中低等级大掺量粉煤灰混凝土性能研究doc-中低等级大掺量hsgl.docx

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1、中低等级级大掺量量粉煤灰灰混凝土土性能研研究宋少民宋少民: 男,教授,北京建筑工程学院,联系电话:01068322164 E-mail:john.song65 李李红辉李红辉:女,北京建筑工程学院在读研究生,E-mail:lihonghui1983.（北京 北京京建筑工工程学院院 10000444）【摘要】 本文对对大掺量量粉煤灰灰混凝土土的配合合比、力力学性能能与耐久久性能进进行研究究，结果果表明在在低水泥泥用量和和低水胶胶比条件件下，力力学性能能完全可可以满足足中低强强度等级级混凝土土的技术术要求。更更为重要要的是氯氯离子扩扩散、钢钢筋锈蚀蚀等试验验显示混混凝土结结构密实实、碳化化速度得得

2、到有效效控制，钢钢筋无锈锈蚀现象象，混凝凝土具有有良好的的耐久性性，在村村镇建设设中推广广应用具具有明显显的经济济效益和和重要的的社会意意义。【关键词词】 中中低等级级 大大掺量 粉煤灰灰混凝土土The Perrforrmannce Ressearrch to Midddlee annd LLow Strrenggth Graade of Higgh VVoluume Flyy-assh CConccrette【absstraact】 Thee cooncrretee miix ddesiign ,meechaaniccs ppropperttiess annd dduraabillityy

3、weere stuudieed hheree. TThe ressultts sshowwed thaat tthe strrenggth of higgh vvoluume flyy-assh cconccrette ccoulld rreacch tthe midddlee annd llow strrenggth graade witth llow w/bb annd llow vollumee off ceemennt. It wass moore impporttantt thhat thee cooncrretee sttruccturre iis iimpaacteed aand

4、 carrbonnatiion ratte aand thee stteell-baar ccorrrosiion couuld be conntroolleed.thrrouggh tthestteell-baar ccorrrosiion texxt aand thee peermeeabiilitty ttestt off reesisst cchloorinne iion. Itt waas cconffirmmedtthatt thhe cconccrette hhas exccelllentt duurabbiliity. Itt haas iimpoortaant ecoonom

5、mic bennefiit aand socciall siigniificcancce iin vvilllagee annd ssmalll ttownn coonsttrucctioon.【keyy woordss】 tthe midddlee annd llow graade hhighh voolumme flly-aash conncreete1前言二十世纪纪八十年年代以后后，我国国迎来了了空前的的建设高高潮。尤尤其是各各大中城城市和国国家重要要的基础础设施的的建设规规模之大大令人瞩瞩目、举举世震惊惊。这种种庞大的的建设是是以高消消耗作为为代价的的，我国国能源利利用率只只有美国国的

6、266.9%,日本本的111.5。20005年年我国水水泥生产产量超过过10亿亿吨，混混凝土产产量超过过50亿亿吨，能能源和资资源消耗耗十分巨巨大。据据天津某某单位的的勘测表表明我国国能生产产水泥的的石灰石石储量为为5000亿吨，以以其作为为生产水水泥的原原料。按按目前水水泥产量量，仅够够生产水水泥400年。可可以看出出我国水水泥、混混凝土行行业的资资源危机机已迫在在眉睫1。进进入二十十一世纪纪，中国国又将迎迎来大规规模的村村镇现代代化建设设，混凝凝土仍将将是重要要的结构构材料之之一。我我们的出出路在哪哪里呢？笔者认认为，首首先要追追求混凝凝土的高高耐久性性，而不不要追求求混凝土土的高强强度；

7、第第二要大大力推广广使用绿绿色高性性能混凝凝土，最最大限度度地减少少水泥的的用量。其其实提高高混凝土土的耐久久性和减减少水泥泥用量是是不矛盾盾的。古古罗马人人使用石石灰和火火山灰材材料制备备的原始始混凝土土，耐久久性优异异，经历历20000年的的风雨洗洗礼，建建筑物可可以做到到历久弥弥坚，而而当代混混凝土建建筑十几几年或几几十年就就出现大大量病害害，其根根本原因因就在于于一味追追求高水水泥用量量，盲目目的认为为高水泥泥用量的的混凝土土才可以以保证质质量。这这样混凝凝土陷入入了“高水泥泥高内能能不稳定定低寿命命”的误区区。本文依据据“低水泥泥用量、低低水胶比比、高粉粉煤灰掺掺量”的高性性能混凝凝

