摘要
粉煤灰混凝土是一种被广泛应用的建筑材料。在混凝土中掺入粉煤灰,一方面是可以将粉煤灰有效利用,减小对环境的污染;另一方面可以节约成本,降低工程造价。但有大量研究表明,粉煤灰的性能不稳定,导致粉煤灰对混凝土的耐久性能影响比较大。本文在总结前人研究的基础上,主要通过将理论与试验相结合的方法,研究粉煤灰混凝土的抗碳化性能。
工程中经常采用快速碳化试验测定混凝土试块的碳化深度,这种方法能快速得到试验结果。但是快速碳化试验结果和实际工程碳化情况之间的关系研究的不够深入。本文分别对同一配合比的混凝土试块进行快速碳化试验和自然环境碳化对比试验,并从水胶比、粉煤灰掺量、CO_2浓度、环境温、湿度五个方面分析快速碳化试验结果与自然碳化试验结果的关系,经研究主要得出以下结论:
1、水胶比是影响混凝土碳化深度的一个重要因素。在两种试验环境中,不同水胶比的混凝土碳化深度发展趋势基本相同:水胶比越大,混凝土碳化深度越大。
2、粉煤灰掺量也是影响混凝土耐久性的一个关键因素,其对混凝土碳化深度的影响程度较大,所以当混凝土中掺入粉煤灰时,不能仅用水胶比的大小断定混凝土碳化深度变化规律。
3、将不同环境的两种试验结果对比发现,变化的温度和湿度对粉煤灰掺量超过60%的混凝土碳化深度影响比较大。
4、当粉煤灰掺量超过60%时,在低CO_2浓度情况下,也很容易碳化。
在现有理论模型及快速碳化试验结果的基础上,建立一个适用于大掺量粉煤灰碳化深度的预测模型,并用自然碳化试验数据验证,其计算误差小于15%。
At present,the fly ash is a kind of building material that has been applied extensively.When mix the fly ash in the concrete,on the one hand,the fly ash is used effectively and lessen air pollution;on the other hand,reducing and controlling construction cost.But a large number of researches indicate that the property of fly ash is unstable,and it effect to the durability of concrete.This paper based on previous studies,primary research the carbonation resistace of concrete by the theoretical and experimental analyses.
In actrual enginerring,normally adopted the quick experiment to determine the carbonation depth,the experimental results is showed fast.But,there is less study on the carbonation of concrete in natural condition and its correlation with artificial accelerated carbonation.The article studies the same mix proportion through the accelerated carbonation experimental and the natural condition carbonation experimental,and it mainly analyzes their relationship from five aspects:water-binder ratio,addition of fly ash,CO_2 concentration,environment temperature,environment humidity,the main contents of the research can be summarized as follows:
1.W/B ratio is one of significant factors affecting durability of concrete carbonation depth.Dynamic changes of the carbonation depth of different W/B ration were similarly during these two experimental:the carbonation depth of concrete increases with the water-binder ratio.
2.The effect of the fly ash replacement on the carbonation depth is considerable than the water to binder ratio.So we couldn’t judge the concrete carbonation model just by the water-binder ratio when mix the fly ash in concrete.
3.According to analyes and compares the two experimental results,we find that when the quantity of fly ash amount to 60 percent,the carbonation depth changes bigger in the changed temperature and humidity environment.
4.When the quantity of fly ash amount to 60 percen,the concrete will easily carbonized at low CO_2 concentrations.So we should be cautious to use the concrete with high properties using of large dosage fly ash.
On the basis of analyzing the test results,analysis the existing concrete carbonation model,and through this time experimental,reformulate the existed models,get a new prediction model which is suitable to the concrete with high properties using of large dosage fly ash,when it has been proved in this experimental,we find that it has small error .
