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活性稻壳灰对混凝土强度和耐久性能的影响

第25卷　第2期2003年2月武　汉　理　工　大　学　学　报

JOURNALOFWUHANUNIVERSITYOFTECHNOLOGYVol.25　No.2

　Feb.2003

文章编号:167124431(2003)0220015205

活性稻壳灰对混凝土强度和耐久性能的影响余其俊　赵三银(华南理工大学)　冯庆革　杉田修一(日本八户工业大学)　

摘　要:　研究了高火山灰活性稻壳灰对混凝土强度和耐久性能的影响。结果表明:混凝土中掺加稻壳灰后强度提高,且高水胶比时强度提高率更大;同时,混凝土的抗盐酸溶液的侵蚀能力、抗碳化和抗渗性能也得到改善。其主要原因可归结为:稻壳灰的掺入降低了混凝土的实际水胶比,促进了水泥的水化,使混凝土中有更多的C-S-H凝胶生成,并减少了混凝土中羟钙石的数量,降低了混凝土细孔的平均尺寸,使得混凝土的结构更加密实。关键词:　稻壳灰;　抗酸侵蚀;　抗渗性;　碳化;　孔径分布中图分类号:　TU528.0文献标识码:　A

收稿日期:2002212205.

作者简介:余其俊(19632),男,教授;广州,华南理工大学材料科学与工程学院(510640).

研究表明[1～3],高火山灰活性的稻壳灰能够改善水泥和混凝土的性能,使混凝土高性能化,具有良好的

应用前景。由于强度、抗酸侵蚀、抗碳化能力和抗渗性是混凝土性能和耐久性的重要指标,因此就稻壳灰混凝土的性能开展了下述研究:1)稻壳灰混凝土的抗压和抗折强度;2)混凝土在2%HCl溶液中浸渍后的强度和质量变化;3)混凝土的抗碳化性能和抵抗水、空气和Cl-渗透的能力。在所有的试验中,均以未掺稻壳灰的普通硅酸盐水泥混凝土作为基准样。

1　原材料由笔者设计的间歇式窑炉烧制的稻壳灰中掺入0.025%乙二醇助磨剂后,振动式球磨机中粉磨60min,

图1　稻壳灰混凝土与基准样的抗压强度

其化学组成如表1所示。该稻壳灰中的SiO2主要以无定形状态存在,

它使Ca(OH)

2饱和溶液的电导率减小3.16ms󰃗cm,说明其火山灰活

性很高[4]。试验用水泥是普通硅酸盐水泥,其化学组成及物理性能如文献[3]中所示。试验用粗、细集料分别是最大粒径为25mm的碎石和河砂,其性能列于表2。为了把新拌混凝土的含气量和坍落度分别控制在(5±1)%和(12±3

)

cm的水平,采用了松香皂热塑料树脂

(Vinsolresin)型引气剂和

NL21450减水剂(主要成分为高聚合的芳香

族硫酸盐)。

2　实验与结果2.1　稻壳灰对混凝土强度的影响试验中以稻壳灰置换0、10%、20%、30%和50%的水泥,水胶比

W󰃗B(水󰃗水泥+稻壳灰)为0.65、0.75和0.80。抗压强度试验采用<100mm×200mm的圆柱形混凝土试体(日本工业标准JISA1132)。试体脱模后于(20±1)℃水中养护至规定龄期,混凝土配比和强度性能如表

和图1所示。由图1可见:1)掺有稻壳灰的混凝土,其28d抗压强度均比基准样大;2)水泥中稻壳灰置换率为20%时,混凝土强度达最大值;3)水胶比越大,强度提高率也越大。尤为显著的是,稻壳灰置换率为20%而

I.L.󰃗%

化学组成󰃗%

SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgONa2OK2OTiO2MnOC

密度󰃗(g·cm-3)

吸附比表面积

󰃗(m2·g-1)

2.9391.900.250.410.380.210.052.780.010.160.412.2046.86

图2　测定混凝土碳化深度的方法S1,S2:碳化区域;A,B,C:切片(小圆柱体)高度,约50mm;W1,W2

:碳化区域宽度

D1,D2:碳化深度;D1=S1󰃗W1,D2=S2󰃗W2;D平均=(D1+D2+D3+D4+D5+D6

)󰃗

2.2　稻壳灰混凝土的抗碳化性能试验试验中稻壳灰置换率为0、10%和30%,水胶比为0.75和0.

