不同水胶比下粉煤灰掺量对水工混凝土抗渗性能影响

文摘 2024-11-20 07:22 河南

对于水工建筑物而言，混凝土的抗渗性关系到建筑物的安全，据统计，由于建筑物渗漏造成失事的水工建筑物数量巨大，为此水工建筑物中混凝土的抗渗性是一项重要的技术指标。同时，水工建筑物中混凝土的用量较大，水泥的量较多，为了能够节约成本，可以通过添加粉煤灰代替水泥用量，粉煤灰对于混凝土而言，能够改变混凝土的和易性、耐久性和力学性能。目前，对于粉煤灰掺量对混凝土力学性能的研究较多，对不同水胶比下粉煤灰掺量对水工混凝土抗渗性能影响研究相对较少，因此，本文拟从最常用的普通混凝土着手，混凝土抗压配合比以水灰比0.45、0.50、0.55为准，分别掺入15%、20%、30%、40%的粉煤灰等量取代水泥量，标准养护28d分析相同水胶比、不同粉煤灰掺量对水工混凝土抗渗性的影响规律。

1粉煤灰作用机理

粉煤灰学名飞灰，是煤炭磨细成粉后经燃烧形成的，以燃煤电厂为例，煤粉在锅炉中高温燃烧后，经烟道排出立马被收集即形成粉煤灰，粉煤灰呈灰褐色，通常呈酸性，比表面积在0.25×10⁴～0.7×10⁴cm²/g，尺寸介于几百微米到几微米，大多数为球体状颗粒，在我国，粉煤灰的主要成分包括SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、Fe₂O₃、CaO等，其中SiO₂占比40%～60%；Al₂O占比15%～40%；Fe₂O占比4%～20%；CaO占比2%～7%；烧失量占比3%～10%。除此之外，还包括了镁、钛、硫、钾、钠等极少量的氧化物。其中SiO₂、TiO₂主要来自黏土和页岩；Fe₂O来自铁矿；MgO和CaO来自碳酸盐和硫酸盐。

随着粉煤灰粒径的增加，以及更多的细小玻璃状粒子，使其具有更大的比表面积，从而使其更易与水泥浆中的氢氧化钙结合，具有更高的催化活性。粉煤灰的功能效用体现在如下方面。

1.1形态效应

为适应特定需求，混凝土中常掺有一些矿物质粉料，由于其物理性状不同，会产生形态效应。影响形态效应的因素主要有：颗粒的表面性质、颗粒间级配、外观、结构等。粉煤灰是混凝土中常用的添加剂，其矿物成分主要有铝硅酸盐玻璃微珠和海绵状玻璃体，由于这些矿物粒度细、表面光滑、质密等优良特性，使得水泥的水化反应充分，促进混凝土的早期强度的发展；玻璃体的存在填充了水泥浆体的孔隙，增大混凝土的密实性；在同等条件下，玻璃体的加入，可减少混凝土的用水量，减少水泥水化反应的不良影响；相同用水量的前提下，加人玻璃体的水泥浆液更具有流动性。

1.2活性效应

混凝土加人粉煤灰后，减少了水泥的用量，使得该类水泥的早期强度与普通混凝土相比强度有所降低，但随着混凝土龄期的增长，水泥的水化产物逐渐增多，粉煤灰中的活性成分与之发生化学反应，形成胶凝物质，中和混凝土的液相碱度，反而增强了混凝土的后期强度且增长速度快。

1.3微集料效应

粉煤灰中矿物质粉料的粒径远小于水泥颗粒的粒径，混凝土中加人粉煤灰后，颗粒级配得到改善，更小的颗粒可以阻隔水泥颗粒的粘连并填充混凝土的孔隙，进而促进水化作用。随着时间的推移，这种集料作用会不断发展，粉煤灰混凝土会更加密实，水化作用也达到持续稳定。