引文
阿列克谢耶夫.1983钢筋混凝土结构中钢筋腐蚀与保护.黄可信,吴兴祖译.北京:中国建筑工业出版社
艾红梅.2005.大掺量粉煤灰混凝土配合比设计与性能研究.[博士学位论文].大连:大连理工大学
曹红红,匡建新,颜国平.1997.激发剂作用下粉煤灰火山灰反应特征的研究.粉煤灰综合利用, 2:28-32
陈立亭.2007.混凝土碳化模型及其参数研究.[硕士学位论文].西安:西安建筑科技大学
陈磊,周悦.2002.粉煤灰对混凝土自生体积变形的影响.粉煤灰综合利用,6:26-27
陈树亮.2010.混凝土碳化机理、影响因素及预测模型.华北水利水电学院学报,31(3):35-39
陈瑜,周士琼.1999.大掺量粉煤灰高性能混凝土的应用.四川建筑,19(4):10-12
邸小坛,周燕.1995.混凝土碳化规律研究.中国建筑科学研究院
方憬,梅国兴,陆采荣.1993.影响混凝土碳化主要因素及钢锈因素试验研究.混凝土,(2).
冯乃谦.2002.实用混凝土大全.北京.科学技术出版社
冯乃谦.2005.新实用混凝土大全.第二版.北京:科学出版社:504
甘昌成,吕伟强,李建庭,麦锐.2004.大掺量粉煤灰泵送混凝土的生产与应用.混凝土,3:9-5:4
龚洛书,柳春圃.混凝土的耐久性及其防护修补.北京:中国建筑工业出版社,1990.21-43
管宗甫,杨久俊.1996.碱对粉煤灰活性激发的研究.粉煤灰综合利用,1:2-24
洪定海.1998混凝土中钢筋的腐蚀与保护.北京:中国铁道出版社
侯聪霞.2009.浅析影响混凝土碳化的因素.中国科技财富,2:
湖南大学,天津大学,同济大学,东南大学.2002.土木工程材料.北京:中国建筑出版社:132
黄可信,吴兴祖等编译.1983.钢筋混凝土结构中钢筋腐蚀与保护.北京:中国建筑工业出版社
黄山.2008.粉煤灰混凝土力学性能研究及早期预测.[硕士学位论文].武汉:武汉理工大学
黄煜镔,陈剑雄.2001.大掺量粉煤灰掺合料中超细矿渣的作用.四川建筑科学研究,27(4):65-67
蒋利学,张誉,刘亚芹,张雄,谢华芳,王劲.1996.混凝土碳化深度的计算与试验研究.混凝土, 4:12-17
蒋清野,王洪深,路新瀛.混凝土碳化数据库与混凝土碳化分析.攀登计划-钢筋锈蚀与混凝土冻融破坏预测模型1997年度研究报告,1997:12
柯国军,杨晓峰,彭红,贾非,岳洪涛.2005.化学激发粉煤灰活性机理研究进展.煤炭学报,30 (3):366-370
乐建元.2008.粉煤灰混凝土碳化深度预测模型.[硕士学位论文].武汉:武汉理工大学
李大为.2003.掺高效减水剂激发剂的大掺量粉煤灰轻交通混凝土路面研究.公路交通科技,20 (2):4-6
李果,袁迎曙,耿鸥.2004.气候条件对混凝土碳化速度的影响.混凝土,11:49-53
李红辉.2008.大掺量粉煤灰高性能混凝土研究.[硕士学位论文].北京:北京建筑工程学院
刘斌.2003.大掺量粉煤灰混凝土的抗碳化性能.混凝土,3:44-47
刘翠兰,张风臣,陈拥军,蔡旭峰,朱小龙.2006.普通混凝土绿色高性能化研究.兰州理工大学学报,32(3):123-125
刘美良,陈伟.2003.大掺量粉煤灰高性能混凝土在滨州黄河大桥中的应用.国防交通工程与技术, 4
刘万里.2008.弯曲荷载与环境共同作用下粉煤灰混凝土碳化规律的研究.[硕士学位论文].西安:西安建筑科大学
马先伟.2009.大掺量粉煤灰混凝土存在的问题和可能的解决方案.河南城建学院学报,18(6): 23-27
牛荻涛.1996.氧气在混凝土中扩散系数的确定.西安建筑科技大学学报,28(1):10-12
牛荻涛.2003.混凝土结构耐久性与寿命预测.北京:科学出版社:10
潘振华,牛荻涛,王庆霖.1999.钢筋锈蚀开裂条件的试验研究.工业建筑,29(5):46-49
彭旭.2005.大掺量粉煤灰混凝土性能研究.[硕士学位论文].重庆:重庆大学
齐藤俊夫,陈剑雄译.1991.超耐久混凝土.国外建筑科学,6(2)
钱觉时.2002.粉煤灰特性与粉煤灰混凝土.北京:科学出版社,5-223
屈文俊,陈道普. 2007.混凝土碳化的随机模型.同济大学学报(自然科学版),05.
