论文部分内容阅读
摘 要：本文通过包钢厂区某蓄水池的掺入矿渣粉的混凝土的研究，来表述混凝土中掺入矿渣粉的效应。通过矿渣粉在混凝土中替代水泥质量的不同百分比，混凝土在不同的矿渣粉掺量下的流动度、强度和抵抗硫酸盐侵蚀的能力，来评价矿渣粉在混凝土中的作用：掺入一定量的矿渣粉的混凝土，其工作性能和力学性能远远高于未掺矿渣粉的混凝土，并且在试验中我们找到了蓄水池混凝土的矿渣粉的最佳掺量，这样不仅仅大大降低了成本，而且还保证了混凝土的实用性。
关键词：混凝土；掺入矿渣粉；耐腐蚀性；最佳掺量与实用性
前言
在包头的某污水处理厂的施工中，建设单位与施工单位同时对蓄水池的混凝土性能提出了意见，该蓄水池中有害离子最多的为硫酸根离子，混凝土性能一定要满足工程使用要求，而掺入矿渣粉的混凝土在污水处理工程中还未得到广泛的使用，根据工程目前使用的材料，矿渣粉确实能提高新拌混凝土的工作性能，并且能改善施工环境，提高硬化混凝土的力学性能和耐久性。但是在目前能不能抵抗污水池中的一些有害离子的侵蚀，成为双方主要问题。此处混凝土的硫酸盐破坏被认为是引起混凝土材料失效破坏的四大主要因素之一。如果硫酸盐浓度超过1500mg/L，硫酸盐侵蚀破坏的可能性就很大。
本研究就是针对本地区矿渣粉性能和混凝土的基本情况，进行掺入矿渣粉的混凝土的性能的实验，通过试验来分析混凝土的抵抗外界侵蚀的能力。
1.试验用原材料与试验方法
1.1 原材料的选择
水泥：采用包头地区常用的蒙西P·O42.5水泥。高效减水剂：GL萘系高效缓凝剂。
本次试验选用包头宏伟厂生产的矿渣微粉，根据相应的试验规程进行检验，实验所用矿渣粉比表面积为400m2/kg，质量细数为1.46，活性指标为0.31，碱性系数0.91。
1.2 试验方法：
目前混凝土抗硫酸盐试验没有标准方法，而水泥抗硫酸盐试验有标准方法。因而混凝土抗硫酸盐试验往往沿用水泥抗硫酸盐试验的方法。我国目前采用以下两种方法进行抗硫酸盐试验，一种是GB749-65《水泥抗硫酸盐侵蚀试验方法》，另一种是GB2420-81《水泥抗硫酸盐侵蚀方法》。
2.试验及分析结果如下：
2.1 混凝土试验及原理：
混凝土中硫酸盐的侵蚀主要表现在以下两方面：物理作用破坏和化学作用破坏。物理作用破坏主要因为含有有害离子的溶液通过混凝土构件中的孔结构进入到混凝土构件的内部，随着水分的蒸发，溶液过饱和，盐结晶析出，产生结晶应力，引起开裂，导致混凝土表面层的剥落。化学作用破坏，含有硫酸根离子的溶液进入构件，硫酸根离子和水泥浆中的固态水化铝酸钙发生化学反应。这时反应生成水化硫铝酸钙晶体，产生膨胀而导致混凝土结构的破坏，最终导致混凝土结构的破坏。
本次试验采用质量损失率和强度变化率作为指标。两者的测定均采用100x100x100mm的立方体混凝土试块。在试件成型的第二天编号、拆模，送入标准养护室养护7天，取出后将石块边角易损部分小心清理干净，称得试块的质量并记录，然后浸泡在浓度为5%的硫酸钠溶液中，分别测定试件在浸泡28d后的质量和抗压强度，从而得到相应的数据。以此为依据，评价混凝土的抗硫酸盐侵蚀能力。
2.1.1不同掺量矿渣粉的混凝土性能和力学试验
本工程蓄水池混凝土强度设计要求为C50，地区实验材料及试验配合比数据见下表：
从上述的表格和图表的混凝土强度可以看出：比表面积为400m2/kg的矿渣粉随着掺量的增加，混凝土7d龄期的抗压强度逐渐下降；矿渣粉在混凝土中的掺量在40%时，28d的抗压强度最高达到68.9 Mpa，并且随着矿渣粉掺量的增加，水胶比逐渐减少，伴随着其后期强度增加，随着矿渣粉掺量的继续增加混凝土的中后期强度略有下降，掺量为60%的混凝土中后期强度小于基准混凝土。56d强度在矿渣粉掺量20%～40%增长较为显著。
