【摘 要】 工程結構材料的耐久性問題是一個世界性難題。水利工程一般規模大,關乎國計民生,本文以改善水工混凝土的耐久性和推動水工混凝土的可持續發展為出發點,研究了復合增鈣液態渣粉水工混凝土的力學性能和耐久性能。
【關鍵詞】 復合增鈣液態渣粉;水工混凝土;耐久性
【中圖分類號】 TU528 【文獻標識碼】 B 【文章編號】 1001 - 6864(2007) 06 - 0013 - 02
復合增鈣液態渣粉是一種性能優良的新型礦物外加劑,本文通過使用這種新型礦物外加劑,在如何改善水工混凝土的耐久性和實現其可持續發展方面做出了有益嘗試。
1 水工混凝土的耐久性
寒冷地區水利工程的混凝土構筑物,由于使用條件處于動態和靜態復合的水的沖磨、氣蝕、侵蝕、滲漏、冷冰凍融等反復共同作用下,情況更趨惡劣。一般水工混凝土結構的使用壽命都要求大于50 年,但是由于設計欠妥、施工不良、管理不善等眾多原因,許多大壩或水庫在運行20～30 年,甚至更短的時間內就出現了明顯的衰變老化,發生各種病害,甚至形成大壩安全運行的潛在威脅。因材質劣化造成失效以致破壞崩塌事故時有發生,用于混凝土結構修補、重建和改建費用日益增大,存在著“年年補、年年壞”的現象。因此,開展對寒冷地區水工混凝土耐久性研究,顯得尤為必要。
2 原材料及試驗方案
2.1 原材料
試驗選用哈爾濱產天鵝牌P·O32.5 水泥,粗集料為5mm～30mm連續級配碎石,細集料為中砂,細度模數2.59 ,礦物摻和料為復合增鈣液態渣粉,外加劑為黑龍江省翔波新材料新技術應用開發有限公司生產的翔波牌SB —G引氣劑。
2.2 復合增鈣液態渣粉
以燃煤立式旋風爐(也稱液態排渣爐) 為主要爐型的熱電廠,其磨煤過程都要復合一定量的石灰石粉,成為混合石灰石煤粉,以達到降低爐腔溫度、減少煤灰的灰熔點和提高灰渣的活性的目的。這種煙煤和石灰石的磨細混合石灰石煤粉,其噴入爐腔燃燒過程中,會產生兩種工業副產品:一種為向上排放進入煙道氣體中被收集的粉末,由于其含有較高的氧化鈣(CaO) 含量,被稱作增鈣粉煤灰,簡稱增鈣灰;另一種為向下排放的呈熔融液態的工業副產品,也由于其含有較高的氧化鈣含量,被稱作增鈣液態渣,簡稱增鈣渣。增鈣液態渣經旋風爐1450～1600 ℃高溫懸浮燃燒后,呈熔融液滴,在排出時經高壓水驟冷而形成水淬渣,也稱水淬液態增鈣渣。增鈣渣經適當烘干,去除水分,磨細后成為增鈣液態渣粉。由于增鈣液態渣粉在磨細過程中具有易碎不易細的特性,同時,在磨細過程中,加入10 %～15 %的其它助磨材料或混凝土改性材料,共同構成了復合增鈣液態渣粉。
2.3 試驗方案
針對水利工程常用的C25 等級混凝土進行試驗研究,研究長期力學性能和抗凍性、抗滲性等耐久性能。試驗遵守SL 352 - 2006《水工混凝土試驗規程》,具體配合比見表1。
3 試驗結果及分析
3.1 長期力學性能
(1) 抗壓強度。圖1 為混凝土抗壓強度的對比曲線,A為基準混凝土,B 為復合增鈣液態渣粉混凝土。從圖中我們可以看出,基準混凝土的早期強度高于復合增鈣液態渣粉混凝土,但是我們可以看到,混凝土標準養護90d 之后,復合增鈣液態渣粉混凝土的強度增長率明顯超過基準混凝土,在養護至240d 時,其強度與基準混凝土基本相同,并表現出更強的上升趨勢。這主要是由于在混凝土的水化過程中,尤其是水化后期,復合增鈣液態渣粉與Ca (OH) 2 發生二次水化反應,形成C - S - H 凝膠,使得混凝土結構更加密實,后期強度增長迅速。
