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探究矿渣微粉掺粉煤灰对混凝土抗冻性能的影响试验

作者: 发布时间:2020-01-01 14:21:41 阅读: 51 次

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探究矿渣微粉掺粉煤灰对混凝土抗冻性能的影响试验

 

摘要:混凝土冻融破坏的影响因素众多,其中氯离子渗透会一切你钢筋锈蚀,如何提升混凝土的抗冻性对于保证其耐久性至关重要。基于以上,本文从冻融破坏机理和影响因素分析着手,进行了矿渣微粉掺粉煤灰对混凝土抗冻性能影响的试验研究。

关键词:矿渣微粉;粉煤灰;混凝土;抗冻性能

 

前言:抗冻性能是衡量混凝土耐久性的重要指标,耐久性指的是混凝土在潮湿环境中经过冻融循环而保持使用性能的能力,是混凝土材料使用寿命及质量的重要反映。混凝土受冻破坏带来的后果是十分严重的,如何提升混凝土抗冻性能引起了国内外学者的关注。基于以上,本文进行了矿渣微粉掺粉煤灰对混凝土抗冻性能的影响试验,探讨了掺合料掺量、骨料级配、水灰比等对抗冻性能和冻融水平的影响,通过水灰比等方面来进行试验得出结论,旨在为相关研究和实践提供参考。

1冻融破坏机理分析

    冻融破坏是一个相对复杂的物理变化过程,在某一冻结温度之下,水结冰膨胀,冷水迁移,产生的压力超过混泥土承受能力的时候,则会导致混凝土内部微裂缝和空隙扩大,并相互连通,最终使得混凝土强度逐渐降低,导致混凝土破坏[1]

2冻融破坏影响因素

2.1孔结构的影响

孔结构对冻融破坏的影响主要是因为孔中的水在冻融循环过程中会结冰膨胀,孔隙率越大,则混凝土中孔结构含水量越多,其结冰产生的压力作用就越大。水灰比是影响混凝土孔隙率及孔结构的重要因素,水灰比越大,孔体积越大,孔径越大,混凝土的抗冻性能也就越低。

尤其对于严寒地区的混凝土工程来说,需要使用引气剂对混凝土的内部结构进行改善,目的就是为了降低孔隙率,提升混凝土的抗冻性能,这种改善效果与混凝土气泡尺寸、分布及数量等参数油管。

2.2饱水度的影响

    通过冻融破坏机理分析可知,水是导致混凝土受冻破坏的最主要原因之一,孔隙结构决定着混凝土内部水的存在形式,主要存在形式包括自由水、物理吸附水及化学结合水。

2.3含气量和环境条件的影响

含气量对混凝土抗冻性能有着重要的影响,加入引气剂之后,会在混凝土内部形成微细的气控,从而提升抗冻性能[2]。这些微细孔之间互补联通,在手动初期,微细孔的存在能够减少毛细孔中的静水压力,实现减压,从而降低对混凝土的破坏作用。此外,在混凝土受冻结冰的过程中,微细孔能够抑制水泥浆中微小冰体形成。对于不同的混凝土拌合物来说,其都有着自身防止受冻的最小含气量。

环境条件主要指的是混凝土所处环境的冻结龄期、降温速度及更低冻结温度等,这些环境参数会影响冻融破坏作用,例如冻融速率越高,则其对混凝土的冻融破坏力也就越大,在这样的环境下,混凝土就更容易受冻破坏。

3试验研究

3.1试验材料

试验材料主要包括水泥、粉煤灰、砂子、矿渣微粉和石子,石子为碎石,粒径在1-3m之间。混凝土配合比如表1所示:

1混凝土配合比(kg)

编号

水泥

矿渣微粉

粉煤灰

石子

S0

350

0

0

175

619

1265

S5

175

175

0

175

619

1265

S5F1

140

175

35

175

619

1265

S5F2

105

175

70

175

619

1265

3.2试验方法

    研究混凝土养护28d冻融循环条件下质量与动弹模量变化规律,探讨冻融循环对电阻率的影响。对混凝土动弹模量金星村额定,设备输出功率在100-2000Hz之间,激励混凝土试件,以共振原理为基础,确定混凝土基频振动频率。

3.2试验结果

GBJ82-85《混凝土长期性能和耐久性能试验方法》为基础,对混凝土试件的相对动弹模量和电阻率进行测量。

3.2.1混凝土外观变化

随着冻融循环次数增加,混凝土试件外观变化明显。未受到冻融破坏的混凝土试件外观光滑平整,受到冻融破坏之后,试件表面沙砾逐渐脱落,表面不再光滑,变得粗糙。剥蚀现象随着冻融次数的增加变得越来越严重,粗骨料露出混凝土试件,并脱落,试件表面产生裂缝,出现断裂破坏。