配合比中用水量有变化，即水胶比在变化。但水胶比是在一个小范围内有规律地变化（上图的横坐标应该是一个稍微倾斜的坐标）。混凝土强度与水胶比的关系是一个线性关系，强度会随水胶比的减小而增大，而该实验中混凝土抗压强度的走势是一个曲线，可以认为这个变化是由于配比成份变化造成的。因此上述结论是符合实际的。
2.2 混凝土的抗硫酸盐侵蚀试验及分析结果
本实验采用的方法是比较混凝土质量损失率和强度变化率，试验所测得的结果如下表所示：
注：4-2代表混凝土中矿渣粉的掺量为20%，以下同
由上述实验结果得知：矿渣微粉掺量为40%时，基准混凝土的抗硫酸盐侵蚀能力最强，掺量为50%时，混凝土的抗硫酸盐侵蚀能力与掺量为30%相近，并且混凝土中水胶比也随着矿渣粉的掺量增加而减少，当掺量达到最大时水胶比增大。当矿渣微粉含量较高时，其氧化铝含量高，大量的Al离子存在混凝土的毛细孔溶液中，从而对混凝土的抗硫酸盐侵蚀能力产生不利影响，从而降低了砂浆的抗硫酸盐侵蚀能力。
3. 结论
根据本工程所用的水泥与矿渣粉的混合而搅拌的混凝土，从无论从流动度试验和强度试验中可以得到以下结论：
1.随着矿渣粉的掺入混凝土达到较好的流动度，矿渣粉的掺量在30%与40%之间较大，并且混凝土中水胶比也随着矿渣粉的掺量增加而减少，当掺量达到最大时水胶比增大，其抗压强度也达到了最大，随后有下降的趋势，其抵抗硫酸盐的能力也大大下降。
2. 不同掺量针对混凝土的早期和后期强度影响不一，早期强度随着矿渣粉掺量增加而降低。
3.经过硫酸盐侵蚀的混凝土，由质量和强度差可以看出，掺量为40%的混凝土的前后质量差较小，得出结论是其抵抗硫酸盐侵蚀能力较强，而且其和易性与工作性能都好，既易于施工又可以节约成本，保证了本蓄水池的工程质量。
参考文献：
[ 1 ]王再芳. 水工混凝土硫酸盐侵蚀与防护[J ] . 西北水电，1994 ， 10-18
[ 2 ]余红发. 抗盐卤腐蚀的水泥混凝土的研究现状与发展方向[J ] . 硅酸盐学报，1999 ，102-104
[3 ]亢景富. 混凝土硫酸盐侵蚀研究中的几个基本问题[J ] . 混凝土， 1995 ，45
作者简介：
徐广飞（1983.5--），男，满族，河北承德人，讲師，硕士，主要从事建筑工程管理专业的教育研究
关键词：混凝土；掺入矿渣粉；耐腐蚀性；最佳掺量与实用性
前言
在包头的某污水处理厂的施工中，建设单位与施工单位同时对蓄水池的混凝土性能提出了意见，该蓄水池中有害离子最多的为硫酸根离子，混凝土性能一定要满足工程使用要求，而掺入矿渣粉的混凝土在污水处理工程中还未得到广泛的使用，根据工程目前使用的材料，矿渣粉确实能提高新拌混凝土的工作性能，并且能改善施工环境，提高硬化混凝土的力学性能和耐久性。但是在目前能不能抵抗污水池中的一些有害离子的侵蚀，成为双方主要问题。此处混凝土的硫酸盐破坏被认为是引起混凝土材料失效破坏的四大主要因素之一。如果硫酸盐浓度超过1500mg/L，硫酸盐侵蚀破坏的可能性就很大。
本研究就是针对本地区矿渣粉性能和混凝土的基本情况，进行掺入矿渣粉的混凝土的性能的实验，通过试验来分析混凝土的抵抗外界侵蚀的能力。
1.试验用原材料与试验方法
1.1 原材料的选择
水泥：采用包头地区常用的蒙西P·O42.5水泥。高效减水剂：GL萘系高效缓凝剂。
本次试验选用包头宏伟厂生产的矿渣微粉，根据相应的试验规程进行检验，实验所用矿渣粉比表面积为400m2/kg，质量细数为1.46，活性指标为0.31，碱性系数0.91。
1.2 试验方法：
目前混凝土抗硫酸盐试验没有标准方法，而水泥抗硫酸盐试验有标准方法。因而混凝土抗硫酸盐试验往往沿用水泥抗硫酸盐试验的方法。我国目前采用以下两种方法进行抗硫酸盐试验，一种是GB749-65《水泥抗硫酸盐侵蚀试验方法》，另一种是GB2420-81《水泥抗硫酸盐侵蚀方法》。
2.试验及分析结果如下：
2.1 混凝土试验及原理：