任书霞,要秉文,王长瑞.2008.粉煤灰活性的激发及其机理研究.粉煤灰综合利用,4:50-52
沙慧文.1989.粉煤灰混凝土碳化和钢筋锈蚀原因及防止措施闭.工业建筑,1(6):7-10
沈旦申.1989.粉煤灰混凝土,北京:中国铁道出版社:149-153.
沈旦申,张萌济.1981.粉煤灰效应的探讨.硅酸盐学报,9(1):41-45
覃维祖.1995.大掺量粉煤灰混凝土与高性能混凝土.混凝土与水泥制品,2:22-26
覃维祖.2000.粉煤灰在混凝土中的应用.粉煤灰综合利用,3:1-7
唐明述,许仲梓,邓敏.1998.可持续发展与水泥工业的结构调整.水泥工程,1:4-7
田立楠.物性手册查用基础。武汉:湖北科技出版社,1985
王文斌.2005.粉煤灰的活性激发与大掺量粉煤灰砼的试验研究.[硕士学位论文].西安:西北工业大学
王智,郑洪伟,钱觉时,汪洪涛.1999硫酸盐对粉煤灰活性激发的比较.粉煤灰综合利用,3:5:118
习国华.1998.论粉煤灰混凝土的耐久性.混凝土,1:34-36
谢永红,魏发骏.1996.粉煤灰的形态效应在低水胶比条件下的特殊性.混凝土与水泥制品, 2:18-21
徐善华,牛荻涛,王庆霖.2002钢筋混凝土结构碳化耐久性分析[J].建筑技术开发,29(8):16-18
许丽萍,黄士元.1991.预测混凝土中碳化深度的数学模型.上海建材学院学报,4(4):347-356
阎培渝.2007.粉煤灰在复合胶凝材料水化过程中的作用机理.硅酸盐学报,35(S1):67-171
颜承越.1994.水灰比—碳化方程与抗压强度—碳化方程的比较.混凝土,1:46-49
于跃勋.1996.谈提高粉煤灰火山活性的若干方法.粉煤灰综合利用,3:75-77
俞海勇,杨波,宣怀平.2000.改善大掺量粉煤灰混凝土早期强度的途径研究.科学研究,1:13-15
张海燕.2006.混凝土碳化深度的试验研究及其数学模型建立.[硕士学位论文].杨凌:西北农林科技大学
张伟平.1999.混凝土结构的钢筋锈蚀损伤预测及其耐久性评估.同济大学学报,11:25-32.
