大摻量粉煤灰混凝土抵抗碳化與鋼筋銹蝕研究

大摻量粉煤灰混凝土抵抗(dǐkàng)碳化與鋼筋銹蝕研究北京(běijīnɡ)建筑工程學(xué)院宋少民共三十五頁(yè)粉煤灰在混凝土中廣泛應(yīng)用的背景(bèijǐng)以高效減水劑為主的混凝土外加劑是現(xiàn)代混凝土重要的物質(zhì)基礎(chǔ)之一，是混凝土技術(shù)發(fā)揮的重要里程碑。同時(shí)(tóngshí)，也給混凝土帶來(lái)了一些問(wèn)題，主要是在大流態(tài)下對(duì)混凝土體積穩(wěn)定性的影響。一、外加劑與泵送混凝土共三十五頁(yè)減水劑對(duì)混凝土體積(tǐjī)穩(wěn)定性的影響但對(duì)摻減水劑的混凝土，早期收縮的影響非常顯著。從裂縫產(chǎn)生的時(shí)間來(lái)分析，1d之內(nèi)的早期收縮增大，可能(kěnéng)是混凝土開(kāi)裂的關(guān)鍵因素。因此目前的化學(xué)外加劑收縮率比試驗(yàn)方法，并沒(méi)有完全反映減水劑對(duì)混凝土收縮的影響程度。大量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：從初凝至24h，摻減水劑混凝土的收縮率比要大得多。共三十五頁(yè)二、追求(zhuīqiú)混凝土的高強(qiáng)度在大流態(tài)的同時(shí)，混凝土不斷追求高強(qiáng)度。這樣混凝土在早期收縮明顯增大的同時(shí)，由于水泥用量多，溫度(wēndù)變形、干縮和自收縮也隨之增加。共三十五頁(yè)

這樣，泵送混凝土出現(xiàn)頻繁的開(kāi)裂，尤其在高強(qiáng)度時(shí),采用高水泥用量,解決(jiějué)了強(qiáng)度和泵送施工的要求，但是工程病害和耐久性問(wèn)題十分突出。共三十五頁(yè)在這樣的大背景下，高性能混凝土技術(shù)開(kāi)始出現(xiàn)。其技術(shù)核心是在高效減水劑和礦物(kuàngwù)細(xì)粉摻和料兩大物質(zhì)基石上實(shí)現(xiàn)低水膠比、低水泥用量、低單位體積用水量等技術(shù)路線。其中礦物細(xì)粉摻和料在低膠比條件下可以達(dá)到密實(shí)凝膠結(jié)構(gòu)、改善界面、優(yōu)化水化產(chǎn)物的技術(shù)目標(biāo)。共三十五頁(yè)粉煤灰在混凝土中廣泛應(yīng)用的理由(lǐyóu)充填行為和致密作用。粉煤灰是高溫(gāowēn)煅燒的產(chǎn)物，其顆粒本身很小，且強(qiáng)度很高。優(yōu)質(zhì)粉煤灰微細(xì)顆粒分布于水泥漿體中水泥顆粒之間時(shí)，提高混凝土膠凝體系的密實(shí)性。共三十五頁(yè)需水行為和減水作用。由于粉煤灰的的顆粒大多是球形的玻璃珠，優(yōu)質(zhì)粉煤灰由于其“滾珠軸承”的作用，可以(kěyǐ)改善混凝土拌和物的和易性,減少混凝土單位體積用水量，硬化后水泥漿體干縮小，提高混凝土的抗裂性。共三十五頁(yè)由于(yóuyú)粉煤灰在早期反應(yīng)活性低，降低了混凝土早期溫升，抑制開(kāi)裂。大摻量粉煤灰混凝土特別適合大體積混凝土?；钚孕袨楹湍z凝作用。粉煤灰的活性來(lái)源于它所含的玻璃體，在28天以后他逐漸與水泥水化生成的Ca(OH)2發(fā)生二次水化反應(yīng)，生成低C/S的C-S-H和C-A-H、水化硫鋁酸鈣，強(qiáng)化了混凝土界面過(guò)渡區(qū)，同時(shí)提高混凝土的后期強(qiáng)度。共三十五頁(yè)二次水化和較低的水泥熟料(shúliào)量使最終混凝土中的Ca(OH)2大為減少，C-S-H品質(zhì)提高，更加密實(shí)?？梢杂行岣呋炷恋挚够瘜W(xué)侵蝕的能力。尤其是粉煤灰的低反應(yīng)活性、比水泥更細(xì)的微集料效應(yīng)和低需水量比使得大摻量粉煤灰混凝土逐漸被接受。共三十五頁(yè)未來(lái)的混凝土必須從根本上減少水泥(shuǐní)熟料用量，必須更多地利用多種工業(yè)廢料作為其原材料；未來(lái)的混凝土又必須是高性能的，尤其是耐久的。大摻量粉煤灰混凝土就是在這種背景下出現(xiàn)的。作為發(fā)展基礎(chǔ)設(shè)施最重要的參與者以及地球天然資源的主要消費(fèi)者，混凝土工業(yè)需要重新定向，接受有利于環(huán)境的工藝技術(shù)。共三十五頁(yè)加拿大大摻量粉煤灰混凝土經(jīng)典(jīngdiǎn)試驗(yàn)共三十五頁(yè)強(qiáng)度(qiángdù)與耐久性共三十五頁(yè)大摻量粉煤灰混凝土對(duì)鋼筋銹蝕(xiùshí)的擔(dān)憂傳統(tǒng)觀念認(rèn)為摻礦物摻和料加重(jiāzhòng)混凝土碳化；傳統(tǒng)認(rèn)為，碳化會(huì)降低混凝土的堿度，加速鋼筋銹蝕，涉及混凝土結(jié)構(gòu)耐久性；對(duì)于碳化和鋼筋銹蝕的擔(dān)憂成為大摻量礦物摻和料的推廣使用的障礙。共三十五頁(yè)試驗(yàn)(shìyàn)用原材料水泥：三河市燕郊新型建材有限公司生產(chǎn)(shēngchǎn)的鉆牌42.5#普通硅酸鹽水泥。