混凝土中硫酸盐的侵蚀主要表现在以下两方面：物理作用破坏和化学作用破坏。物理作用破坏主要因为含有有害离子的溶液通过混凝土构件中的孔结构进入到混凝土构件的内部，随着水分的蒸发，溶液过饱和，盐结晶析出，产生结晶应力，引起开裂，导致混凝土表面层的剥落。化学作用破坏，含有硫酸根离子的溶液进入构件，硫酸根离子和水泥浆中的固态水化铝酸钙发生化学反应。这时反应生成水化硫铝酸钙晶体，产生膨胀而导致混凝土结构的破坏，最终导致混凝土结构的破坏。
本次试验采用质量损失率和强度变化率作为指标。两者的测定均采用100x100x100mm的立方体混凝土试块。在试件成型的第二天编号、拆模，送入标准养护室养护7天，取出后将石块边角易损部分小心清理干净，称得试块的质量并记录，然后浸泡在浓度为5%的硫酸钠溶液中，分别测定试件在浸泡28d后的质量和抗压强度，从而得到相应的数据。以此为依据，评价混凝土的抗硫酸盐侵蚀能力。
2.1.1不同掺量矿渣粉的混凝土性能和力学试验
本工程蓄水池混凝土强度设计要求为C50，地区实验材料及试验配合比数据见下表：
从上述的表格和图表的混凝土强度可以看出：比表面积为400m2/kg的矿渣粉随着掺量的增加，混凝土7d龄期的抗压强度逐渐下降；矿渣粉在混凝土中的掺量在40%时，28d的抗压强度最高达到68.9 Mpa，并且随着矿渣粉掺量的增加，水胶比逐渐减少，伴随着其后期强度增加，随着矿渣粉掺量的继续增加混凝土的中后期强度略有下降，掺量为60%的混凝土中后期强度小于基准混凝土。56d强度在矿渣粉掺量20%～40%增长较为显著。
配合比中用水量有变化，即水胶比在变化。但水胶比是在一个小范围内有规律地变化（上图的横坐标应该是一个稍微倾斜的坐标）。混凝土强度与水胶比的关系是一个线性关系，强度会随水胶比的减小而增大，而该实验中混凝土抗压强度的走势是一个曲线，可以认为这个变化是由于配比成份变化造成的。因此上述结论是符合实际的。
2.2 混凝土的抗硫酸盐侵蚀试验及分析结果
本实验采用的方法是比较混凝土质量损失率和强度变化率，试验所测得的结果如下表所示：
注：4-2代表混凝土中矿渣粉的掺量为20%，以下同
由上述实验结果得知：矿渣微粉掺量为40%时，基准混凝土的抗硫酸盐侵蚀能力最强，掺量为50%时，混凝土的抗硫酸盐侵蚀能力与掺量为30%相近，并且混凝土中水胶比也随着矿渣粉的掺量增加而减少，当掺量达到最大时水胶比增大。当矿渣微粉含量较高时，其氧化铝含量高，大量的Al离子存在混凝土的毛细孔溶液中，从而对混凝土的抗硫酸盐侵蚀能力产生不利影响，从而降低了砂浆的抗硫酸盐侵蚀能力。
3. 结论
根据本工程所用的水泥与矿渣粉的混合而搅拌的混凝土，从无论从流动度试验和强度试验中可以得到以下结论：
1.随着矿渣粉的掺入混凝土达到较好的流动度，矿渣粉的掺量在30%与40%之间较大，并且混凝土中水胶比也随着矿渣粉的掺量增加而减少，当掺量达到最大时水胶比增大，其抗压强度也达到了最大，随后有下降的趋势，其抵抗硫酸盐的能力也大大下降。
2. 不同掺量针对混凝土的早期和后期强度影响不一，早期强度随着矿渣粉掺量增加而降低。
3.经过硫酸盐侵蚀的混凝土，由质量和强度差可以看出，掺量为40%的混凝土的前后质量差较小，得出结论是其抵抗硫酸盐侵蚀能力较强，而且其和易性与工作性能都好，既易于施工又可以节约成本，保证了本蓄水池的工程质量。
参考文献：
[ 1 ]王再芳. 水工混凝土硫酸盐侵蚀与防护[J ] . 西北水电，1994 ， 10-18
[ 2 ]余红发. 抗盐卤腐蚀的水泥混凝土的研究现状与发展方向[J ] . 硅酸盐学报，1999 ，102-104
[3 ]亢景富. 混凝土硫酸盐侵蚀研究中的几个基本问题[J ] . 混凝土， 1995 ，45
作者简介：
徐广飞（1983.5--），男，满族，河北承德人，讲師，硕士，主要从事建筑工程管理专业的教育研究