3.2.2混凝土试件质量损失率

以混凝土冻融循环试验方法为基础,对不同冻融循环周期下混凝土试件质量损失率进行测定,测定结果如图1所示。

1混凝土试件质量损失率

由图1可知,单掺50%矿渣微粉的混凝土能够经受的冻融循环次数最多,即曲线S5,在冻融循环次数达到225次之后,其质量损失率更低。同时掺有50%矿渣微粉且复掺粉煤灰的时候,随着粉煤灰掺量的增加,混凝土抗冻性能逐渐降低粉煤灰掺量在10%的时候,混凝土的抗冻性能更优。

3.2.3混凝土试件动弹模量

在冻融循环过程中,对混凝土试件动弹模量进行测试,测试结果如图2和图3所示。

2混凝土动弹模量

3混凝土相对动弹模量

由图2可知,在125次冻融循环次数下,单掺50%矿渣微粉的混凝土和复掺50%矿渣煤粉10%粉煤灰的混凝土弹性模量变化曲线规律基本一致,在200次冻融循环后,单掺50%矿渣煤粉混凝土的弹性模量要更大一些,说明其抗冻性能更优良。而复掺粉煤灰之后,粉煤灰掺量较少,则混凝土的抗冻性能较优良。

由图3可知,在125次冻融循环之后,普通混凝土和复掺50%矿渣微粉20%粉煤灰混凝土的相对动弹模量显著降低,降低到接近0.6,如果降低到0.6,则代表混凝土被破坏,即上述两种混凝土在125次冻融循环后接近破坏。单掺50%矿渣微粉混凝土和复掺50%矿渣微粉和10%粉煤灰混凝土在200次冻融循环后动弹模量仍接近0.75,没有达到接近破坏程度。

3.2.4混凝土试件电阻率

电阻率属于电学参数的范畴,其是衡量单位长度混凝土阻碍电流通过能力的重要指标,能够表征混凝土的性能。混凝土电阻率测试结果如图4所示。

4混凝土电阻率

由图4可知,进行冻融循环实验之前,相较于普通混凝土来说,掺入矿渣微粉和粉煤灰的混凝土电阻率要更高一些,其中复掺50%矿渣微粉和20%粉煤灰的混凝土电阻率更高。随着冻融循环次数的增加,普通混凝土及掺50%矿渣微粉的混凝土电阻率逐渐降低,但整体降低幅度相对较小,而复掺矿渣微粉和粉煤灰的混凝土电阻率降低幅度较大。

综上分析可知,矿渣煤粉和粉煤灰的掺入有利于提升混凝土的抗冻性能,作用机理如下:

(1)混凝土体系属于一种连续级配颗粒堆积体系,在粗集料的间隙中,填充着细集料,在细集料间隙中,填充着水泥颗粒,在水泥颗粒间隙中,填充着更细的颗粒[3]

(2)矿渣微粉的粒径较小,一般在10um左右,其能够作为混凝土体系中水泥颗粒间隙的填充物质,属于微集料的一种,能够让混凝土形成更加致密的体系,从而有效降低混凝土的孔隙率,且能够避免连通毛细孔的产生。

(3)加入矿渣微粉之后,能够有效增加C-S-H凝胶体和凝胶孔,这就减少了结冻孔的数量,从而减少了结冰水压来源,提升抗冻性能。

(4)混凝土毛细孔难以达到临界含水量,水泥石的密实程度和抗渗性能是影响饱水成都的主要因素。

    单掺矿渣微粉或复掺矿渣微粉和粉煤灰对于提升水泥基材料的抗渗性能有着积极的作用,能够提升和改善混凝土的抗冻性能。

结论:通过动容循环试验,探讨了矿渣微粉掺粉煤灰对混凝土抗冻性能的影响,得出结论如下:①随着冻融循环次数的增加,混凝土质量损失率逐渐提升,单掺50%矿渣微粉的混凝土能够经受的冻融循环次数最多,且质量损失率更低;②随着冻融循环次数的增加,混凝土试件动弹模量逐渐减小,单掺50%矿渣煤粉混凝土和复掺矿渣煤粉与粉煤灰的混凝土试件弹性模量降低较少,抗冻能力更优良;③矿渣煤粉和粉煤灰的掺入有利于提升混凝土抗渗性能,且提升电阻率,阻碍亢进腐蚀破坏;④单掺50%矿渣煤粉的混凝土试件电阻率能提升3.5倍,复掺矿渣煤粉和粉煤灰的混凝土试件电阻率则提升了3.9倍。总的来说,单掺矿渣微粉或复掺矿渣微粉和粉煤灰对于提升水泥基材料的抗渗性能有着积极的作用,能够提升和改善混凝土的抗冻性能。

参考文献:

[1]邹启贤,喻世涛. 钢渣微粉对高强混凝土性能的影响[J]. 混凝土与水泥制品,2009,04:12-15.

[2]唐咸燕,肖佳,陈烽,陈雷. 粉煤灰和矿渣微粉在水泥基材料中的复合效应研究[J]. 水泥,2006,10:9-12.

[3]王国强,李双喜,张善德,侍克斌,魏祖涛,尹海华. 复掺Ⅱ级粉煤灰、矿渣微粉配制高强泵送混凝土试验研究[J]. 新疆农业大学学报,2011,03:263-267.