煤矸石混凝土抗氯离子研究范文

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《非金属矿杂志》2016年第二期

摘要

为了解煤矸石混凝土抗氯离子渗透性能，以自燃煤矸石为粗、细集料，42.5普通硅酸盐水泥为胶凝材料并掺入粉煤灰，制备煤矸石混凝土试件，进行抗氯离子渗透实验，研究了水胶比、粉煤灰掺量以及抗压强度对煤矸石混凝土抗氯离子渗透性能的影响。结果表明：非稳态条件下煤矸石混凝土氯离子渗透深度随水胶比增加而加深，呈正相关，氯离子渗透深度增长速度在水胶比0.42~0.48时较快，在水胶比0.48~0.56时缓慢；氯离子迁移系数与水胶比呈正相关，与粉煤灰掺量呈负相关；氯离子迁移系数随抗压强度增大而减小，呈负相关，负相关显著性强弱表现为粉煤灰掺量0%<粉煤灰掺量20%<粉煤灰掺量40%。掺入粉煤灰可以改善煤矸石混凝土耐久性能。

关键词

煤矸石混凝土；粉煤灰掺量；抗氯离子渗透；水胶比

煤矸石是煤炭生产过程中产生的固体废弃物，堆存后占用大量农田，并且污染地下水和空气，因此如何利用煤矸石成为亟待考虑的问题[1-2]。煤矸石综合利用的主要途径有生产煤矸石砖、路基填筑和制备煤矸石混凝土等[3-4]，虽然利用煤矸石制备煤矸石混凝土存在许多亟待解决的问题，但煤矸石部分、甚至全部替代碎石制备煤矸石轻骨料混凝土作为大宗建筑材料是必然趋势[5]。大规模利用煤矸石混凝土的主要障碍是其耐久性尚缺乏深入研究，如抗氯离子渗透性能[6]。抗氯离子渗透性能是评价建筑结构钢筋抵抗锈蚀能力的主要指标之一，而煤矸石混凝土由于其自身结构存在的天然缺陷，强度和耐久性较普通混凝土低，对其在建筑结构中的推广使用造成了较大影响[7]。因此，提高煤矸石混凝土抗氯离子渗透性能已成为煤矸石混凝土在建筑结构中推广使用的重要课题之一。本实验以自燃煤矸石为集料，42.5普通硅酸盐水泥为胶凝材料并掺入粉煤灰，制备煤矸石混凝土试件，进行抗氯离子渗透实验，研究了抗氯离子渗透性能与水胶比、粉煤灰掺量以及抗压强度关系。

1实验部分

1.1原料水泥，阜新大鹰水泥厂产42.5号普通硅酸盐水泥；实验用水为普通自来水；减水剂，上海耀前建筑涂装有限公司产SH-II高效高能无氯减水剂（萘系高效减水剂），可减水15%~25%；煤矸石集料取自阜新艾友矿矸石山；粉煤灰为阜新大唐发电厂Ⅱ级粉煤灰。水泥和粉煤灰物理力学指标见表1，物理性能指标见表2，粉煤灰和煤矸石化学成分见表3，自燃煤矸石粗、细集料颗粒级配见图1。

1.2实验设计与实验过程本次抗氯离子渗透实验参考GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》[8]和JGJ/T193-2009《混凝土耐久性检验评定标准》[9]进行，试件采用直径100mm、高度50mm的圆柱体，煤矸石骨料最大公称粒径20mm，标准养护28d，然后进行抗氯离子渗透实验。煤矸石混凝土配合比情况，见表4。

2结果与讨论

2.1氯离子渗透深度分析抗氯离子渗透实验得到煤矸石混凝土氯离子渗透深度和迁移系数，见表5。依据表5所示数据，绘制非稳态条件下煤矸石混凝土氯离子渗透深度曲线，结果见图2。由图2a可看出，非稳态条件下氯离子渗透深度随水胶比增加而增大，呈正相关；氯离子渗透深度增长速度在水胶比0.42~0.48时较快，在水胶比0.48~0.56时缓慢。未掺粉煤灰混凝土渗透深度曲线位于掺入粉煤灰混凝土上方，表明未掺粉煤灰煤矸石混凝土抵抗氯离子渗透能力较弱，钢筋容易发生锈蚀，建筑结构耐久性较差；掺入粉煤灰煤矸石混凝土抵抗氯离子渗透能力较强，可以有效延缓钢筋锈蚀过程，增强建筑结构耐久性。由图2b可看出，非稳态条件下氯离子渗透深度随粉煤灰掺量增加而减小，呈负相关。实验表明掺入粉煤灰可以提高煤矸石混凝土抗氯离子渗透能力。

