钢渣对碳纤维导电混凝土抗渗及干缩性能研究

1、专家专稿文章编号:1009-6825(200829-0001-02钢渣对碳纤维导电混凝土抗渗及干缩性能研究*收稿日期:2008-05-23*:湖北省教育厅资助项目(项目编号:D200626002作者简介:许孝春(1967-,男,讲师,孝感学院城市建设学院,湖北孝感 432000蓝文坚(1969-,男,工程师,广西水利电力科学研究院,广西南宁 530021李晓目(1964-,男,副教援,孝感学院城市建设学院,湖北孝感 432000许孝春 蓝文坚 李晓目摘 要:研究了碳纤维导电混凝土中掺加不同掺量和不同细度的水淬钢渣对其的抗渗性能及干缩变形特性的影响。结果表明,碳纤维导电混凝土中超细钢渣在一定掺量

2、范围内可提高混凝土的抗渗性能,钢渣 碳纤维复合导电混凝土的干缩值要略大于普通混凝土。关键词:导电混凝土,钢渣,碳纤维,抗渗性能,干缩性能中图分类号:T U 502文献标识码:A在混凝土中掺加导电相可赋予混凝土静电屏蔽、损伤自诊断、交通导航、建筑采暖等优异性能,因此,近年来导电混凝土成为混凝土行业中的研究热门。同时,有关混凝土耐久性不良而导致大量混凝土工程急需维修或重建的报道也常见于报端。美国1975年由于混凝土耐久性不良引起的损失达700亿美元,1985年则达1680亿美元,目前用于维修或重建的费用预计将高达3000亿美元1;我国三峡水利枢纽工程举世瞩目,对混凝土的耐久性能十分重视,仍未能避免

3、因各种原因造成的大坝表面开裂2。据统计,我国每年因混凝土耐久性不足造成的损失约1800亿元3600亿元人民币3,其损失程度远远超出了人们的估计。随着我国混凝土工程的建设,混凝土耐久性不足的问题将日益严峻。混凝土的耐久性是指混凝土在使用环境中,抵抗其自身和环境的长期破坏作用,保持其原有性能而不破坏、不变质的能力,而抗渗性能是衡量混凝土耐久性最重要的指标。导致混凝土耐久性不足的常见因素有自身变形形成的结构裂缝及混凝土的使用环境,包括液体渗透、冻融破坏、碳酸化、介质侵蚀、淡水溶蚀、碱 集料反应和多种因素综合作用等4。本文试验研究了混凝土中掺加不同含量及不同细度的钢渣对混凝土抗渗性能和变形性能的影响,

4、为导电混凝土进入实用阶段作准备。1 原材料1.1 钢渣采用武汉钢铁集团公司的水淬钢渣,用清水冲洗、烘干后进行不同程度的磨细,分为超细钢渣粉(钢渣 和最大粒径为5mm 连续粒级的钢渣(钢渣 。钢渣的化学成分见表1。表1 水淬钢渣的化学组成CaOSiO 2FeO MgO Al 2O 3MnO Na 2O K 2O F -CaO 339.218.7429.376.072.132.021.040.090.061.2 碳纤维采用吉林市神舟碳纤维有限责任公司生产的聚丙烯腈(PAN 基碳纤维(牌号为T X -3,短切处理后的长度为5mm10mm 。主要技术指标见表2。表2 碳纤维的主要技术指标拉伸强度GPa

5、 拉伸模量GPa 密度g/c m 3电阻率 m 单丝直径 m 含炭量%伸长率%2.83.51802201.763068931.51.3 其他原材料1湖北云梦水泥厂425号普通硅酸盐水泥;2任丘市兴业化工有限公司生产的羧甲基纤维素分散剂(粉末型;3河南建苑工程材料有限公司生产的FDN -1高效减水剂。2 试验结果2.1 抗渗性能试件为顶面直径175mm,底面直径185mm,高150mm 的圆台,按GBJ 81-85养护成型,试验参照DL /T 5150-2001水工混凝土试验规程相对抗渗试验进行;试验仪器为HP -40型自动调节抗渗仪,开始加压0.1M Pa,以后每8h 增加0.1M Pa,直到

6、4个试件未透水,记下相应的压强;如果压强为1.3M Pa,试件仍然不透水,在试件两端面直径处平行方向各放置一根 6mm 的钢垫条,用压力机劈开试件,将劈开面底边10等份,在各等份点处用直尺量取渗水高度,取平均值作为试件的渗水高度。本试验分别试验了钢渣 的掺量、细度对混凝土抗渗性能的影响,试验结果见表3,表4。表3 钢渣 的掺量对钢渣 碳纤维复相导电混凝土抗渗性能的影响渣灰比28d 抗压强度/MP a 90d 电阻率 cm 渗水高度/mm 123456平均值045.1272.41171251211221191261220.249.2272.278107868910394930.443.3251.