2实验概况

2.1原材料

本试验采用的水泥强度等级为32.5普通硅酸盐水泥；砂石来自榆中县金崖镇所产；最大粒径为40mm的碎石。粗、细骨料质地坚硬，成分以变质砂岩、石英岩，砂岩为主，磨圆度中等，呈次圆～次棱角状；砂为中粗砂，成分以石英、长石为主，云母次之。经取样试验（3组平均值）：一是粗骨料（砾石）表观密度2.66～2.70g/cm，堆积密度1.70～1.77g/cm²，孔隙率34%～37%，含泥量0.2%～0.6%，软弱颗粒含量1.3%～1.6%，针片状颗粒含量8.1%～9.4%，硫酸盐硫化物含量0.1%～0.5%，压碎指标8.0%～10.2%，坚固性6.8%～7.7%，各项指标符合混凝土粗骨料质量指标要求。二是细骨料表观密度2.61～2.64g/cm，堆积密度1.57～1.58g/cm³，孔隙率39%～41%，吸水率：1.2%～1.5%，含泥量2.1%，硫酸盐硫化物含量0.4%～0.6%，云母含量0.7%～0.8%，轻物质含量0.1%～0.2%，坚固性8.0%～9.0%，细度模数3.0，各项指标满足实验要求。

水泥相关测试指标0.08mm；筛余度3.2%；标准稠度27.8%；初凝为290min，终凝为330min；用雷氏法测得体积安定性为0.5mm；3d抗压强度、抗折强度分别为20.9MPa、4.2MPa，28d抗压强度、抗折强度分别为40.5MPa、6.5MPa，符合GB/T175-2017《普通硅酸盐水泥》的标准。

粉煤灰（南京市聚力粉煤灰建材厂）的检测指标：细度14.7%，烧失量5.49%，三氧化硫质量分数0.33%，需水量比92%。所检项目均符合GB/T1596-2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》Ⅱ级的技术要求。

减水剂检测指标如下：密度1.034g/cm，pH值7.0～9.0，固含量≥92%，净浆流动度≥240mm，硫酸钠含量小于10%，氯离子含量小于0.4%，细度0.315mm筛余小于15%，表面张力（7±0.1）×10^-4N/m，减水率25%，泌水率比28%，含气量2%，初凝时间差23min，终凝时间差17min，1d抗压强度比156%，3d抗压强度比152%，7d抗压强度比146%，28d抗压强度比138%，收缩率比90%，对钢筋无锈蚀危害，本品符合《混凝土外加剂》（GB8076-2008）国家标准。

拌合水采用兰州市自来水，检测指标：pH值8.00～8.12，总硬度（以CaCO₃计)224，不溶物150～165mg/L，可溶物289～298mg/L，氯化物（以Cl计）22～23mg/L，硫酸盐（以SO₄²^-计)70mg/L，碱含量（以当量Na₂O）310mg/L，水泥初凝时间差和终凝时间差均小于30min，3d和28d抗压强度比均大于90%，符合《混凝土用水标准》（JGJ63-2006）的规定。

2.2试验方法

试验依据《水工混凝土试验规程》（DL/T5150-2017）试验方法进行，如图1所示，仪器采用抗渗仪。一组试验共有6个标准试件，上口直径为d_上口=175mm，下口直径为d_下口=185mm，高度为150mm；试件在标准养护状态下养护龄期28d，待试件标准养护完成后晾干，并在试件侧面采用石蜡涂抹密封，然后用螺旋加压器将试件压人经烘烤预热过的试件套中。待试件完全冷却后解除压力，连同试件套安放于抗渗仪器上进行试验。试验初始水压为0.1MPa，并每隔8h增加0.1MPa水压，当6个试件中出现表面渗水的试件超过2个，随即停止试验并记录此时相应水压力。混凝土的抗渗性能还可以通过渗透系数来衡量。根据《建筑混凝土抗渗性能检测规程》（JGJ/T500-2014）的要求，混凝土的渗透系数应符合国家标准《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》（GB/T50082-2009）中规定的要求。具体来说，混凝土的渗透系数应达到一般抗渗等级下的限值，即不大于100×10^-8m/s；较强抗渗等级下的限值，即不大于50×10^-8m/s；强抗渗等级下的限值，即不大于10×10^-8m/s。混凝土标准抗渗深度是根据混凝土抗渗等级和渗透系数等因素综合考虑后确定的。根据《建筑混凝土抗渗性能检测规程》的要求，标准抗渗深度的计算公式如下：标准抗渗深度（m）=（渗透系数限值一混凝土实测渗透系数）×实际混凝土厚度，其中，混凝土实测渗透系数是指根据国家标准《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》（GB/T50082-2009）进行混凝土渗透性能检测所得到的渗透系数值。混凝土实测抗渗深度是指在混凝土表面施加一定压力下，混凝土不发生渗漏的最大深度。根据《《建筑混凝土抗渗性能检测规程》JGJ/T500-2014）的要求，混凝土实测抗渗深度应不小于混凝土标准抗渗深度的70%。