8、土技术术路线，研研究中低低等级大大掺量粉粉煤灰混混凝土的的性能，以以期可以以满足绿绿色高性性能混凝凝土要求求作为村村镇建设设积极推推广的混混凝土品品种之一一，符合合可持续续发展之之需要。2 原材材料2.1水水泥的性性能本次试验验采用的的是北京京市兴发发水泥有有限公司司生产的的普通硅硅酸盐水水泥，强强度等级级为422.5MMPa。表1 水泥泥的主要要性能检项目标准稠度度用水量量初凝时间终凝时间细度安定性(雷式法法)抗折强度度（MPPa）抗压强度度(MPaa)3d28d3d28d结果27%3.0hh4.9hh1.0%合格4.9668.69922.0048.002.2粉粉煤灰各各项物理理化学指指标本

9、次试验验所采用用的粉煤煤灰是北北京市石石景山电电厂的活活化III级粉煤煤灰。经经试验分分析，其其化学成成分如表表2。表2粉煤煤灰的主主要成分分为SiiO2 和AAl2O3，其主主要矿物物组成为为圆球形形铝硅质质玻璃球球和结晶晶型石英英，活性性组分为为铝硅质质玻璃球球。粉煤煤灰的主主要物理理性能见见表3。表2粉煤煤灰化学学成分化学成分分SiO22Al2OO3CaOMgOSO3Fe2OO3烧失量含量（%）54.88832.1121.9331.4551.4664.2883.822表3 粉煤煤灰的主主要物理理性能细度(445mm筛余量量，%)需水量比比(%)含水率(%)表观密度度(g/cm33)堆积密

10、度度(g/cm33)15.33970.62.20.7552.3天天然砂、石石的性能能（表44、表55）砂：细度度模数为为2.44的中砂砂。石子：5525mmm。表4 天然然砂子材材料性能能项目含水率（%）表观密度度（kgg/m33）紧密堆积积密度（kkg/mm3）松散堆积积密度（kkg/mm3）结果2.0255001740016500项目含水率(%)表观密度度( kgg/m33)紧堆积密密度( kgg/m33)松堆积密密度( kgg/m33)压碎指标标(%)结果0.726600 15300 14100 5.4表5 天然石石子材料料性能2.4外外加剂本试验采采用了聚聚羧酸高高效减水水剂，减减水率

11、为为28%，引气气量为22.3%。3试验及及结果分分析3.1和和易性与与强度试试验由表6不不难发现现掺加了了大量粉粉煤灰的的混凝土土后期强强度增长长，亦有有较大空空间。如如第1组组混凝土土56天天强度比比28天天强度增增长了445.11%，粉粉煤灰掺掺量为660%，由由此看出出由于粉粉煤灰后后期的二二次水化化，使混混凝土更更密实，强强度得以以大幅度度表6 配合合比及抗抗压强度度编号W/BF%Sp(%)CFSGW抗压强度度(MPPa)SL(mm)14d28d56d90d10.344 6042188 282 743 10277 16020.88 24.44 35.44 36.9924520.377

12、 5542171 209 789 10900 14122.22 31.22 37.77 46.3315030.377 4046246 164 846 993 15232.88 41.44 43.22 48.667040.377 5048220 220 863 935 16324.55 35.88 38.77 51.1111850.377 4540259 212 702 10544 17430.22 40.99 49.77 56.8824060.377 6044200 300 755 960 185 23.66 32.44 36.00 38.4428070.400 6040152 228 747

13、 11211 152 24.44 32.44 35.2237.5521680.29950422502507371018814531.5541.2251.0058.8822090.322554821225985492515022.7731.0038.7738.77230100.355604420030075996617520.3329.2235.4439.99280110.35530443081327901005516536.9940.1149.3352.99200对比第66组和第第7组,我们发发现粉煤煤灰掺量量在600相同同情况下下,后者者胶凝材材料总量量较少,单方用用水量也也低,但但混凝土土

