【摘 要】 工程結(jié)構(gòu)材料的耐久性問題是一個世界性難題。水利工程一般規(guī)模大,關(guān)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(xù)發(fā)展為出發(fā)點,研究了復(fù)合增鈣液態(tài)渣粉水工混凝土的力學(xué)性能和耐久性能。
【關(guān)鍵詞】 復(fù)合增鈣液態(tài)渣粉;水工混凝土;耐久性
【中圖分類號】 TU528 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】 B 【文章編號】 1001 - 6864(2007) 06 - 0013 - 02
復(fù)合增鈣液態(tài)渣粉是一種性能優(yōu)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(xiàn)其可持續(xù)發(fā)展方面做出了有益嘗試。
1 水工混凝土的耐久性
寒冷地區(qū)水利工程的混凝土構(gòu)筑物,由于使用條件處于動態(tài)和靜態(tài)復(fù)合的水的沖磨、氣蝕、侵蝕、滲漏、冷冰凍融等反復(fù)共同作用下,情況更趨惡劣。一般水工混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命都要求大于50 年,但是由于設(shè)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(nèi)就出現(xiàn)了明顯的衰變老化,發(fā)生各種病害,甚至形成大壩安全運行的潛在威脅。因材質(zhì)劣化造成失效以致破壞崩塌事故時有發(fā)生,用于混凝土結(jié)構(gòu)修補、重建和改建費用日益增大,存在著“年年補、年年壞”的現(xiàn)象。因此,開展對寒冷地區(qū)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(chǎn)天鵝牌P·O32.5 水泥,粗集料為5mm～30mm連續(xù)級配碎石,細(xì)集料為中砂,細(xì)度模數(shù)2.59 ,礦物摻和料為復(fù)合增鈣液態(tài)渣粉,外加劑為黑龍江省翔波新材料新技術(shù)應(yīng)用開發(fā)有限公司生產(chǎn)的翔波牌SB —G引氣劑。
2.2 復(fù)合增鈣液態(tài)渣粉
以燃煤立式旋風(fēng)爐(也稱液態(tài)排渣爐) 為主要爐型的熱電廠,其磨煤過程都要復(fù)合一定量的石灰石粉,成為混合石灰石煤粉,以達(dá)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(xì)混合石灰石煤粉,其噴入爐腔燃燒過程中,會產(chǎn)生兩種工業(yè)副產(chǎn)品:一種為向上排放進(jìn)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(tài)的工業(yè)副產(chǎn)品,也由于其含有較高的氧化鈣含量,被稱作增鈣液態(tài)渣,簡稱增鈣渣。增鈣液態(tài)渣經(jīng)旋風(fēng)爐1450～1600 ℃高溫懸浮燃燒后,呈熔融液滴,在排出時經(jīng)高壓水驟冷而形成水淬渣,也稱水淬液態(tài)增鈣渣。增鈣渣經(jīng)適當(dāng)烘干,去除水分,磨細(xì)后成為增鈣液態(tài)渣粉。由于增鈣液態(tài)渣粉在磨細(xì)過程中具有易碎不易細(xì)的特性,同時,在磨細(xì)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(gòu)成了復(fù)合增鈣液態(tài)渣粉。
2.3 試驗方案
針對水利工程常用的C25 等級混凝土進(jìn)行試驗研究,研究長期力學(xué)性能和抗凍性、抗?jié)B性等耐久性能。試驗遵守SL 352 - 2006《水工混凝土試驗規(guī)程》,具體配合比見表1。
3 試驗結(jié)果及分析
