硅粉高性能混凝土强度及抗氯离子渗透性能研究.pdf

18：2023年9 月试验与研究江西建材硅粉高性能混凝土强度及抗氯离子渗透性能研究林志明中交第三航务工程局有限公司厦门分公司，福建厦门361006摘要：文中主要对不同养护龄期及不同硅粉掺量对高性能混凝土抗压强度、抗拉强度、抗氯离子渗透性的影响进行研究。研究结果表明，混凝土的落度与硅粉掺量呈现负相关关系，且在高掺量硅粉时，混凝土的落度下降幅度增加；硅粉高性能混凝土抗压强度、抗拉强度及氯离子扩散系数均与养护龄期成正相关关系；混凝土力学性能与硅粉掺量呈现先正相关后负相关的关系，氯离子渗透系数与硅粉掺量呈现先负相关后正相关的关系；当硅粉掺量为5%时，混凝土的力学性能及耐久性能均达到最佳。关键词：土木工程；高性能混凝土；力学强度；抗氯离子渗透性能中图分类号：TU528文献标识码：B文章编号：10 0 6-2 8 9 0（2 0 2 3）0 9-0 0 18-0 3Study on Mechanical Strength and Chloride Penetration Resistance of Silica Powder High Performance ConcreteLin ZhimingXiamen Branch of CCCC Third Shipping Engineering Bureau Co.LTD.,Xiamen,Fujian 361006Abstract:In this paper,the effects of different curing ages and different silica powder content on compressive strength,tensile strength andchloride ion permeability resistance of high performance concrete were studied.The results show that the slump of concrete is negativelycorrelated with the amount of wollastonite,and the slump of concrete increases when the amount of wollastonite is high.The compressivestrength,tensile strength and chloride ion diffusion coefficient of HPC are positively correlated with curing age.The mechanical propertiesof concrete are first positively correlated and then negatively correlated with the content of wollastonite,and the permeability coefficient ofchloride ion is first negatively correlated and then positively correlated with the content of wollastonite.When the content of wollastonite is 5%,the mechanical properties and durability of concrete are the best.Key words:Civil engineering;High performance concrete;Mechanical strength;Resistance to chloride ion penetration0引言服役期间普通混凝土容易出现脆性断裂、剥落等现象，影响了房屋建筑的使用寿命及使用效果，因此，开始研究高性能混凝土用于工程建设。常用的手段主要包括向混凝土中掺人纤维、掺和料或者调整组分比例等 1,可实现提升混凝土性能的目的，有利于延长其使用寿命。目前，研究者已经开展了大量高性能混凝土方面的研究。单欣等 2 1研究了超高性能混凝土的抗氯离子渗透性能，认为与常规混凝土相比，其抗渗透性得到有效改善。张春生 3 和沈俊飞 41等认为纤维可以有效提升混凝土的力学性能及抗碳化能力，但是纤维掺量过多，容易在混凝土内部结团使得混凝土组分混合不均匀反而降低混凝土性能。