14、和易性性及强度度和前者者相当。3.2抗抗硫酸盐盐侵蚀试试验依据冯乃乃谦教授授（参考考美国AASTMM10112标准准）的干干湿循环环试验方方法，试试验的每每个配比比采用一一组1000mmm1000mm1000mm规规格的混混凝土试试块，标标养288天后，做做干湿循循环，即即在室温温5%的的硫酸钠钠溶液中中浸泡116小时时，取出出晾干11小时，再再于800的烤箱箱烘干66小时，冷冷却1小小时称重重。244小时为为一个循循环，每每个循环环后观察察试件表表面侵蚀蚀情况。由图1看看出混凝凝土质量量基本呈呈上升趋趋势，这这可能是由由于硫酸酸钠在混混凝土孔孔隙中的的结晶沉沉积以及及与混凝凝土中少少量的Ca

15、(OH)2产物反反应生成成钙钒石石，不断填填充孔隙隙，使混混凝土更更加密实实,质量量增加。经过200次循环环后混凝土土质量趋趋于稳定定。说明明一方面面是由于于粉煤灰灰的大量量掺加减减少了CCa(OOH)22的生成成，同时时粉煤灰灰的二次次水化亦亦消耗了了一部分分的Caa(OHH)2，使得得混凝土土中可与与硫酸盐盐反应的的Ca(OH)2减少；另一方方面粉煤煤灰本身身的填充充效应使使混凝土土孔隙率率降低，阻阻碍了硫硫酸盐的的进一步步侵蚀。由此可见粉煤灰混凝土具备良好的抗硫酸盐侵蚀能力。3.3碳碳化试验验试验采用用GBJJ82-85快快速碳化化法，使使用标准准碳化箱箱，1000mmm1000mm10

16、00mm规规格的混混凝土试试块在标标养288天(带带星号组组为标养养56天天)后，60干燥48小时，移入二氧化碳浓度为20%，温度20，湿度70%的碳化箱中碳化，经28天(或56天)碳化后再取出试件测定其碳化深度。一般来说,混凝土结构物中钢筋的保护层厚度至少为2025mm,也就是说,实际工程中允许混凝土有一定的碳化,当然碳化深度不允许超过保护层厚度，测定的28d碳化深度，大致相当于自然环境中50年的碳化深度2。编号B(kgg/m33)W/B(kg/m3)F%C(kgg/m33)F(kgg/m33)W(kgg/m33)28天碳碳化深度度(mmm)56天碳碳化深度度(mmm)14700.34460

17、18828216016.8815.0023800.3775517120914111.77*/34100.3774024616415212.886.2*44400.377502202201639.7*/74400.4006015222815214.22*/85000.2995025025014511.774.2*94700.3225521225915020.6611.44*105000.3556020030017515.22*/114400.3553030813216517.444.6*表7 碳化化深度注：表中中带*数数据表示示标养556天后后再放入入碳化箱箱中碳化化后所得得的试验验数据。试验结

18、果果（见表表7）表表明，掺掺加粉煤煤灰以后后，标养养28天天的混凝凝土的抗抗碳化能能力与普普通混凝凝土相比比有所下下降(普普通混凝凝土一般般小于110mmm)，这这一方面面是由于于粉煤灰灰取代了了部分水水泥，使使得混凝凝土中CCa(OOH)22减少，另另一方面面粉煤灰灰的二次次水化进进一步消消耗了CCa(OOH)22。但由由表7发发现在低水水胶比前前提下,粉煤灰灰掺量在在3060变化时时28天天碳化程程度没有有出现明明显的增增加，如如第11组试试件288天碳化化深度为为17.4mm，第第1组试试件288天碳化化深度为为16.8mm；第1、33、8、99、111各组的的试验数数据对比比看，经经5

19、6天天标养后后再进行行碳化试试验，556天的的碳化深深度比经经28天天标养后后碳化试试验288天的要要明显减减少；从图22看出，随随着混凝凝土单方方用水量量 的的增大混混凝土抗抗碳化能能力下降降；经过556天标标准养护护后，再再进行碳碳化试验验表明：粉煤灰灰掺量在在4050%时碳化化速度较较小，例例如第33组和第第8组。总体上看看，大掺掺量粉煤煤灰混凝凝土在低低水胶比比条件下下，碳化化速度并并没有随随着掺量量增加而而明显提提高；经经过566天标准准养护其其水化结结构已相相对成熟熟，再进进行碳化化试验更更为合理理。3.4早早期收缩缩试验测定混凝凝土收缩缩时以1100mmm1000mm5155mm

