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

J OURNAL OF W UHAN UN I VERSI T Y OF TECHN OLOG Y

V ol .25　N o .2　Feb .2003

文章编号:167124431(2003)022*******

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:　TU 528.0

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%HC l 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C l -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60m in ,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Si O 2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3.16m s c m ,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)c m 的水平,采用了松香皂热塑料树脂(V ins ol resin )型引气剂和NL 21450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J IS A 1132)。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3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

水胶比为80%的混凝土,其强度值比基准样提高了近68%。

表1　稻壳灰的化学组成和物理性质

I

.L . %

化学组成 %

Si O 2A l 2O 3Fe 2O 3CaO M gO N a 2O K 2O T i O 2M nO C 密度

(g ·c m -3)N 2吸附比表面积 (m 2·g -1)2.93

91.900.25

0.41

0.38

0.21

0.05

2.78

0.01

0.16

0.41

2.20

46.

86

图2　测定混凝土碳化深度的方法

S 1,S 2:碳化区域;A ,B ,C :切片(小圆柱体)高度,约50mm ;W 1,W 2:碳化区域宽度

D 1,D 2:碳化深度;D 1=S 1 W 1,D 2=S 2 W 2;D 平均=(D 1+D 2+D 3+D 4+D 5+D 6)

62.2　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 ×200mm 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2.66

2.461.2666.2碎石2.72

6.99

0.28

57.9

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

CO 2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J IS K 8180,以2%HC l 水溶液作侵蚀介质。蜡封后各试体于2%HC l 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HC l 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

0.800

1020305052

186.50.023.3

46.6

69.9116.6233.1209.8186.5163.2116.6951.1946.4941.8937.4927.9897.2892.8888.5884.3875.30.75

010********

184.50.024.6

49.2

73.8123.0

245.9221.3196.7172.2123.

0912.1907.1902.4897.9888.

3925.4920.2915.4910.8901.

1

0.65

0103046

184.50.028.485.2283.8255.4198.6827.3821.9811.4979.2

958.8

947.00.5501030

44

184.50.033.5100.6335.4302.0234.7771.6767.2755.9997.3

989.9

975.2

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6

1 武　汉　理　工　大　学　学　报 2003年2月