3.1 長期力學(xué)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(zhǔn)混凝土,B 為復(fù)合增鈣液態(tài)渣粉混凝土。從圖中我們可以看出,基準(zhǔn)混凝土的早期強度高于復(fù)合增鈣液態(tài)渣粉混凝土,但是我們可以看到,混凝土標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)90d 之后,復(fù)合增鈣液態(tài)渣粉混凝土的強度增長率明顯超過基準(zhǔn)混凝土,在養(yǎng)護(hù)至240d 時,其強度與基準(zhǔn)混凝土基本相同,并表現(xiàn)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(fù)合增鈣液態(tài)渣粉與Ca (OH) 2 發(fā)生二次水化反應(yīng),形成C - S - H 凝膠,使得混凝土結(jié)構(gòu)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(zhǔn)混凝土,B 為復(fù)合增鈣液態(tài)渣粉混凝土。從圖中我們可以看到,混凝土標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)7d 時,復(fù)合增鈣液態(tài)渣粉混凝土的劈拉強度低于標(biāo)準(zhǔn)混凝土,但是,混凝土標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)至28d時,其劈拉強度已明顯超過基準(zhǔn)混凝土。這表明:復(fù)合增鈣液態(tài)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(yōu)化了粉體材料的微級配,混凝土更加密實,隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增加,其優(yōu)異性體現(xiàn)明顯。
3.2 長期耐久性能
(1) 抗凍性能。文采用快凍法進(jìn)行凍融試驗,具體數(shù)據(jù)見圖3。圖中A 為基準(zhǔn)混凝土質(zhì)量損失率,B 為復(fù)合增鈣液態(tài)渣粉混凝土質(zhì)量損失率;C 為基準(zhǔn)混凝土相對動彈性模量的下降值(即1 - Pn ) ,D 為復(fù)合增鈣液態(tài)渣粉混凝土相對動彈性模量的下降值。圖3 的數(shù)據(jù)說明,相對于基準(zhǔn)混凝土,復(fù)合增鈣液態(tài)渣粉混凝土的抗凍性能略有降低,這是因為養(yǎng)護(hù)齡期為28d ,復(fù)合增鈣液態(tài)渣粉的優(yōu)勢還沒有充分體現(xiàn),但二者的抗凍等級均達(dá)到了F350 等級。
(2) 抗?jié)B性能。本文分別采用混凝土抗?jié)B性試驗和相對抗?jié)B性試驗來檢測混凝土的抗?jié)B性能,具體數(shù)據(jù)見表2。
表2 的滲透性試驗結(jié)果表明:在1.2MPa 水頭壓力下維持24h ,復(fù)合增鈣液態(tài)渣粉混凝土抗?jié)B等級達(dá)到了W11 ;復(fù)合增鈣液態(tài)渣粉混凝土的相對抗?jié)B系數(shù)低于基準(zhǔn)混凝土。這表明:復(fù)合增鈣液態(tài)渣粉優(yōu)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(fù)合,在混凝土的水化過程,尤其是水化后期,產(chǎn)生了“1 + 1 > 2”的超疊效果。復(fù)合增鈣液態(tài)渣粉顆粒嵌于水泥石基體中起到“次中心質(zhì)”的作用,在骨料與水泥石的界面上,“二次水化”反應(yīng)消耗Ca (OH) 2 ,其產(chǎn)物阻塞了部分毛細(xì)孔,在減小孔徑的同時減少有害孔的數(shù)量[1 ] ,改善了混凝土的微觀孔結(jié)構(gòu),使混凝土更加密實。
4 結(jié)語
(1) 復(fù)合增鈣液態(tài)渣粉與Ca (OH) 2 發(fā)生二次水化反應(yīng),混凝土標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)90d 之后,復(fù)合增鈣液態(tài)渣粉混凝土的強度增長率開始超過基準(zhǔn)混凝土,其后期強度接近甚至超過基準(zhǔn)混凝土。
(2) 由于復(fù)合增鈣液態(tài)渣粉優(yōu)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(zhǔn)混凝土,呈穩(wěn)定上升趨勢。
(3) 復(fù)合增鈣液態(tài)渣粉混凝土抗凍性能與基準(zhǔn)混凝土相近,抗凍等級達(dá)到F350 ,而其滲透系數(shù)低于基準(zhǔn)混凝土,抗?jié)B性能出色。
(4) 復(fù)合增鈣液態(tài)渣粉由于其形態(tài)效應(yīng)、活性效應(yīng)和微集料效應(yīng)在混凝土水化后期,產(chǎn)生“1 + 1 > 2”超疊效果,能改善水工混凝土力學(xué)性能和耐久性,具有廣闊應(yīng)用前景。
參考文獻(xiàn)
[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.