2.3实验配合比

混凝土配合比按C20强度等级设计，具体的混凝土配合比如表1所示。

3粉煤灰混凝土的抗渗性能

通过试验研究了不同水胶比、不同粉煤灰掺量下混凝土抗渗性的影响，研究得出了在不同掺量下和不同水灰比下混凝土抗渗性能曲线（如图2所示），图形中，横轴表示粉煤灰掺量百分数，纵轴表示抗渗深度（混凝土标准抗渗深度是指混凝土表面到达一定深度后，其渗透性能达到国家规定的要求，能满足工程设计和使用要求的深度）。混凝土标准抗渗深度的大小，直接影响着混凝土工程的质量和使用寿命。

在3种水灰比下，分别掺人15%、20%、30%、40%的粉煤灰等量取代水泥量，标准养护28d混凝土抗渗深度结果分析如图2所示。

4试验结果与分析

在水灰比为0.45时，粉煤灰掺加量的不同使得混凝土抗渗效果也不同，随着粉煤灰掺量的增加，混凝土抗渗深度呈增加趋势，当掺量达到28%时，抗渗效果最佳，此后随着粉煤灰掺量的增加抗渗效果呈下降趋势，水灰比为0.50和0.55的情况和0.45时类似，抗渗效果呈现出随着粉煤灰掺量的增加先增强再弱的现象。对应的最佳掺量值分别为29%和30%。主要原因是粉煤灰是一种火山灰质材料，它在混凝土中具有形态效应、活性效应、微集料效应等使混凝土拌合物的和易性提高，有利于降低混凝土内部的孔隙率从而提高其密实度与抗渗性。

同时，通过试验也发现水灰比对混凝土的抗渗性也有一定影响，主要表现为在一定范围内随着水灰比掺加抗渗强度呈下降的趋势，从图中可以看出三种水灰比中，当水灰比为0.45时抗渗强度最高，水灰比为0.55时最低，0.50时介于两者之间。在粉煤灰为28%左右时水灰比对抗渗性能的影响更为明显。水灰比过大时会导致水泥的水化反应速度变慢，水化反应不充分会在混凝土中留下较多的毛细孔，空隙越大抗渗性越差，而混凝土的抗渗性首先取决于水泥浆的空隙率，包括空隙的尺寸、分布和连续性。所以水灰比越大，空隙率越大，渗透性越好，抗渗性越差。

5结语

当混凝土中掺人粉煤灰后，其抗渗性提升，并随龄期增长抗渗性持续增强。通过试验得出不同的粉煤灰掺量将影响混凝土抗渗性的强弱，并在掺量为28%左右时抗渗效果最佳，当掺量小于28%时混凝土的抗渗性在逐渐提高，当掺量大于28%时混凝土的抗渗性能呈下降趋势。对于水工混凝土而言，尤其是有抗渗要求的建筑，需严格控制粉煤灰的掺量，防止因不合理的掺量造成混凝土渗漏事件，进而影响建筑物安全。

http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzIzNjU1MTYwNw==&mid=2247521289&idx=5&sn=ff49834e8565be105f8e67dce9ff3797