粉煤灰：Ⅱ粉煤灰。

砂：細(xì)度模數(shù)為2.4的天然中砂。

石：5～25mm連續(xù)級(jí)配的天然石子。

減水劑：聚羧酸高效減水劑，減水率為28%。共三十五頁(yè)大摻量粉煤灰混凝土的配合(pèihé)比(kg/m3)編號(hào)BF%W/BCFSpSGW外加劑F1400400.342401600.468449911361.5%F2400400.372401600.468309741481.0%F3400400.402401600.468169581601.0%F4400400.452401600.467929291801.0%F5400500.342002000.468389841361.5%F6400500.372002000.468249671481.0%F7400500.402002000.468099501601.0%F8400500.452002000.467859221801.0%F9400600.341602400.468329761361.4%F10400600.371602400.468179601481.5%F11400600.401602400.468039431601.0%F12400600.451602400.467799151800.8%共三十五頁(yè)大摻量粉煤灰混凝土的配合(pèihé)比(kg/m3)F13480400.34288192467769111631.0%F14480400.372881920.467598901780.8%F15480400.402881920.467418701920.6%F16480400.452881920.467128362160.5%F17480500.342402400.467689021631.2%F18480500.372402400.467518821781.0%F19480500.402402400.467348611921.0%F20480500.452402400.467058272160.5%F21480600.34192288467618931631.1%F22480600.371922880.467438731781.0%F23480600.401922880.467268521920.8%F24480600.451922880.466978192160.4%共三十五頁(yè)編號(hào)F%W/BW(kg/m3)坍落度(mm)28天(MPa)90天(MPa)270天(MPa)F1400.3413619558.667.785.3F2400.3714816557.565.377.7F3400.4016018047.856.772.3F4400.4518021544.051.468.0F5500.3413618054.559.272.7F6500.3714817048.555.364.2F7500.4016021541.846.363.2F8500.4518022536.240.253.8F9600.3413616542.548.157.4F10600.3714819538.043.256.0F11600.4016017038.342.753.0F12600.4518019530.237.650.7混凝土的抗壓強(qiáng)度(kànɡyāqiánɡdù)性能共三十五頁(yè)F13400.3416323059.566.781.6F14400.3717823558.765.873.5F15400.4019220048.056.171.6F16400.4521621542.952.865.5F17500.3416321051.059.871.6F18500.3717818046.751.570.8F19500.4019221540.049.564.4F20500.4521620031.240.054.9F21600.3416323547.357.872.5F22600.3717824039.043.762.7F23600.4019223534.741.158.6F24600.4521616029.339.955.2混凝土的抗壓強(qiáng)度(kànɡyāqiánɡdù)性能共三十五頁(yè)組號(hào)F%W/B碳化深度(mm)組號(hào)F%W/B碳化深度(mm)F1400.341.1F25400.346.2F2400.374.6F26400.377.8F3400.404.2F27400.408.1F4400.4510.4F28400.459.1F5500.342.4F29500.344.9F6500.374.4F30500.377.3F7500.405.9F31500.409.2F8500.4511.9F32500.4514.0F9600.347.5F33600.346.2F10600.378.1F34600.377.9F11600.409.5F35600.4010.3F12600.4513.3F36600.4512.9大摻量粉煤灰混凝土碳化性能共三十五頁(yè)