20、的的棱柱体体试件为为标准试试件。测测定代表表某一混混凝土收收缩性能能的特征征值时，试试件应在在3d龄龄期（从从搅拌混混凝土加加水时算算起）从从标准养养护室取取出，并并立即移移入恒温温恒湿室室测定其其初始长长度，此此后至少少应按以以下规定定的时间间间隔测测量其变变形读数数：1dd、3dd、7dd、144d（从从移入恒恒温恒湿湿室内算算起）。由图3可可以看出出，在低低水胶比比下，随随着粉煤煤灰掺量量的增大大，混凝凝土收缩缩率显著著下降，粉粉煤灰掺掺量达到到60%时，混混凝土的的前7天天不收缩缩。粉煤煤灰明显显的减少少早期收收缩的作作用，主主要来源源于其对对凝胶体体孔隙的的填充和和减少了了早期水水泥

21、水化化量。表8 大掺量量粉煤灰灰混凝土土收缩率率 F%收缩率110-661天3天7天14天600.00.00.01.9400.030.0060.0081.99503.95.836.9946.663089.33102.9112.6112.63.5 氯离子子渗透试试验氯离子是是造成混混凝土中中钢筋锈锈蚀的主主要原因因之一。氯氯离子在在混凝土土结构中中扩散能能力强，甚甚至在高高碱性混混凝土环环境中会会破坏钢钢筋的钝钝化膜，从从而使钢钢筋产生生锈蚀。研究表表明，混混凝土是是保护钢钢筋，防防止钢筋筋腐蚀最最基本、最经济济合理和和有效的的材料。这这是因为为混凝土土本身具具有高碱碱性，高高质量的的混凝土土保

22、护层层抗氯离子渗渗透扩散散能力较较强，具具有长期期防止环环境侵蚀蚀介质渗渗透的功功能，从从而预防防钢筋锈锈蚀。因因此，氯氯离子渗渗透扩散散性是反反映混凝凝土抵抗抗氯离子子侵入和和钢筋腐腐蚀能力力的一个个重要参参数3。本试验采用用标养228天后后切割成成1000mm1000mm50mmm的试块，分分别用NNEL法法和电通通量法进进行试验验（试验验结果见见表9和和表100）。表9 氯离子子扩散系系数编号W/BF%W氯离子扩扩散系数数（110-88）10.34460 1601.51120.37755 1411.177330.37740 1521.022240.37750 1631.366880.29

23、950 1451.4448100.35560 1751.6777110.35530 1651.5444表10 大掺掺量灰混混凝土电电通量组号电流(mmA)电量(CC)评价822.338555538.74很低130.337777731.09很低327.991099671.72很低936.445099877.25很低从图4看看出，随随着单方方用水量量的增大大混凝土土的氯离离子扩散散系数基基本呈增增大趋势势。又通通过表110中数数据可以以发现，在在低水胶胶比情况况下，大大量掺加加粉煤灰灰，混凝凝土具有有很强的的抵抗氯氯离子侵侵蚀能力力。这是是因为粉粉煤灰二二次水化化可以使使混凝土土更密实实，同时时由

24、于粉粉煤灰较较细，本本身也具具有较好好的填充充性能，这这也提高高了混凝凝土的密密实度。能改善善混凝土土的孔结结构，减减少连通通孔，这这都有利利于改善善混凝土土的抗氯氯离子侵侵蚀能力力。 3.6 钢筋锈锈蚀试验验测定钢筋筋锈蚀时时以1000mmm1000mm3000mm的的棱柱体体试件为为标准试试件。采采用6的普普通低碳碳钢热扎盘盘条，经经调直后后使用。每每根长为为29991mmm。钢筋筋处理：以122盐酸酸酸洗后后，经水水漂净后，再再以石灰灰水中和和，最后后再次以以清水洗洗干净， 表表11碳碳化288天后的的钢筋锈锈蚀率 组号碳化288天钢筋筋锈蚀率率（%）20.011100.08830.09