80(见表3)。<100mm×200mm圆柱形试体在水中养护28d后,(60±2)℃的温度下干燥24h,然后置于温度为(20±2)℃、相对

湿度低于40%的室内环境中干燥1周,再从每个<100mm×200

mm的圆柱形混凝土试体中部切割出3个<100mm×50mm

表2　粗细集料的性质材料密度󰃗(g·cm-3)

细度模数吸水率󰃗%固相体积百分数󰃗%

河砂2.662.461.2666.2

碎石2.726.990.2857.9

的小圆柱体。每个小圆柱试体的2个端面用环氧树脂密封后,置于温度为(30±1)℃、相对湿度为60%和CO2

浓度为5%的碳化试验箱中进行快速碳化试验。试验至规定龄期时取出试体,沿其径向劈裂成2个半圆

柱体。在新鲜劈裂面上喷上1%乙醇酚酞溶液,以区分出碳化与未碳化的区域,然后用面积仪测定已碳化区域的面积S,求得小圆柱试体的碳化深度,以3个小圆柱试体的平均值作为每个混凝土试体的碳化深度。图2

是整个试验过程的示意图。由图3可见,混凝土的碳化深度随着稻壳灰置换率的增加而减小。但是,混凝土试体不管是否含稻壳灰,由于水胶比较高,在碳化试验进行8周后,均已全部碳化。2.3　稻壳灰混凝土抗盐酸溶液侵蚀试验试验中混凝土的水胶比为0.65、0.75和0.80,试验用试体为100mm×100mm×400mm的长方体和<100mm×200mm的圆柱体。试体脱模后于(20±1)℃的水中养护4

周,取出置于温度为(20±2)℃和相对湿度低于40%的室内环境中干燥1周后,将各试体的两个端面及靠两端的侧面用石蜡密封(见图4)。根据日本工业标准JISK8180,以

2%HCl

水溶液作侵蚀介质。蜡封后各试体于

2%HCl水溶液(pH=0.80±0.02)中分别浸

渍4和13周,其间每3d更换一次HCl溶液。

表3　混凝土的配比水胶比水泥中稻壳灰置换率󰃗%砂率󰃗%

混凝土中各组分用量󰃗(kg·m-3

)

水量稻壳灰水泥砂碎石

0.8001020305052186.50.023.346.669.9116.6233.1209.8186.5163.2116.6951.1946.4941.8937.4927.9897.2892.8888.5884.3875.3

0.7501020305050184.50.024.649.273.8123.0245.9221.3196.7172.2123.0912.1907.1902.4897.9888.3925.4920.2915.4910.8901.1

0.650103046184.50.028.485.2283.8255.4198.6827.3821.9811.4979.2958.8947.0

0.550103044184.50.033.5100.6335.4302.0234.7771.6767.2755.9997.3989.9975.2

浸渍至规定龄期后,取出试体测其抗压、抗折强度和质量损失。抗折、抗压强度试验分别采用100mm×100

mm×400mm和<100mm×200mm试体,质量损失以这两者的平均值计算,试验结果如图5和图6所示。从

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© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net图5可以看出,所有稻壳灰混凝土的强度均高于未掺稻壳灰的基准样混凝土。图6表明,随着浸渍时间的延长,混凝土质量损失增大,但稻壳灰混凝土的质量损失远比同龄期的基准混凝土的为小,而且随着稻壳灰掺量的增加,混凝土的质量损失减小。此外,浸渍4个星期后未掺稻壳灰的混凝土试体直接与HCl溶液接触部分表面破坏严重,砂浆剥离,集料露出,而掺有稻壳灰的混凝土试体则基本未变(见图7)。

图3　稻壳灰掺量对混凝土碳化深度的影响图4　混凝土试体密封方法图5　2%HCl溶液浸渍后混凝土的强度与稻壳灰掺量之间的关系图6　2%HCl溶液中浸渍后混凝土的质量变化图7　2%HCl溶液中浸渍4周后的混凝土试体照片2.4　稻壳灰混凝土抗渗透性试验试验中稻壳灰的置换率分别为0、10%和30%,水胶比为0.55、0.65和0.75,采用<100mm×200mm

圆柱体试体。试体水中养护至28d后,逢中切割成两个<100mm×100mm圆柱体,一同置于温度为(20±2)℃、相对湿度为60%的室内环境中干燥1周,用于空气渗透、水渗透和Cl

-渗透试验。

Cl-渗透性试验中,是将<100mm×100mm圆柱试体的两端用环氧树脂密封后于温度为20℃、质量浓

度为13%的NaCl溶液中浸渍1周,然后放置到温度为(20±2)℃、相对湿度为60%的室内干燥1周。经过6

次这样的浸渍2干燥循环后,沿试体的径向劈开试体,待断面干燥后喷以0.1%的荧光素钠溶液和2%的AgNO3溶液。用面积仪测定Cl-渗透区域的面积,同样按图2所示方法求出各试体中Cl-的渗透深度。在水

渗透试验中,水的扩散系数按下式求出　Β2i=Α×D2m󰃗(4tΝ2)

式中,Β

2i为水的扩散系数(cm2

󰃗s);Dm为平均渗透深度(cm);t为0.49MPa压力下的加压时间(s)

;Α为与加

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