张小艳.2010.大掺量粉煤灰混凝土的抗碳化性能研究.[硕士学位论文].杨凌:西北农林科技大学
张誉,蒋利学,张伟平,屈文俊.2003.混凝土结构耐久性概论.上海:上海科学技术版社
张誉,蒋利学.1998.基于碳化机理的混凝土碳化深度实用数学模型.工业建筑,28(1):16-19
张云连.2002.粉煤灰与混凝土结构的耐久性.腐蚀与防护,23(7):305-307
赵全胜. 2002.大掺量粉煤灰混凝土在工程中的应用研究.[硕士学位论文].河北:河北工业大学
赵铁军,朱金铨,冯乃谦.1997大掺量粉煤灰对混凝土渗透性的影响.粉煤灰综合利用,1:29-32
甄永严.1992.粉煤灰在水工混凝土中的应用.中国电力出版社
周晓梅,许滢,赵延飞.2008.影响混凝土碳化的主要因素分析.国防交通工程与技术,3:39-40
朱安民.1992.混凝土碳化与钢筋混凝土耐久性.混凝土,6:18-22
朱艳芳,王培铭.1999.大掺量粉煤灰混凝土的抗碳化性能研究.建筑材料学报,4:319-322
邹海清.2004.不同活化剂对粉煤灰活性激发的影响研究.采矿技术,4:17-23
邹建喜,李显金,迟培云.粉煤灰混凝土的变形性能研究.混凝土,38-49
岸谷孝一著.1963.鉄筋コンクリ一トの耐久性.日本:鹿島建設技術研究所出版部
繁永森.铁筋の腐食速度に基ぃた铁筋コンクリ-ト建筑物の寿命预测研究.日本:清水建设研究报告,1998,236-248.
和泉意登志ほか.コンクリ一トの中性化に及ばすセメントの種類,調和おょび養生条件の影響につぃて.第7回コンクリ一ト工學年次講演会,1985:117-120.
鱼本健人,高田良章.コンクリ一ト中性化速度に及ぽす要因.土木学会论文集,1992.8,17(451): 119-128
E.Peris Mora,J.Para and J.Mono.Influence of Different Size Fraction of a Fly Ash on Workability of Morars.Cement and Concrete Research.1993.23.917-924
Houst Y F,WittmannFH.lnfluence of porosity and water contenton the diffusivity of CO2 and O2 through hydrated cement paste[J].Cement and Concrete Research,1994,24:1165 -1176.
Khayat A lH,H aque M N, Fattuhi N I. Concrete carbonation in arid climate[J]. Materials and Structures, 2002,35(251): 421-426.
LYingyu,W Guidong.The mechanism of carbonation of mortar and the dependance of Carbonation on pore strucure[M].In:Proc Katharine and Bryant Mather Int Conf on Concrete Durability.Atianta,1987:1915-1943.
P.L.Owens.Fly Ash and its usage in Conerete.Conerete,July,1979.
Papadakis VG,Vayenas C G,Fardis M N.A reaction engineering approach to the problem Of concrete carbonation[J].AIch E Journal,1989,35:1639-1650.
Papadakis VG,Vayenas C G,Fardis M N.Experimental investigation and mathematical modeling of the concrete carbonation problem[J].Chemical Engineering Science,1991,46:1333 -1338.
Papadakis VG,Vayenas C G,Fardis M N.Fundamental modeling and experimental investigation of concrete carbonation[J].ACI Materials Journal,1991,88:363-373.
Papadakis VG,Vayenas C G,Fardis M N.Physical and chemical characteristics affecting the durability of concrete[J].ACI Materials Journal,1991,88:186.
R.N.Swamy.Cement replacement material.Bishop Briggs[M],Glasgow:Surrey University Press,1986
S. Antiohos , A. Papageorgiou , S. Tsimas. Activation of fly ash cementitious systems in the presence of quicklimePart II: Nature of hydration products, porosity and microstructure development. Cement and Concrete Research. 2006(36):2123-2131.
Saetta A V,Sehrefler B A,VitalianiR V.The carbonation of concrete and the mechanism of moisture,heat and carbon dioxide flow though porous materials[J].Cememt and Concrete Researeh,1993,23:761-772.
Sakai E,Kosuge K,Teramura S,et al.Durability of conerete[J],1991,ACISP-126:989-1000
Yazici H. 2008. The effect of silica fume and high-volume Class C fly ash on mechanical properties. Construction and Building Materials, 22: 456-462