【摘 要】 工程结构材料的耐久性问题是一个世界性难题。水利工程一般规模大,关乎国计民生,本文以改善水工混凝土的耐久性和推动水工混凝土的可持续发展为出发点,研究了复合增钙液态渣粉水工混凝土的力学性能和耐久性能。
【关键词】 复合增钙液态渣粉;水工混凝土;耐久性
【中图分类号】 TU528 【文献标识码】 B 【文章编号】 1001 - 6864(2007) 06 - 0013 - 02
复合增钙液态渣粉是一种性能优良的新型矿物外加剂,本文通过使用这种新型矿物外加剂,在如何改善水工混凝土的耐久性和实现其可持续发展方面做出了有益尝试。
1 水工混凝土的耐久性
寒冷地区水利工程的混凝土构筑物,由于使用条件处于动态和静态复合的水的冲磨、气蚀、侵蚀、渗漏、冷冰冻融等反复共同作用下,情况更趋恶劣。一般水工混凝土结构的使用寿命都要求大于50 年,但是由于设计欠妥、施工不良、管理不善等众多原因,许多大坝或水库在运行20～30 年,甚至更短的时间内就出现了明显的衰变老化,发生各种病害,甚至形成大坝安全运行的潜在威胁。因材质劣化造成失效以致破坏崩塌事故时有发生,用于混凝土结构修补、重建和改建费用日益增大,存在着“年年补、年年坏”的现象。因此,开展对寒冷地区水工混凝土耐久性研究,显得尤为必要。
2 原材料及试验方案
2.1 原材料
试验选用哈尔滨产天鹅牌P·O32.5 水泥,粗集料为5mm～30mm连续级配碎石,细集料为中砂,细度模数2.59 ,矿物掺和料为复合增钙液态渣粉,外加剂为黑龙江省翔波新材料新技术应用开发有限公司生产的翔波牌SB —G引气剂。
2.2 复合增钙液态渣粉
以燃煤立式旋风炉(也称液态排渣炉) 为主要炉型的热电厂,其磨煤过程都要复合一定量的石灰石粉,成为混合石灰石煤粉,以达到降低炉腔温度、减少煤灰的灰熔点和提高灰渣的活性的目的。这种烟煤和石灰石的磨细混合石灰石煤粉,其喷入炉腔燃烧过程中,会产生两种工业副产品:一种为向上排放进入烟道气体中被收集的粉末,由于其含有较高的氧化钙(CaO) 含量,被称作增钙粉煤灰,简称增钙灰;另一种为向下排放的呈熔融液态的工业副产品,也由于其含有较高的氧化钙含量,被称作增钙液态渣,简称增钙渣。增钙液态渣经旋风炉1450～1600 ℃高温悬浮燃烧后,呈熔融液滴,在排出时经高压水骤冷而形成水淬渣,也称水淬液态增钙渣。增钙渣经适当烘干,去除水分,磨细后成为增钙液态渣粉。由于增钙液态渣粉在磨细过程中具有易碎不易细的特性,同时,在磨细过程中,加入10 %～15 %的其它助磨材料或混凝土改性材料,共同构成了复合增钙液态渣粉。
2.3 试验方案
针对水利工程常用的C25 等级混凝土进行试验研究,研究长期力学性能和抗冻性、抗渗性等耐久性能。试验遵守SL 352 - 2006《水工混凝土试验规程》,具体配合比见表1。
3 试验结果及分析
3.1 长期力学性能
(1) 抗压强度。图1 为混凝土抗压强度的对比曲线,A为基准混凝土,B 为复合增钙液态渣粉混凝土。从图中我们可以看出,基准混凝土的早期强度高于复合增钙液态渣粉混凝土,但是我们可以看到,混凝土标准养护90d 之后,复合增钙液态渣粉混凝土的强度增长率明显超过基准混凝土,在养护至240d 时,其强度与基准混凝土基本相同,并表现出更强的上升趋势。这主要是由于在混凝土的水化过程中,尤其是水化后期,复合增钙液态渣粉与Ca (OH) 2 发生二次水化反应,形成C - S - H 凝胶,使得混凝土结构更加密实,后期强度增长迅速。
(2) 劈拉强度。图2 为混凝土劈拉强度对比曲线,A为基准混凝土,B 为复合增钙液态渣粉混凝土。从图中我们可以看到,混凝土标准养护7d 时,复合增钙液态渣粉混凝土的劈拉强度低于标准混凝土,但是,混凝土标准养护至28d时,其劈拉强度已明显超过基准混凝土。这表明:复合增钙液态渣粉取代水泥,对混凝土早期劈拉强度具有一定影响,但由于其优化了粉体材料的微级配,混凝土更加密实,随着养护龄期的增加,其优异性体现明显。
3.2 长期耐久性能
(1) 抗冻性能。文采用快冻法进行冻融试验,具体数据见图3。图中A 为基准混凝土质量损失率,B 为复合增钙液态渣粉混凝土质量损失率;C 为基准混凝土相对动弹性模量的下降值(即1 - Pn ) ,D 为复合增钙液态渣粉混凝土相对动弹性模量的下降值。图3 的数据说明,相对于基准混凝土,复合增钙液态渣粉混凝土的抗冻性能略有降低,这是因为养护龄期为28d ,复合增钙液态渣粉的优势还没有充分体现,但二者的抗冻等级均达到了F350 等级。
(2) 抗渗性能。本文分别采用混凝土抗渗性试验和相对抗渗性试验来检测混凝土的抗渗性能,具体数据见表2。
表2 的渗透性试验结果表明:在1.2MPa 水头压力下维持24h ,复合增钙液态渣粉混凝土抗渗等级达到了W11 ;复合增钙液态渣粉混凝土的相对抗渗系数低于基准混凝土。这表明:复合增钙液态渣粉优化了粉体材料的微级配,增加了混凝土的密实度,几种粉体的复合,在混凝土的水化过程,尤其是水化后期,产生了“1 + 1 > 2”的超叠效果。复合增钙液态渣粉颗粒嵌于水泥石基体中起到“次中心质”的作用,在骨料与水泥石的界面上,“二次水化”反应消耗Ca (OH) 2 ,其产物阻塞了部分毛细孔,在减小孔径的同时减少有害孔的数量[1 ] ,改善了混凝土的微观孔结构,使混凝土更加密实。
4 结语
(1) 复合增钙液态渣粉与Ca (OH) 2 发生二次水化反应,混凝土标准养护90d 之后,复合增钙液态渣粉混凝土的强度增长率开始超过基准混凝土,其后期强度接近甚至超过基准混凝土。
(2) 由于复合增钙液态渣粉优化了粉体材料的微级配,使得混凝土更加密实,混凝土劈拉强度尽管7d 强度略低,但其28d 强度迅速超越基准混凝土,呈稳定上升趋势。
(3) 复合增钙液态渣粉混凝土抗冻性能与基准混凝土相近,抗冻等级达到F350 ,而其渗透系数低于基准混凝土,抗渗性能出色。
(4) 复合增钙液态渣粉由于其形态效应、活性效应和微集料效应在混凝土水化后期,产生“1 + 1 > 2”超叠效果,能改善水工混凝土力学性能和耐久性,具有广阔应用前景。
参考文献
[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.
