机制砂掺量对混凝土抗硫酸盐侵蚀性能影响.docx

机制砂掺量对混凝土抗硫酸盐侵蚀性能影响摘要：采用抗折劣化系数、抗压劣化系数两个指标从宏观上研究了不同机制砂掺量对混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能的影响，并采用孔结构分析仪从微观孔结构上探讨了机制砂混凝土的孔结构与其抗硫酸盐侵蚀性能的关系。结果表明：随着机制砂掺量的增加，混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能呈现出先上升后下降的趋势，且当机制砂掺量为50%,混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能最佳；机制砂混凝土的平均孔径和表面分形维数与其抗硫酸盐侵蚀性能有较高的相关性，平均孔径越小混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能越好，表面分形维数越大抗硫酸盐侵蚀性能也越好。关键字：混凝土；机制砂掺量；硫酸盐侵蚀；平均孔径；表面分形维数Effectsofmanufacturedsanddosageonsulfateattackresistanceofconcrete1.iangYong-ningzZhangShan(CollegeofCivilEngineering,FuzhouUniversity,Fuzhou,FujianProvince350108,China)Abstract:Thesulfateresistancecapacityofconcretewithdifferentamountofmanufacturedsandfromthemacroisstudiedbasedonbendingdegradationcoefficient,compressivedegradationcoefficient.Andthemicrosopicmethodisusedbasedonporestructureanalyzertoanalysetherelationshipbetweenporestructureandsulfateresistancecapacityofmanufacturedsandconcrete.Theexperimentalresultsshowthat:Thesulfateresistancecapacityofconcreteistakingonthetrendofrisingfirst,thendroppingwiththeincreaseofmanufacturedsandmixingamount.Andthesulfateresistancecapacityofconcreteisbest,whenthemixingamountis50%.Thesulfateresistancecapacityofmanufacturedsandconcretehasahighcorrelationwiththeaverageporesizeandsurfacefractaldimension.Thesmallertheaverageporesize,thebetterthesulfateresistancecapacityandthethebiggerthesurfacefractaldimension,thebetterthesulfateresistancecapacity.Keywords:Concrete;Amountofmanufacturedsand;Sulfateattack;Theaverageporesize;Thesurfacefractaldimension1前言天然砂作为一种不可再生资源，正面临着日益短缺的状况，有些地方甚至到了无砂可用的地步，因此机制砂作为一种替代天然砂的资源己越来越受到重视。目前，机制砂混凝土在很多工程中使用，如湖南怀新高速公路和株六线铁路的高架桥及玉蒙铁路的混凝土结构物中使用大量的机制砂混凝土。然而随着机制砂混凝土的大量使用，机制砂混凝土的耐久性也应该引起重视。研究表明，相对于天然砂来说机制砂颗粒表面粗糙，级配不合理，会对混凝土的工作性能、力学性能特别是耐久性能产生影响。硫酸盐侵蚀作为混凝土耐久性的重要内容，一直受到国内外学者的广泛关注。目前针对机制砂混凝土的耐久性研究，主要集中在抗渗性和抗冻融性，而在抗硫酸盐侵蚀方面研究的还比较少。PMShanmugavadivu等人研究表明，在硫酸盐侵蚀作用下机制砂混凝土的质量和强度损失率都要比天然砂混凝土的低。LiBeiXing等人研究了石粉对机制砂混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能的影响，结果表明，石粉的加入可以提高机制砂混凝土抗硫酸盐侵蚀能力。刘娟红等人采用干湿循环法对机制砂掺量为50%的混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能进行研究发现，掺量为50%的机制砂混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能良好，且优于天然砂混凝土.王雨利口研究了机制砂岩性和石粉含量对砂浆抗硫酸盐性能的影响，发现机制砂的岩性对砂浆的抗硫酸盐侵蚀性能没有明显影响，机制砂中石粉含量的提高对砂浆的抗硫酸盐侵蚀性能也没有有害作用。硬化水泥浆体的孔隙和孔结构是硬化水泥石的重要组成之一，也是影响混凝土力学性能以及耐久性能的主要因素之一。因此，研究混凝土的孔结构对于分析其宏观性能有极其重要的意义。平均孔径、孔径分布、比表面积是表征混凝土孔结构的重要因素。