(2) 劈拉強度。圖2 為混凝土劈拉強度對比曲線,A為基準混凝土,B 為復合增鈣液態渣粉混凝土。從圖中我們可以看到,混凝土標準養護7d 時,復合增鈣液態渣粉混凝土的劈拉強度低于標準混凝土,但是,混凝土標準養護至28d時,其劈拉強度已明顯超過基準混凝土。這表明:復合增鈣液態渣粉取代水泥,對混凝土早期劈拉強度具有一定影響,但由于其優化了粉體材料的微級配,混凝土更加密實,隨著養護齡期的增加,其優異性體現明顯。
3.2 長期耐久性能
(1) 抗凍性能。文采用快凍法進行凍融試驗,具體數據見圖3。圖中A 為基準混凝土質量損失率,B 為復合增鈣液態渣粉混凝土質量損失率;C 為基準混凝土相對動彈性模量的下降值(即1 - Pn ) ,D 為復合增鈣液態渣粉混凝土相對動彈性模量的下降值。圖3 的數據說明,相對于基準混凝土,復合增鈣液態渣粉混凝土的抗凍性能略有降低,這是因為養護齡期為28d ,復合增鈣液態渣粉的優勢還沒有充分體現,但二者的抗凍等級均達到了F350 等級。
(2) 抗滲性能。本文分別采用混凝土抗滲性試驗和相對抗滲性試驗來檢測混凝土的抗滲性能,具體數據見表2。
表2 的滲透性試驗結果表明:在1.2MPa 水頭壓力下維持24h ,復合增鈣液態渣粉混凝土抗滲等級達到了W11 ;復合增鈣液態渣粉混凝土的相對抗滲系數低于基準混凝土。這表明:復合增鈣液態渣粉優化了粉體材料的微級配,增加了混凝土的密實度,幾種粉體的復合,在混凝土的水化過程,尤其是水化后期,產生了“1 + 1 > 2”的超疊效果。復合增鈣液態渣粉顆粒嵌于水泥石基體中起到“次中心質”的作用,在骨料與水泥石的界面上,“二次水化”反應消耗Ca (OH) 2 ,其產物阻塞了部分毛細孔,在減小孔徑的同時減少有害孔的數量[1 ] ,改善了混凝土的微觀孔結構,使混凝土更加密實。
4 結語
(1) 復合增鈣液態渣粉與Ca (OH) 2 發生二次水化反應,混凝土標準養護90d 之后,復合增鈣液態渣粉混凝土的強度增長率開始超過基準混凝土,其后期強度接近甚至超過基準混凝土。
(2) 由于復合增鈣液態渣粉優化了粉體材料的微級配,使得混凝土更加密實,混凝土劈拉強度盡管7d 強度略低,但其28d 強度迅速超越基準混凝土,呈穩定上升趨勢。
(3) 復合增鈣液態渣粉混凝土抗凍性能與基準混凝土相近,抗凍等級達到F350 ,而其滲透系數低于基準混凝土,抗滲性能出色。
(4) 復合增鈣液態渣粉由于其形態效應、活性效應和微集料效應在混凝土水化后期,產生“1 + 1 > 2”超疊效果,能改善水工混凝土力學性能和耐久性,具有廣闊應用前景。
參考文獻
[1 ] Masao Kuroda , Tomohide Watanable , Nariaki Terashi. Increase ofbond strength at interfacial transition zone by the use of fly ash[J ].Cen Concr Res ,2000 ,30 :253 - 258.