2.2氯离子迁移系数分析抗氯离子渗透实验得到的非稳态条件下煤矸石混凝土氯离子迁移系数变化规律，见图3。由图3a可看出，非稳态条件下煤矸石混凝土氯离子迁移系数随水胶比增加而变大，呈正相关。当未掺加粉煤灰时，水胶比为0.42~0.56，氯离子迁移系数分别为6.9、8.5和9.3（单位10-12m2/s，下同），迁移系数分别增长了23.2%和9.4%；当掺加20%粉煤灰时，水胶比为0.42~0.56，氯离子迁移系数分别为6.4、7.7和8.2，迁移系数分别增长20.0%和6.5%；当掺加40%粉煤灰时，水胶比为0.42~0.56，氯离子迁移系数分别为5.3、7.4和8.0，迁移系数分别增长39.6%和8.1%。可以看出，虽然氯离子迁移系数随水胶比增加而增大，但增长速度在降低。由图3b可看出，非稳态条件下煤矸石混凝土氯离子迁移系数随粉煤灰掺量增加而减小，呈负相关；当水胶比为0.42，粉煤灰掺量为0、20%和40%时，氯离子迁移系数分别降低7.3%和17.2%；当水胶比为0.48，粉煤灰掺量为0、20%和40%时，氯离子迁移系数分别降低9.4%和3.9%；当水胶比为0.56，粉煤灰掺量为0、20%和40%时，氯离子迁移系数分别降低11.8%和2.4%。实验表明在煤矸石混凝土中掺入一定量粉煤灰对抗氯离子渗透起到有益作用。综合上述实验结果可知，为了提高煤矸石混凝土抗氯离子渗透能力，应采用较小的水胶比并掺入一定量粉煤灰。

2.3氯离子迁移系数与抗压强度关系非稳态条件下煤矸石混凝土氯离子迁移系数DRCM与抗压强度关系，见图4。由图4可看出，粉煤灰掺量一定时，非稳态条件下煤矸石混凝土氯离子迁移系数随抗压强度增长而减小，呈负相关，负相关显著性强弱表现为粉煤灰掺量0<粉煤灰掺量20%<粉煤灰掺量40%。未掺粉煤灰混凝土抗压强度普遍较高，氯离子迁移系数也较大，抵抗氯离子渗透能力较弱，钢筋容易锈蚀，耐久性较差；掺入粉煤灰混凝土强度有所降低，但耐久性较好。

3结论

3.1.非稳态条件下氯离子渗透深度随水胶比增加而加深，呈正相关，氯离子渗透深度增长速度在水胶比为0.42~0.48时较快，在水胶比为0.48~0.56时缓慢；

3.2.非稳态条件下煤矸石混凝土氯离子迁移系数与水胶比呈正相关，与粉煤灰掺量呈负相关；

3.3.非稳态条件下煤矸石混凝土氯离子迁移系数随抗压强度增长而减小，呈负相关，负相关显著性强弱表现为粉煤灰掺量0<粉煤灰掺量20%<粉煤灰掺量40%。

参考文献：

[1]周梅，王强，牟爽.自燃煤矸石粗集料特性对混凝土拌合物工作性影响研究[J].非金属矿，2013，36(1)：8-11.

[2]李永靖，张旭，闫宣澎，等.测定煤矸石骨料混凝土性能的试验分析[J].非金属矿，2013，36(3)：43-45.

[3]宋洋，赵禹，祝百茹.煤矸石轻集料混凝土性能试验研究[J].非金属矿，2014，37(1)：28-30.

[4]胡瑾，阎培渝，董树国，等.提高中等强度等级混凝土抗氯离子渗透性能的研究[J].硅酸盐通报，2014，33(4)：913-917.

[5]刘军，邢锋，董必钦，等.混凝土的微观孔结构及对渗透性能的影响[J].混凝土，2009(2)：32-34.

[6]赵铁军，朱金铨，冯乃谦.高性能混凝土的强度与渗透性的关系[J].工业建筑，1997，27(5)：14-23.

[7]王栋民，王剑锋，范兴旺，等.自燃煤矸石粉对混凝土耐久性的影响[J].硅酸盐通报，2013，32(5)：839-843.

[8]GB/T50082-2009普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准[S].

[9]JGJ/T193-2009混凝土耐久性检验评定标准[S].

作者：李永靖 邢洋 单位：辽宁工程技术大学 土木与交通学院