我国的吴中伟院士把混凝土中的孔分为：无害级孔(<20nm);少害级孔(2050nm);有害级孔(50200nm);多害级孔(>200nm)<,刘军【划等人研究了混凝土孔结构和渗透性能的关系，结果表明，混凝土的孔隙率与渗透性相关性不强，平均孔径与抗氯离子渗透性密切相关，临界孔径对水泥砂浆的抗渗性有直接影响。金姗姗皿等人研究结果表明基于热力学关系的分形模型能够很好的表征水泥砂浆孔隙的复杂程度;孔表面积分形维数与微观孔隙率的相关性较差，而与孔表面积、平均孔径、中值孔径以及强度之间有较好的相关关系；随着孔表面积分形维数的增大，平均孔径和中值孔径减小，孔表面积增加，水泥砂浆的抗折强度及抗压强度增加。张建波曲研究了混凝土孔隙的分形特征与氯离子渗透性能和强度的关系，结果表明，面分形维数越大，混凝土大空隙的粗糙程度越大，面分形维数越接近1,混凝土抵抗氯离子渗透性能力和强度越高，反之越低。目前从微观上研究混凝土的硫酸盐侵蚀的机理，主要是借助SEM、XRD等来分析不同侵蚀龄期的侵蚀产物，而从孔结构特征上的研究还比较少。因而有必要从孔结构特征方面来分析机制砂混凝土硫酸盐侵蚀的劣化机理。本文采用全浸泡法研究了机制砂掺量(0%、25%、50%、75%、100%)对混凝土抗硫酸盐侵蚀的影响，并采用比表面积孔结构分析仪测试混凝土的孔结构特征，从微观孔结构上探讨了混凝土孔结构与其抗硫酸盐侵蚀性能之间的关系。2试验2.1、 试验材料试验用水泥为福建炼石牌42.5R普通硅酸盐水泥，表观密度为3050kgm3,主要性能指标及参数见表和表2；粗骨料为粒径小于IOmm的连续级配碎石；细骨料包含两种：一种为福铁路闽赣IV标前山隧道出口洞渣机制砂，另一种为闽江河砂，其性能指标和级配筛分见表23和表24。硫酸钠粉末由天津科贸化学试剂有限公司生产，分子式为Na2SO4,硫酸钠含量299%。表-1水泥性能指标比表面积凝终时间(min)终凝时间(min)烧失量(%)3天抗折强(MPa)3天抗压强(MPa)28天抗压强度(MPa)(m2kg)安定性340合格1261801.355.828.045.5表2水泥矿物成分含量C3S(%)C2S(%)C3A(%)SO3(%)C4AF(%)MgO(%)55.619.67.52.19.31.9表2-3河砂和机制砂的性能指标质表观密度堆积密度空隙率石粉含量饱和面干吸水砂(kgm3)(kgm3)(%)(%)率(%)河砂2599.71531.541.101.2机制砂2629.71638.837.74.83.9表-4河砂和机制砂级配筛分项目筛孔尺寸（mm）/累计筛余（）一细度模数4.752.361.180.60.30.15<0.15河砂00.765.1623.8689.5098.301002.18机制砂023.6945.8964.3576.7985.231002.962.2、 配合比设计试验采用小试件40mm×40mm×160mm的棱柱体细碎石混凝土试件，水灰比为0.55,具体配合比见表2-5o表2-5机制砂混凝土配合比f才料机制砂掺量水(kgm3)水泥(kgm3)河砂(kgm3)机制砂(kgm3)石子(kgm3)(%)JZO0200363.77350IlOlJZ2525200363.7551.2183.8IlOlJZ5050200363.7367.5367.5IlOlJZ7575200363.7183.8551.2IlOlJZlOO100200363.70735IlOl注：JZO表示机制砂掺量为0%。2.3、 试验方法1、硫酸盐侵蚀方法试验采用全浸泡试验法：混凝土试件在标准养护28天后，置于浓度为10%的硫酸钠溶液中进行完全浸泡试验，完全浸泡试验龄期为6个月。浸泡容器采取封闭措施，防止水分蒸发和外来因素的影响，浸泡溶液每个月更换一次。在规定的浸泡龄期（1个月、2个月、3个月、4个月、5个月、6个月）从不同配合比混凝土试件中各取出一组试件，测试试件的抗折强度、抗压强度和质量，并对数据进行统计。2、孔结构测试方法本试验采用北京金埃谱公司生产的V-Sorb2800孔结构分析仪。吸附介质为氮气，利用氮吸附法测得标养后机制砂混凝土的孔结构参数。2.5、 评价指标本文机制砂混凝土抗硫酸盐侵蚀的评价指标主要包括：抗折劣化系数、抗压劣化系数,具体公式如下所示。1、强度劣化系数K=左为一标养28d后混凝土的强度；力一某侵蚀龄期混凝土的强度（T=1、2、3、4、5、6月）；K混凝土强度劣化系数。3试验结果分析3.1、不同机制砂掺混凝土的强度劣化系数不同机制砂掺量混凝土在硫酸钠溶液中浸泡后各龄期的抗折劣化系数和抗压劣化系数变化规律见图3-1和图3-2。II ' I ' I ' I ' I ' I0123456时间（月）图3T不同机制砂掺量混凝土的抗折劣化系数1.20-10.90-I1l1l11111I-1l0123456时间（月）图3-2不同机制砂掺量混凝土的抗压劣化系数5 0 5 .09,9LLO.从图3-1和图3-2中可以看出，混凝土的抗折和抗压劣化系数呈现出先上升后下降的趋势。这主要是由于在侵蚀初期硫酸钠溶液进入到混凝土内部与水泥水化产物发生反应，生成钙矶石和石膏等产物，而钙矶石和石膏的体积都比反应前混凝土本身体积大，这些产物填充了混凝土的内部孔隙，使混凝土变得更加密实，因而在侵蚀初期混凝土的抗折强度和抗压会有明显的提高；但随着钙矶石和石膏的继续生成，混凝土内部没有足够的空间来容纳这些生成物，一旦内部孔隙被这些产物填充满并继续填充就会在混凝土内部产生膨胀内应力，当内应力到达一定程度时会使混凝土形成裂缝，而形成的裂缝又会加速硫酸根离子侵入到混凝土内部，从而形成了恶性循环侵蚀混凝土，因此到了侵蚀后期混凝土的抗折和抗压劣化系数开始下降。在经过六个月的侵蚀后，除了JZ5O的抗折劣化系数和抗压劣化系数大于1外，其余各组均小于或等于1。从图可知，JZOJZ25、JZ75、JZIoO的