杨静 5 研究了粉煤灰掺量对混凝土强度的影响，得出一定掺量下，混凝土的力学性能可以有效改善，但是掺量过高，反而不利于混凝土性能的提升。然而，硅粉对混凝土的性能的影响尚未进行全面的分析，其提升效果仍需进一步开展系统的研究。本文开展了不同养护龄期（7、2 8 d）及不同硅粉掺量（1%、3%、5%、7%）对高性能混凝土抗压强度、抗拉强度、抗氯离子渗透性的影响，以期为硅粉高性能混凝土的性能提升及级配优化设计奠定基础。1原材料及试验方法1.1原材料试验材料包括天然粗集料、机制砂、水泥、硅粉和减水剂、水。（1）水泥：选用福建某公司生产的P052.5级水泥，其主要技术指标见表1。（2）集料：粗集料选用福建泉州产天然石灰岩碎石，520mm连续级配，压碎值为6.3%；细集料采用福建泉州产细度模数为2.9 的机制砂，颗粒级配良好。集料具体性能指标见表1水泥的基本性能和强度比表面积/标准稠度凝结时间/min抗折强度/MPa抗压强度/MPa指标安定性(mkg)用水量/%初凝终凝3d28d3d28d普硅5 2.536028.4合格1562965.78.930.158.7作者简介：林志明（19 9 0-），男，福建莆田人，本科，工程师，主要研究方向为硅粉高性能混凝土。19试验与研究江西建材2023年9 月表2。表2砂石的性能指标含泥量/石表观密度/堆积密度/碱活性性能级配粉含量/%(kg m3)(kg m)指标碎石良好0.426801520低碱活性机制砂I区3.326201540低碱活性（3）硅粉：选用广东产的硅粉，主要性能指标见表3。表3硅粉的性能指标检测比表面积/需水烧失氯含二氧化硅7d活性项目(m.kg)量比/%量/%量/%含量/%指数/%检验值191060.940.01391.29107（4）减水剂：选用某公司生产的聚羧酸高性能减水剂，主要性能指标见表4。表4减水剂的性能指标检测含含减密度/抗压强度比/%pH值项目固量/%气量/%水率/%(g：c m)7d28d检验值20.282.7295.81.0411531421.2试验方案参照JGJ55一2 0 11普通混凝土配合比设计规程中的要求进行不同硅粉掺量的混凝土配合比设计。为了使试验具有可比性，硅粉高性能混凝土配合比设计选取水胶比为0.30，固定胶凝材料为5 33kg/m，高性能减水剂掺量为1.2 0%，砂率为0.38。通过开展不同养护龄期（7、2 8 d）及不同硅粉掺量（1%、3%、5%、7%）对高性能混凝土抗压强度、抗拉强度、抗氯离子渗透性影响的演变规律，本文采用的硅粉配合比设计如表5所示。表5硅粉高性能混凝土配合比硅粉水/水泥/硅粉/砂/碎石/减水剂/掺量/%(kgm3)(kgm)(kg*m3)（k g:m3)(kg*m)(kgm)0160533066010796.401160528566010796.4031605171666010796.4051605062766010796.4071604963766010796.401.3试件制备本文的硅粉高性能混凝土试样制备及养护流程主要包括集料拌合、混合料拌和养护，具体如下：（1）模具内部均匀涂抹脱模剂，依次加人称量好的粗骨料、细骨料、水泥及硅粉，搅拌时间为1min，充分将其搅拌均匀。（2）首先向上述拌和均匀的集料中倒人5 0%的水；其次将减水剂与剩余5 0%水混合均匀后再次倒人其中，搅拌3min后将拌和均匀的混合料装入模具中，然后振捣密实，用刮刀抹平，置于室温中成型后脱模。（3）最后对脱模试样进行编号，并将其放于标准养护室中分别进行7、2 8 d养护，随后再进行硅粉高性能混凝土力学性能及氯离子扩散系数的测试。1.4测试方法1.4.1力学性能采用TYA-3000型电液式压力试验机，对硅粉高性能混凝土的抗压强度和抗拉强度进行测试。参照GB/T50081一2 0 19混凝土物理力学性能试验方法标准。试件抗压强度的计算公式如式（1）所示：fou=FIA(1)Ju=FIA其中：fcu一抗压强度（MPa）,F一破坏荷载（N），A 一承压面积（mm）。抗拉强度计算公式如式（2）所示：f.=2F/元A(2)其中：fs一抗拉强度（MPa），F一破坏荷载（N），A 一劈裂面面积（mm）。1.4.2抗氯离子渗透性能抗氯离子渗透性能是混凝土耐久性评价指标，参照GB/T50082一2 0 0 9 普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准进行，即快速氯离子迁移系数法和酸碱指示剂法，使用RCM-NTB型氯离子扩散系数测定仪测定。