25、940.17770.18890.26680.399110.57710.600擦干后在在干燥器器中至少少存放44小时。试试件成型型122昼夜后后拆模，然然后用钢钢丝刷将将试件两两端部混混凝土刷刷毛，用用1：22水泥砂砂浆做220mmm厚的保保护层。试试件应先先进行碳碳化试验验，碳化化28天天后移入入标养室室养护228天，此此后劈裂裂试件，再再次进行行钢筋处处理，并并测定其其钢筋锈锈蚀率。钢筋锈蚀蚀率=（钢钢筋原重重-试验验后钢筋筋重）/钢筋原原重，钢钢筋锈蚀蚀率精确确到0.01%。本试验验中混凝凝土试块块破型后后，观察察钢筋表表面都没没有发现现锈蚀现现象。从从表111可以看看出本试试验中的的混凝

26、土土试件都都具有极极小的钢钢筋锈蚀蚀率，这这与上面面的碳化化试验结结果是相相符的，说说明粉煤煤灰混凝凝土确实实具有足足够的抗抗钢筋锈锈蚀能力力。4 结论论(1) 粉煤灰掺掺量400%60%的混凝凝土在低低水胶比比时，和和易性好好，288天强度度可以满满足C220C300要求；后期强强度增长长率大，990天强强度可以以满足CC30C455的要求求。(2) 大掺量粉粉煤灰混混凝土具具有良好好的抗硫硫酸盐侵侵蚀能力力，二十十次干湿湿循环后后试块质质量仍未未减少。(3) 大掺量粉粉煤灰混混凝土在在低水胶胶比时，碳碳化速度度大于普普通泵送送混凝土土，按常常规碳化化试验方方法，碳碳化深度度基本在在20mm

27、m以下下；若标标养566天后再再进行556天碳碳化试验验，则碳碳化速度度明显减减少，粉粉煤灰掺掺量400%50%时时56天天最大碳碳化深度度6.22mm，粉粉煤灰掺掺量555%60%时时56天天最大碳碳化深度度为155.0mmm。(4) 粉煤灰能能明显改改善混凝凝土的收收缩性能能。在低低水胶比比下，随随着粉煤煤灰掺量量的增大大，混凝凝土收缩缩率显著著下降，粉粉煤灰掺掺量达到到60%时，混混凝土的的前7天天不收缩缩。随着着粉煤灰灰掺量的的增加混混凝土收收缩率减减少，掺掺量300%的混混凝土114天收收缩率最最大，但但也仅为为1122.610-6。(5) 大掺量粉粉煤灰混混凝土在在低水胶胶比时具具

28、有很好好的抗氯氯离子渗渗透能力力。粉煤煤灰的二二次水化化和本身身良好的的填充性性能使混混凝土更更密实，填填充了孔孔隙，改改善了孔孔结构。(6) 本试验显显示粉煤煤灰混凝凝土在低低水胶比比时，具具有很好好的护筋筋性。总之，本本论文涉涉及的研研究和近近5年国国内的工工程实践践表明，大大掺量粉粉煤灰混混凝土可可以满足足中低等等级混凝凝土强度度要求，耐耐久性优优异，属属于绿色色高性能能混凝土土范畴，符符合可持持续发展展战略的的要求。在在我国正正在和即即将进行行的小村村镇建设设中广泛泛应用，技技术上可可行，且且意义重重大，影影响深远远。参考文献献1 冯乃谦谦.生态态环境与与混凝土土技术J.混凝土土，20005，33：38.2 朱艳芳芳.王培培铭.大大掺量粉粉煤灰混混凝土的的抗碳化化性能研研究JJ.建建筑材料料学报，119999，(11)：33193233.3蒋蒋林华.混凝土土抗氯离离子渗透透扩散性性研究J. 中国国腐蚀与与防护学学报.220022,222（6）：343348.作者简介介宋少民：: 男男,副教教授,北北京建筑筑工程学学院,联系电话话:011068832221644 E-maiil:jjohnn.soong665m联系方式式：北京京市西城城区展览览馆路11# 北北京建筑筑工程学学院邮政编码码：10000444