低強(qiáng)度等級結(jié)構(gòu)混凝土宏觀性能與孔隙率關(guān)系研究

低強(qiáng)度等級結(jié)構(gòu)混凝土宏觀性能與孔隙率關(guān)系研究

碳灰粉、礦渣和其他礦物混合材料具有獨特的滲透性，結(jié)構(gòu)混凝土中逐漸受到重視。特別是在商品混凝土中，經(jīng)常使用礦混合材料，混合材料量大，超過了國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)推薦的范圍，水泥用量低。目前,人們對于礦物摻合料摻量大、水泥用量少的低強(qiáng)度等級結(jié)構(gòu)混凝土的綜合性能(力學(xué)性能、耐久性能)研究不多,特別是結(jié)構(gòu)混凝土宏觀性能與其內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)之間的相互關(guān)系缺乏系統(tǒng)的研究。針對這一現(xiàn)狀,本文作者結(jié)合工程實踐,在對不同摻量的粉煤灰、礦渣等礦物摻合料的結(jié)構(gòu)混凝土進(jìn)行現(xiàn)場鉆芯取樣的基礎(chǔ)上,進(jìn)行相應(yīng)混凝土的力學(xué)性能、耐久性能研究,并分別采用壓汞測孔法、可蒸發(fā)水含量法測試分析相應(yīng)混凝土的孔隙率,研究結(jié)構(gòu)混凝土宏觀性能與其孔隙率之間的相互關(guān)系,以便為混凝土材料組成、結(jié)構(gòu)與性能之間相互關(guān)系的進(jìn)一步研究及混凝土材料的工程實踐提供技術(shù)支持。1測試1.1水泥、礦渣、粉煤灰等抗壓強(qiáng)度采用廣西華潤紅水河水泥有限公司生產(chǎn)的P.II42.5R水泥,3d抗壓強(qiáng)度實測值為31.3MPa,28d抗壓強(qiáng)度實測44MPa,比表面積為387m2/kg。上海寶鋼生產(chǎn)的礦渣經(jīng)磨細(xì)加工,28d活性指數(shù)為115%,水泥、礦渣化學(xué)性質(zhì)見表1。粉煤灰由廣東黃埔電廠生產(chǎn)的II級低鈣灰,燒失量為5.1%,需水比為107%,28d抗壓強(qiáng)度比為80%。細(xì)集料采用西江產(chǎn)中砂,粗集料為4.75~25mm粒級碎石,級配合格。拌合水為自來水,采用萘系高效減水劑,水劑。C30混凝土配合比為:膠凝材料(74%水泥+26%粉煤灰)總量360kg/m3;用水量170kg,碎石1095kg/m3,中砂750kg/m3;C25混凝土配合比為:膠凝材料(水泥、粉煤灰或礦渣)330~370kg/m3,粉煤灰占總膠凝材料的27%,礦渣占總膠凝材料的0~36.5%;水膠比為0.47~0.52,碎石976kg/m3,中砂799kg/m3。2種混凝土中高效減水劑摻量占總膠凝材料的2.2%。1.2試樣制作與測試于60d齡期時在現(xiàn)場結(jié)構(gòu)混凝土中鉆芯取樣,芯樣直徑約為100mm,各芯樣外觀質(zhì)量較好,不存在離析、蜂窩現(xiàn)象。所有芯樣抗壓強(qiáng)度依據(jù)《鉆芯法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》(CECS03:88)中的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行試件制作,芯樣試件高徑比為1∶1,并采用硫磺進(jìn)行端面補(bǔ)平與測試。從抗壓強(qiáng)度測試完的試樣上收集樣品,以備壓汞法測孔隙率、SEM測試用。孔隙率測試采用壓汞法(Quantachromeinstruments)和可蒸發(fā)水含量法測定。