7、1826985716481750.653.4243.7678664727080730.854.6223.5415139483742431.050.2213.4364440394345411.237.6211.3374939374648431.433.8214.0474953524643481.637.5210.654504847535251注:钢渣 为研碎后粉磨4h 时的细度,PAN 体积百分含量为0.8%,渣灰比即钢渣 与水泥的质量比2.2 钢渣 碳纤维导电混凝土的变形性能钢渣 碳纤维导电混凝土干缩试验采用100mm 100mm1第34卷第29期2008年10月 山西建筑SHANXI ARC

8、H ITECTUREVol.34No.29Oct. 2008515mm 试件,成型后在标准条件下养护3d,然后转入恒温(20 恒湿(60%试验室,测其在1d,7d,14d,28d,60d,90d,120d 的变形值,然后计算其收缩值。为便于比较,还进行了普通混凝土的收缩试验,结果见表5。表4 钢渣 细度对钢渣 碳纤维复相导电混凝土抗渗性能的影响组别细度28d 抗压强度/MPa 90d 电阻率/ cm 渗水高度/mm 123456平均值A1233.9253.5117125114102119103115438.6231.693971021058510297636.7207.985909389869

9、289846.8192.7575252596150551046.3183.4483742433640411244.9176.523192117221820A2238.5249.3136121119126117118123437.4238.584869393858387644.8196.865596164626162847.2189.4495450524953511058.1175.3403537343338361256.4171.619232223202522注:渣灰比为0.8,钢渣 的细度用研碎后粉磨的时间(h表示;A1组PAN 体积百分含量为0.8%,A2组PAN 体积百分含量为1.0%表

10、5 混凝土不同龄期的收缩值组别28d 抗压强度值/M Pa90d 电阻率103 c m 各龄期的收缩值/10-6m m m m -11d 7d 14d 28d 60d 90d 120d B139.1 1.1 10382104145197212236249B244.6624.37695113158206244261B333.7596.791132171186232257283B444.3746.569103152179204235269B546.2613.578109148173216229247B648.7536.173113152192223243264B739.8 1.7 10585126

11、178195231259276B845.1872.8881041261521892172383 试验结果分析3.1 钢渣 碳纤维复相导电混凝土的抗渗性能分析混凝土的抗渗性是指混凝土抵抗压力液体(水、油和溶液等渗透作用的能力,是决定混凝土耐久性的最主要因素。混凝土在压力液体作用下产生渗透的主要原因是,其内部存在连通的渗水通道,提高混凝土抗渗性的关键是提高混凝土的密实度或改变混凝土孔隙特征。从表3中可以看出,渣灰比在1.0的范围内,随渣灰比的增大,混凝土抗渗性能逐渐提高。这是因为钢渣 不仅能参与化学反应,在混凝土内部生成更多的凝胶体,同时钢渣 作为超细粉,在混凝土内部的孔隙中起到填充效应,使混凝土

12、结构更为密实,破坏了孔隙的连通性。表4的结果显示,随钢渣 的细度的增加,混凝土抗渗性逐渐增强,进一步证实了钢渣 对混凝土孔隙的填充作用,并且显示钢渣 的细度越大,对混凝土孔隙的填充效应越显著,混凝土的抗渗性能越强。表3的结果还显示出,混凝土的抗渗性与钢渣 的掺量并不成正比,当渣灰比超出1.0后,随钢渣 掺量的增加,混凝土的抗渗性能反而有所下降。这是因为当钢渣 过多时,不仅会有较多的钢渣 未参与水化反应,同时因受拌合物和易性的影响而加入了较多的水分,水分的蒸发在混凝土内部留下的孔隙使得混凝土的抗渗性能下降。值得指出的是,试验中采用的粗骨料均为钢渣 ,与普通砂石相比,钢渣 多孔粗糙,与水泥石粘结界

13、面的密实性显著提高,且不会在粗骨料下面形成月牙形水穴,这也是钢渣 碳纤维混凝土抗渗性能优越于普通混凝土的原因之一。3.2 钢渣 碳纤维复相导电混凝土的变形性能分析从表5中可以看出,钢渣 碳纤维复相导电混凝土的干缩值要略大于普通混凝土。混凝土干缩值随钢渣 外掺量的增加而变大,但钢渣 的细度和碳纤维的掺量对混凝土干缩值的影响不明显。由于钢渣 碳纤维复相导电混凝土的胶凝材料用量(包括水泥和超细钢渣 相对偏多,抑制收缩的粗骨料相对较少;坍落度的要求使其单位用水量增加,增加了自由水的数量,其干缩值增大;且当渣灰比较大时,钢渣细粉不能全部水化,部分水也未参与水化反应,而是处于自由状态,极易蒸发,也会使得其

14、干缩较大。超细钢渣 的填充效应对混凝土有一定的抗干缩作用,但不足以抵抗以上干缩因素对混凝土的影响。而碳纤维属柔性纤维材料,对抵抗混凝土干缩根本不起作用。另外,在钢渣 碳纤维导电混凝土中,用钢渣 取代普通砂石,削弱了粗骨料对混凝土干缩的抑制能力,使得其干缩值大于普通粗骨料。4 结语1钢渣 碳纤维复相导电混凝土在渣灰比为1.0的范围内,抗渗性能随渣灰比的增大逐渐提高;在渣灰比相同的情况下,抗渗性能随钢渣 细度增大逐渐提高。2钢渣 碳纤维复相导电混凝土的干缩值要略大于普通混凝土。参考文献:1 冯乃谦,牛全林.混凝土耐久性病害综合症及其预防措施综述J.混凝土,2000(1:100-101.2 程念高.

15、中国坝工建设的发展、展望和挑战J.大坝与安全,2001(2:52-53.3 柯国军.土木工程材料M.北京:北京大学出版社,2006:1.4 杨光华.建筑工程材料M .重庆:重庆大学出版社,2004:9.5 苏 明.二灰钢渣混合料性能研究J.山西建筑,2007,33(5:165-166.An experimental research on the effects of ant-i permeability anddry shrinkage of steel slag to carbon fibre multiphase electric conduction concreteXU Xiao -

16、chun LAN Wen -jian LI X iao -muAbstract:T his art icle studies the effects on ant-i permeability,durability and dry shrinkag e deformation of concr ete by adding differ ent contentand fineness water quenched slag to different volume percentage contents carbon fibre,the results show that ,ultr afine slag mixed carbon fibre can improve the ant-i permeability and frost resistance of concrete within a fixed content range,t