粉煤灰水泥石孔结构随龄期变化规律及其对混凝土抗渗性的影响

粉煤灰水泥石孔结构随龄期变化规律及其对混凝土抗渗性的影响

优质矿混合材料具有良好的火山灰活性。它的细微差别和二次水化效果。它可以填充混凝土中的空隙，弥补原始缺陷，改善水化产物的组成和混凝土的内部结构，优化界面过渡区的结构，提高混凝土的宏观性能，节约成本。作为优质矿物掺合料之一的粉煤灰在建筑工程中的应用愈来愈广泛,已成为混凝土中不可或缺的重要组成材料。混凝土材料是一种多孔体系材料,其诸多性能均取决于自身的组成和结构,高性能混凝土之所以具有优异的耐久性能,与其具有不同于普通混凝上的细观结构是分不开的。只有研究宏观性能与细观结构的相关关系,才能从本质上揭示混凝土耐久性的优劣。因此,本研究以不同掺量粉煤灰所配制的混凝土作为研究对象,研究粉煤灰对水泥石孔结构的影响规律,进而揭示粉煤灰对混凝土抗渗性的影响机理。1原材料和试验方法(1)粉煤灰细度80m方孔筛试验采用宾西水泥厂虎鼎牌P·O42.5普通硅酸盐水泥;哈三电厂产I级粉煤灰,细度(80μm方孔筛,筛余74.7,需水量比94,烧矢量2.7,28d抗压强度比76.9%;中砂,细度模数2.7;5~20mm连续级配碎石;萘系高效减水剂,减水率20%。混凝土配合比见表1。(2)混凝土氯离子扩散系数测定成型100mm×100mm×200mm棱柱体试件,标准养护至待测龄期,在试样中间部分切取5cm左右的薄片,将表面清洗干净,用千分尺测量四边的厚度,放入密封容器中抽真空6h后注入4mol/L的NaCl溶液,继续抽真空至24h,采用NEL法测试混凝土氯离子扩散系数,每组6块,取平均值。成型同配合比的净浆试件,24h拆模,标准养护至待测龄期,将试件敲碎,取中心部分切成3~5mm的小块,浸入丙酮中终止水化,24h后取出,烘干至恒重,采用压汞测孔仪进行孔结构测试。2孔结构参数分级采用压汞测孔法可测得水泥石孔隙率、比孔容积、最可几孔径及孔径分布等参数,将测得的孔结构参数按孔径大小划分为<20nm、20~100nm、100~1000nm、>1000nm四个等级。探讨粉煤灰掺量对孔结构的影响及其随龄期发展变化规律,进而分析其对混凝土抗渗性的影响机理。(1)比孔容积和孔径随龄期的变化7、28和90d龄期时,不同粉煤灰掺量的水泥石孔结构试验结果见表2,水泥石孔径分布见图1。由表2及图1可见,粉煤灰对不同龄期水泥石孔结构的影响程度不同。28d龄期以前,随着粉煤灰取代率的增加,水泥石总孔隙率、最可几孔径和比孔容积均增大,<100nm的孔含量减小,但掺粉煤灰水泥石的总孔隙率、最可几孔径和比孔容积随龄期降低幅度明显大于纯水泥浆,随龄期的延长,掺粉煤灰水泥石的孔径明显细化,>100nm的有害孔数量减少,相应的<100nm无害孔数量逐渐增加;至90d龄期时,尽管随粉煤灰掺量的增加,水泥石总孔隙率增大,但粉煤灰掺量<20%时,掺粉煤灰水泥石的总孔隙率、最可几孔径均小于纯水泥石,而<100nm的孔含量则明显高于纯水泥石,尤以掺20%粉煤灰的水泥石中最可几孔径和比孔容积最小、>100nm的有害孔含量最低。(2)抗渗性混凝土材料粉煤灰掺量对不同龄期混凝土氯离子扩散系数的影响试验结果见图2。由图2可见,各组混凝土的氯离子扩散系数均随着龄期的延长而减小,但不同龄期时,粉煤灰掺量对混凝土抗渗性的影响规律有所不同。28d以前,未掺加粉煤灰混凝土的抗渗性最好,且随粉煤灰掺量的增加混凝土抗渗性降低,但随着龄期的延长,掺粉煤灰混凝土的抗渗性提高幅度明显高于未掺加粉煤灰混凝土;56d龄期时,掺加10%、20%粉煤灰混凝土的抗渗性均优于未掺加粉煤灰混凝土,以掺10%粉煤灰混凝土抗渗性最高;而90d龄期时,掺加20%粉煤灰混凝土抗渗性最好。混凝土具有多孔特性,水泥砂浆中的孔任意分布,若大孔较多且相互连通,则很容易让有害介质渗入,因此,混凝土自身的孔结构对抗渗性以及混凝土的其它耐久性有着重要影响,混凝土的孔结构越细小、孔隙连通程度越低,混凝土抗渗性越好。孔结构参数中的比孔容积是指单位质量水泥石试样中,采用压汞法测孔时,在最大压力下,汞所占据的最大体积,一般条件下,除椭圆孔和封闭的非连通孔外,以能进入汞的容积量来表征水泥石中孔隙总量的多少。最可几孔径是指在上述表征条件下具有最明显凝胶孔和毛细孔峰值特征的过渡界面上孔隙数量占总孔隙最大部分所对应的孔径,水泥石孔径分布微分曲线通常有两个峰值,一个约几十纳米,属于凝胶孔范畴,反映的是水泥水化程度,而另一个为毛细孔范畴,对抗渗性等耐久性影响较为明显,表3中所列出的最可几孔径便为后者。早龄期时,粉煤灰的活性较低,参与水化反应较少,在这一阶段粉煤灰主要起到微集料作用,掺加粉煤灰混凝土中水泥的总水化程度低于纯水泥混凝土中水泥的水化程度;粉煤灰的活性在碱性条件下才易激发出来,混凝土中不同半径的毛细孔内孔溶液的碱浓度不同,大孔中溶剂较多,碱浓度较低,而小孔中溶剂少,碱浓度相对较高,因此,随着龄期的延长,粉煤灰的火山灰作用逐渐表现出来,与水泥水化产物发生二次水化反应,促进水泥水化程度进一步提高,水化产物在孔隙空间里生成,尽管总孔隙率降低不甚明显,但对孔结构却有明显细化作用,最可几孔径变小,使混凝土趋于密实,减小了有害通道的连通程度,因此,混凝土抗渗性得以提高。3粉煤灰掺量的影响(1)在掺粉煤灰的水泥体中,28d龄期以前,随着粉煤灰取代率的增加,水泥石总孔隙率、最可几孔径和比孔容积均增大,<100nm的孔含量减小,混凝土抗渗性降低。(2)随龄期的延长,掺粉煤灰水泥石的孔径明显细化,>100nm的有害孔数量明显减少;至90d龄期时,尽管随粉煤灰掺量的增加,水泥石总孔隙率略有增大,但粉煤灰掺量<20%时,水泥石的总孔隙率、最可几孔径均小于纯水泥石