更易在前中期与水泥发生二次水化反应，增加海砂混凝土的抗拉能力。2.4双掺对海砂混凝土氯离子渗透性的影响混凝土氯离子扩散系数与混凝土中易导致钢筋锈蚀的游离氯离子密切相关,游离氯离子越少，氯离子扩散系数越小，图4反应的是海砂混凝土的氯离子扩散系数随着粉煤灰和矿渣的变化而变化的

10、规律。在矿渣的掺量相同的情况下，随着粉煤灰掺量的增加，海砂混凝土7d龄期氯离子扩散系数增大，而后期28d龄期氯离子扩散系数减小；在粉煤灰的掺量相同的情况下，随着矿渣掺量的增加，海砂混凝土7d龄期氯离子扩散系数减小，后期90d龄期氯离子扩散系数也减小。说明在前期粉煤灰的掺入并没有起到固化海砂中氯离子的作用，而在后期经过粉煤灰与水泥的二次水化才发挥作用。而矿渣在前期就有固化氯离子的作用。在后期粉煤灰和矿渣的协同作用下，特别是A7（粉煤灰掺量为20%,矿渣掺量为30%）的90d龄期氯离子扩散系数最小，这说明了粉煤灰、矿渣双掺混凝土具有很好的抗氯离子渗透性能。3机理分析众所周知，渗入混凝上中的氯离子是

11、造成混凝上中钢筋锈蚀的主要原因。渗入混凝土中的氯离子在混凝土中有3种存在形式：一种是氯离子与水泥矿物熟料的C3A的水化产物硫铝酸钙反应生成低溶性的单氯铝酸钙(3CaOA12O3CaCZ21072O),即所谓Friede盐，这称为氯离子的化学结合；第二种是氯离子被吸附到水泥胶凝材料的水化产物中去，即被水泥水化产物内比表面积不可逆的吸收，这叫做氯离子的物理吸附；第三种是氯离子以游离的形式存在于混凝土的孔溶液里，只有这部分以游离态存在的氯离子达到一定浓度时才会对钢筋造成腐蚀。混凝土对氯离子的化学结合与物理吸附的能力统称为混凝土对氯离子的固化能力。混凝土中游离氯离子和结合氯离子是同时存在的，并保持化学

12、平衡。当渗入混凝土中的氯离子一定时，固化能力越强，则游离态的氯离子越少，其抗氯离子渗入的能力也越大。双掺粉煤灰与矿渣微粉，兼有单掺粉煤灰水泥与单掺矿渣微粉水泥二者的特点。在早期，主要是熟料水化所生成的Ca(OH)2和掺入的石膏分别作为矿渣微粉的碱性激发剂和硫酸盐激发剂，并与矿渣微粉中的活性组分相互作用，生成水化硅酸钙、水化硫铝酸钙或水化硫铁酸钙。而在后期，主要是水泥熟料水化所析出的Ca(O)2通过液相扩散到粉煤灰球形玻璃体的表面，发生化学吸附和侵蚀，并生成水化硅酸钙和水化铝酸钙，粉煤灰的二次水化作用使混凝土的后期强度和耐久性得到大大的提高。粉煤灰与磨细矿渣就是通过二次水化改善混凝土水化的产物和浆体孔隙结构，使得混凝土内部孔隙细化、均匀化和孔道曲折，固化游离氯离子能力增强，耐久性提高。4结论(1)粉煤灰和磨细矿渣确实具有固化海砂混凝土中游离氯离子，提高海砂混凝土耐久性的功能。(2)为减少海砂混凝土中有害氯离子找到了一种新的途径。粉煤灰和磨细矿渣两种活性矿物外加剂复掺能明显提高海砂混凝土的工作性，中后期抗压强度和耐久性。采用双掺20%粉煤灰及30%磨细矿粉，能发挥最大的协同作用。参考文献：欧阳东，吴亭亭，等.双掺海砂混凝土的性能研究J混凝土，2012(9)：123-125