C25混凝土用于地下結(jié)構(gòu),按照《混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)快速測定方法(RCM法)》進(jìn)行氯離子擴(kuò)散系數(shù)測試。C30混凝土用于上部結(jié)構(gòu),按照《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法》(GBJ82—85)進(jìn)行碳化試驗測試。2試驗結(jié)果2.1混凝土駁岸曲線擬合方程的對比混凝土孔隙率與快速碳化28d時混凝土碳化深度之間的關(guān)系結(jié)果如圖1所示。從圖1可知,采用這2種方法測定的孔隙率并不相同,用蒸發(fā)水含量法測定的孔隙率較小,這主要是測孔手段不同所致。隨著混凝土孔隙率的增大,混凝土碳化深度不斷增加,以可蒸發(fā)水法和壓汞法測試的孔隙率與快速碳化28d時混凝土碳化深度具有較好的線性關(guān)系。同時,各自曲線擬合方程的相關(guān)性也基本相同。這是合理的,在相同條件下,混凝土孔隙率增大,CO2氣體在混凝土中的擴(kuò)散速度增加,混凝土的碳化深度增大。實際上,雖然這2種測孔方法的手段不同,但2種方法的測孔原理相同,都是以進(jìn)入孔隙中的外部介質(zhì)體積數(shù)量來表征混凝土的孔隙率。由于受到測試試樣尺寸的限制,壓汞法實際上是測定混凝土中砂漿的孔隙率,其孔隙率并沒有包含混凝土中砂漿基體與粗集料之間界面區(qū)的體積,對于混凝土宏觀性能,這部分孔隙的影響不可忽略。而可蒸發(fā)水含量法測試孔隙率雖然主要反映混凝土中的毛細(xì)孔情況,但不受試件尺寸的限制,其測試試件尺寸較大,所測孔隙率包含混凝土中粗集料與砂漿基體之間的界面過渡區(qū)。因而,實際上更能代表混凝土的實際狀況。然而,由于混凝土中摻用了較多的摻合料,界面區(qū)的缺陷得到彌補(bǔ),因此,這2種方法測試的孔隙率與混凝土碳化之間的相關(guān)性基本相似。2.2混凝土的孔隙率以氯離子擴(kuò)散系數(shù)表示的混凝土的滲透性與其孔隙率關(guān)系的試驗結(jié)果如圖2所示。圖中結(jié)果表明,所測混凝土的氯離子擴(kuò)散系數(shù)較小,在1×10-12~4×10-12m2/s之間,這主要是混凝土中摻合料對混凝土微觀結(jié)構(gòu)改善的緣故。隨著混凝土孔隙率增加,其氯離子擴(kuò)散系數(shù)增大,混凝土孔隙率與其氯離子擴(kuò)散系數(shù)之間存在一定的線性關(guān)系,可蒸發(fā)水含量表征的孔隙率與擴(kuò)散系數(shù)關(guān)系曲線的擬合方程的相關(guān)程度較高。這與混凝土可蒸發(fā)水測定孔隙率的方法和氯離子擴(kuò)散系數(shù)測定方法的原理相似有關(guān)。2.3抗壓強(qiáng)度調(diào)整混凝土芯樣試件抗壓強(qiáng)度與其孔隙率關(guān)系的試驗結(jié)果如圖3所示。從圖3的結(jié)果可以看到,混凝土的抗壓強(qiáng)度在25~40MPa之間,隨著孔隙率的增大,混凝土抗壓強(qiáng)度降低。且不管是以可蒸發(fā)水含量法表示的孔隙率還是壓汞法測定的孔隙率,其與混凝土抗壓強(qiáng)度均存在一定的線性關(guān)系。而且各自曲線的相關(guān)程度幾乎相同。這可能與不同的孔徑對包括抗壓強(qiáng)度在內(nèi)的混凝土性能的影響程度有關(guān)。3混凝土的孔隙率所測摻礦物摻合料60d齡期混凝土的碳化深度、氯離子擴(kuò)散系數(shù)以及孔隙率均較小。且不管是可蒸發(fā)水方法或是壓汞測孔法,所測混凝土的孔隙率與其碳化深度、氯離子擴(kuò)散系數(shù)、