矿物掺合料对混凝土抗渗性能的影响研究

文摘 2025-02-01 07:01 河南

1 原材料及实验方法

1.1 实验原材料

1.1.1 水泥

本文所用水泥为南阳中联水泥有限公司生产的P.O42.5普通硅酸盐水泥。

1.1.2 粗集料

本文所用粗集料，5mm～20mm 连续级配，含泥量为0.6%，泥块含量为0.24%。

1.1.3 细集料

本文所用细集料为河砂，细度模数2.7，Ⅱ区中砂，含泥量为2.2%，泥块含量为0.8%。

1.1.4 外加剂

聚羧酸减水剂，减水率为30.5%，其固含量为25%，推荐掺量范围为1.0%。

矿物掺合料主要有Ⅰ级粉煤灰（Fly ash）：取自南阳天孚实业有限公司，其密度2.17g/cm3，比表面积404.9m3/kg；矿粉（Slag）：取自新野中联水泥有限公司，其密度2.47g/cm³，比表面积478.6m³/kg；

1.1.5 水试验室用水。

1.2 实验方法

混凝土抗渗试验采用渗水高度法，参照GB/T 50082-2009《普通混凝长期性能和耐久性能试验方法》。

每组试验成型混凝土标准抗渗试件（顶面直径175mm，底面直径 185mm，高 150mm）三个。试件养护至试验前一天取出，将表面晾干，然后在其侧面均匀涂一层约2mm 油泥（黄油+水泥），随即在螺旋加压装置上，将试件压入试件套中，保压15s 后解除压力，连同试件套装在抗渗仪上进行试验。

一次加压到2.0±0.05MPa，恒压24h，加压过程不大于5min，达到稳定压力的时间作为实验记录起始时间（精确到min）。稳压过程中应随时注意观察试件端面的渗水情况，如试件端面出现渗水（此时渗水高度为试件高度），对于试件端面未出现情况，则渗水24h 后停止试验，取出试件。将试件放在压力机上，沿纵断面将试件劈裂为两半。待看清水痕后，用墨汁描出水痕，即为渗水轮廓，笔记不宜太粗。将梯形板放在试件劈裂面上，用尺沿水痕等间距量测10 点渗水高度值，读数精确至1mm。

以10 个测点处渗水高度的算术平均值作为该试件的渗水高度。然后计算3 个试件的渗水高度的算术平均值，作为该组试件平均渗水高度。

其计算公式为：

K=ɑD_m ² / 2TH （3）

其中：K—相对渗透系数（mm/s）；

ɑ—混凝土的吸水率（％）；

D_m—渗水深度（mm）；

T—加压时间（s）；

H—水压力，以水柱高度表示（mm）。

注：2.0MPa 水压力，以水柱高度表示为204000mm；取0.03。

2 实验结果与分析

本试验的设计是在固定水灰比不变的情况下，通过调整聚羧酸减水剂掺量使混凝土的坍落度控制在200±20mm 范围内。矿物掺和料采用等量取代水泥的方法，粉煤灰和矿粉的掺量分别为20%、30%和40%，探究不同掺量矿物掺和料及不同种类矿物掺和料对混凝土渗透性的影响情况。混凝土的配合比及塌落度见表2-1。

2.1 矿物掺和料对混凝土抗渗性能的影响

掺加一元矿物掺和料的混凝土渗透高度和相对渗透系数见下表2-2。

2.2 粉煤灰掺量对混凝土抗渗性能的影响

由表2.2 可以看出，与基准组相比，掺加粉煤灰的混凝土渗水高度明显降低，相对渗透系数比较小，且随着粉煤灰掺量的增加，混凝土渗水高度逐渐降低，相对渗透系数减小。当粉煤灰掺量从20%增加到40%时，混凝土渗水高度从13.4mm降低到11.1mm，相对渗透系数K_h从1.53×10^-10mm/s 减小到1.04×10^-10mm/s。这是因为粉煤灰的形态效应，粉煤灰混凝土的硅酸盐玻璃微珠可填充水泥浆体，降低了混凝土孔隙率并改善孔特征，从而提高了粉煤灰混凝土的抗渗透性。其次是粉煤灰的火山灰效应，随着龄期的增长，粉煤灰的火山灰反应程度不断提高，与氢氧化钙发生二次反应，生成了具有凝胶性能的C-S-H，堵塞了孔道，显著降低了混凝土中的大孔含量及总的孔隙率，使得结构更加密室。因而粉煤灰能够提高混凝土的抗渗透性。

2.3 矿粉掺量对混凝土抗渗性能的影响

由表2.2 可以看出，掺入矿粉后，混凝土的相对渗透系数明显降低。从总体上看，混凝土的渗透系数随着矿粉掺量增加而减小。与基准组相比，矿粉掺量为20～40%时，混凝土的相对渗透系数为0.67×10^-10mm/s、1.08×10^-10mm/s 和0.92×10^-10mm/s，明显低于基准试样的相对渗透系数（1.63×10^-10mm/s）。

矿粉可以有效的改善混凝土的抗渗性能。掺入矿粉能提高混凝土的抗渗性能的主要原因是：一方面，矿粉比表面积为478.6m²/kg，而水泥的表面积在382m²/kg，矿粉的细颗粒含量较多，与水泥混合后，粒度分布得到优化，细粉填充在水泥颗粒之间，进一步增加了浆体的密实度，使水泥石的结构更加紧密，孔结构得到改善，孔隙率降低，孔径细化，孔的连通性被阻断，从而渗透性降低；另一方面，加入矿粉能减少水泥浆体和集料界面间的过过渡区域，干扰过渡区域中氢氧化钙晶体的取向性，提高界面强度和密实性。

2.4 不同种类矿物掺和料对混凝土抗渗性能的影响

由表2.2 可以看出，当粉煤灰和矿粉取代水泥量相同时，矿粉对混凝土抗渗性的改善效果优于粉煤灰；

3 结论

本文研究了一元矿物掺和料粉煤灰、矿粉对混凝土抗渗性能的影响。通过研究，主要得到以下结论：

粉煤灰、矿粉都可以降低混凝土的相对渗透系数，粉煤灰和矿粉掺量为20～40%时，混凝土的相对渗透系数明显低于基准试样系数（1.63×10^-10 mm/s）。随着粉煤灰和矿粉掺量的增加，混凝土渗透系数减小。当粉煤灰和矿粉取代水泥量（20～40%）相同时，矿粉对混凝土抗渗性的改善效果优于粉煤灰。

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