2硅粉掺量对混凝度的影响研究将混凝土拌合均匀后，分析不同掺量的硅粉下混凝土落度的演变规律，如图1所示，混凝土的落度与硅粉掺量呈现负相关关系，且在高掺量硅粉时，混凝土的落度下降幅度增加。这是由于硅粉具有较高的比表面积，容易吸收大量的水分，进而降低了混凝土自身的流动性。250200150/$10050002468硅灰掺量/%图1不同硅粉掺量高性能混凝土落度演变规律3硅粉掺量对混凝的影响研究分析不同类型硅粉高性能混凝土的抗压强度及抗拉强度，结果如图2 所示，不管混凝土组分比例如何，其抗压强度及抗拉强度均与养护龄期成正相关关系，且养护后期混凝土的强度增加幅度略有增加。这是由于随着养护时间的增加，混凝土内部掺合料的水化效果更加明显，生成更多的水化产物，提高了混凝土的力学强度 6 。硅粉掺量与混凝土力学性能呈现先正相关后负相关的关系，当硅粉掺量为5%时，无论是抗压强度还是抗拉强度，均达到最佳。这是由于掺人一定量的硅粉，硅粉的比表面积较大，可以吸收更多的水分，促进水化反应的进行，提高混凝土的强度；但是当掺人量过多后，一方面，替代水泥过多，反而减少了混凝土内部的水化产物；另一方面，掺量过高，吸收的水分过多，导致混凝土内部失水过多产生大量的微裂纹，反而降低其力学强度。本节仅仅分析了养护龄期和硅粉掺量对混凝土力学性能的影响，后续将进一步分析混凝土力学性能随水胶比、减水剂掺量、骨料粒径等内外部因素的影响，助力混凝土力学性能预估模型的建立。202023年9 月试验与研究江西建材100-7d+-28d80604002468硅粉掺量/%（a）抗压强度12-7d-2 8 d108642002468硅粉掺量/%（b）抗拉强度图2不同类型硅粉高性能混凝土力学强度随硅粉掺量演变规律4硅粉掺量对混参透性能影响的研究利用上文的测试方法测试并分析了不同类型硅粉高性能混凝土的氯离子渗透系数，结果如图3所示，不管混凝土组分比例如何，其抗氯离子渗透系数与养护龄期呈正相关关系，且养护后期混凝土的扩散系数降低幅度略有增加。这是由于随着养护时间的增加，混凝土内部掺和料的水化效果更加明显，生成更多的水化产物，提高了混凝土内部的密实度，阻碍了氯离子的渗透。混凝土的氯离子渗透系数与硅粉掺量呈现先负相关后正相关的演变关系，当硅粉掺量为5%时，氯离子扩散系数均达到最佳。这是由于掺人一定量的硅粉，硅粉的比表面积较大，可以吸收更多的水分，促进水化反应的进行，混凝土内部水化产物填充了混凝土的空隙，内部的联通空隙减少，氯离子扩散通道降低；但是当掺人量过多后，一方面，替代水泥过多，减少了混凝土内部的水化产物；另一方面，掺量过高，吸收的水分过多，导致混凝土内部失水过多产生大量新的微裂纹，反而增加了内部的扩散通道，使得氯离子再次扩散显著。本节仅分析养护龄期和硅粉掺量对混凝土抗氯离子渗透性的影响，后续将进一步分析混凝土耐久性能随水胶比、减水剂掺量、不同龄期等内外部因素的影响，助力混凝土氯离子渗透系数预估模型的建立。3口7 d28d(1-Szi-01)/深当媒年士贸鹰2001357硅粉掺量/%图3硅粉掺量对氯离子扩散系数的影响5结论（1）混凝土的落度与硅粉掺量呈现负相关关系，且在高掺量硅粉时，混凝土的落度下降幅度增加。（2）不管混凝土组分比例如何，其抗压强度及抗拉强度均与养护龄期成正相关关系，且养护后期混凝土的强度增加幅度略有增加。硅粉掺量与混凝土力学性能呈现先正相关后负相关的关系，当硅粉掺量为5%时，无论是抗压强度还是抗拉强度，均达到最佳。（3）不管混凝土组分比例如何，其抗氯离子渗透系数与养护龄期成正相关关系，且养护后期混凝土的扩散系数降低幅度略有增加。混凝土的氯离子渗透系数与硅粉掺量呈现先负相关后正相关的演变关系，当硅粉掺量为5%时，抗氯离子扩散系数达到最佳。参考文献1】肖崴.硅粉改性超细水泥裂缝修补材料性能研究【D.西安：长安大学，2 0 0 9.2单欣.超高性能混凝土抗氯离子渗透性能的试验研究D。长沙：湖南大学，2 0 2 0.3张春生，孟令其，纪安业，等.钢纤维掺量对高性能混凝土碳化性能影响机理研究【J】.硅酸盐通报，2 0 18，37（10）：32 0 6-3212.4沈俊飞.高性能钢纤维增强混凝土力学性能研究【D】.武汉：武汉科技大学，2 0 18.5杨静，覃维祖，粉煤灰对高性能混凝土强度的影响.建筑材料学报 J】.19 9 9，2（3）：2 18-2 2 2.6赵素晶.超高性能水泥基复合材料的力学性能和微结构研究D.南京：东南大学，2 0 16.