水膠比在0.34～0.40，粉煤灰摻量在40%～60%的大摻量粉煤灰混凝土28天抗碳化能力基本良好，碳化深度低10mm

。膠凝材料(cáiliào)用量為400kg/m3，粉煤灰摻量不超過(guò)50%，水膠比不大于0.40時(shí)，大摻量粉煤灰混凝土28天最大碳化深度為5.9mm，最小碳化深度為1.1mm。共三十五頁(yè)

(a)W/B為0.34(F1)(b)W/B為0.37(F2)(c)W/B為0.40(F3)圖15混凝土的28天碳化(粉煤灰摻量40%)共三十五頁(yè)

(a)W/B為0.34(F5)(b)W/B為0.37(F6)(c)W/B為0.40(F7)圖16混凝土的28天碳化(粉煤灰摻量50%)共三十五頁(yè)水泥(shuǐní):99kg/m3活性粉末(fěnmò)混凝土抗碳化性能試驗(yàn)通過(guò)對(duì)五個(gè)優(yōu)化配合比的抗碳化性能試驗(yàn)研究，混凝土的碳化均停留在試塊的表面，未進(jìn)入混凝土試塊深層，其中碳化深度最大一組僅有4mm水泥:279kg/m3水泥:495kg/m3共三十五頁(yè)圖17膠凝材料(cáiliào)為400kg/m3時(shí)混凝土的碳化性能大摻量粉煤灰高性能混凝土研究碳化深度(shēndù)減小粉煤灰摻量減少水膠比降低共三十五頁(yè)無(wú)銹蝕(xiùshí)失重率<0.25％圖18混凝土中無(wú)銹蝕(xiùshí)鋼筋大摻量粉煤灰混凝土鋼筋銹蝕試驗(yàn)共三十五頁(yè)

銹蝕(xiùshí)

弱強(qiáng)7mm12mm0.25％～0.40％0.41％(F4)0.45％(F28)0.79％(F28)鋼筋失重率圖19混凝土中銹蝕(xiùshí)鋼筋共三十五頁(yè)試驗(yàn)(shìyàn)結(jié)論鋼筋保護(hù)層厚度(hòudù)為20mm時(shí)，水膠比在0.34～0.45，粉煤灰摻量在40%～60%，膠凝材料用量為400～480kg/m3的大摻量粉煤灰混凝土可以保證鋼筋不銹蝕。共三十五頁(yè)

(a)保護(hù)層為12mm(b)保護(hù)層為7mm圖20膠凝材料(cáiliào)為400kg/m3時(shí)的鋼筋銹蝕失重率大摻量粉煤灰高性能混凝土研究鋼筋銹蝕試驗(yàn)共三十五頁(yè)

(a)保護(hù)層為12mm(b)保護(hù)層為7mm圖21膠凝材料(cáiliào)為480kg/m3時(shí)的鋼筋銹蝕失重率大摻量粉煤灰高性能混凝土研究鋼筋銹蝕試驗(yàn)共三十五頁(yè)試驗(yàn)(shìyàn)結(jié)論在膠凝材料(cáiliào