砼话

“砼话”——分享混凝土知识，做混凝土技术人员的朋友，每天七点更新！您的关注，是最大的支持和鼓励！

最新文章

某混凝土试验室主任给老板的私信（句句心酸）

砂率对C60、C80、C100 混凝土新拌性能与抗压强度的影响

一种新的路面水泥混凝土配合比设计

C80机制砂高强混凝土的制备及工程应用技术交底

废浆体对C30、C40混凝土性能影响的研究

混凝土阴阳配合比产生的根源及对策

商品混凝土和易性不合格原因分析及改进措施

自密实混凝土配合比设计及其性能试验研究

2024年最新最全混凝土标准目录，欢迎订购

C35耐热混凝土配合比优化设计

泵送预拌混凝土过程中裂缝控制技术研究

减水剂检测中含气量对混凝土的影响及建议

混凝土生产过程中应如何调整配合比

混凝土施工过程中加水为什么屡禁不止

中法混凝土配合比设计对比和结果分析

清水混凝土概念、研究现状、存在问题及配合比设计方法综述

混凝土裂缝成因与防治措施研究

回弹法在实体混凝土质量检测中的应用

浅谈混凝土企业试验室的内部管理

特细砂混凝土配合比设计及应用实例

机制砂混凝土制备及性能分析

不同水胶比下粉煤灰掺量对水工混凝土抗渗性能影响

易流型大掺量石灰石粉复合掺合料性能研究

浅谈混凝土原材料——粗骨料

混凝土原材料试题——骨料（多选题）

阎培渝教授：养护制度对高强混凝土强度发展规律的影响

商品混凝土泵送合同

混凝土外加剂与水泥适应性改善措施研究

低水胶比下粉煤灰复合矿粉配制高强泵送混凝土的性能研究

C35 耐热混凝土的制备与性能测试

孙振平教授：聚羧酸高性能减水剂应用的若干问题探讨

混凝土外加剂的使用误区

混凝土立方体试件抗压强度检测要点

混凝土裂缝的成因、预防及处理心得

轻质高强混凝土制备与性能分析

陕西地区机制粗砂与河道细砂双掺技术配制C30—C40 预拌混凝土的研究与应用

混凝土生产用水量失控是这些原因造成

砂石行业的试验员试题——砂石骨料篇

混凝土不均匀性的表征及其对硬化性能的影响

聚羧酸减水剂对机制砂混凝土的性能影响

片麻岩石粉对机制砂泵送混凝土的拌合物性能影响研究

砂密度对混凝土耐久性能的影响

混凝土7天强度到28天几乎不增长了，怎么回事？

混凝土质量到底掌握在谁手里？

养护对混凝土的重要性

机制砂级配对大流态混凝土性能的影响

针片状颗粒对高强混凝土性能的影响研究

浅谈混凝土原材料——外加剂

混凝土原材料试题——外加剂

机制砂在泵送混凝土中的应用

分类

时事

民生

政务

教育

文化

科技

财富

体娱

健康

情感

旅行

百科

职场

楼市

企业

乐活

学术

汽车

时尚

创业

美食

幽默

美体

文摘

原创标签

时事社会财经军事教育体育科技汽车科学房产搞笑综艺明星音乐动漫游戏时尚健康旅游美食生活摄影宠物职场育儿情感小说曲艺文化历史三农文学娱乐电影视频图片新闻宗教电视剧纪录片广告创意壁纸头像心灵鸡汤星座命理教育培训艺术文化金融财经健康医疗美妆时尚餐饮美食母婴育儿社会新闻工业农业时事政治星座占卜幽默笑话独立短篇连载作品文化历史科技互联网

发布位置

广东北京山东江苏河南浙江山西福建河北上海四川陕西湖南安徽湖北内蒙古江西云南广西甘肃辽宁黑龙江贵州新疆重庆吉林天津海南青海宁夏西藏香港澳门台湾美国加拿大澳大利亚日本新加坡英国西班牙新西兰韩国泰国法国德国意大利缅甸菲律宾马来西亚越南荷兰柬埔寨俄罗斯巴西智利卢森堡芬兰瑞典比利时瑞士土耳其斐济挪威朝鲜尼日利亚阿根廷匈牙利爱尔兰印度老挝葡萄牙乌克兰印度尼西亚哈萨克斯坦塔吉克斯坦希腊南非蒙古奥地利肯尼亚加纳丹麦津巴布韦埃及坦桑尼亚捷克阿联酋安哥拉