CN106747125A

CN106747125A - 一种抗二氧化硫腐蚀的混凝土

Info

Publication number: CN106747125A
Application number: CN201710090230.5A
Authority: CN
Inventors: 牛建刚; 王潇鹏; 吴斌; 刘晓
Original assignee: Inner Mongolia University of Science and Technology
Current assignee: Inner Mongolia University of Science and Technology
Priority date: 2017-02-20
Filing date: 2017-02-20
Publication date: 2017-05-31

Abstract

本发明提供一种抗二氧化硫腐蚀的混凝土，其凝胶材料包括15wt％的粉煤灰，10～15wt％的矿渣粉和余量的水泥。本发明提供的抗二氧化硫腐蚀的混凝土是在胶凝材料中使用粉煤灰和矿渣粉部分取代水泥，同时合理的选择矿渣粉在混凝土中的取代率，由此解决混凝土抗SO₂腐蚀的问题，改善混凝土的耐久性能。

Description

一种抗二氧化硫腐蚀的混凝土

技术领域

本发明涉及混凝土材料技术领域，特别涉及一种抗二氧化硫腐蚀的混凝土。

背景技术

粉煤灰、矿渣粉等工业废弃物因技术、经济等原因长期废弃而得不到利用，不仅造成资源的浪费，而且会产生环境污染。2009年我国高炉矿渣的年产量达到2亿吨，粉煤灰年产量达到4亿吨，其他废弃物缺乏确切统计，历年积存的废弃物更是数量庞大。如果能够把工业废弃物(矿渣、粉煤灰、钢渣、磷渣、硅灰等)掺入混凝土中，激活工业废弃物的火山灰效应，充分利用其形态效应和微集料效应等，研制出能够抵抗工业特殊环境的混凝土制品，将真正变废为宝，对我国建筑业的可持续发展具有重要意义。

混凝土结构长期存在于酸性环境中，会受到酸性物质的腐蚀，与混凝土中所含的碱性物质发生化学反应，使得原本呈碱性的混凝土碱度降低而趋于中性化，对混凝土结构的耐久性产生极大影响。提高混凝土耐久性的有效方法之一就是采用活性矿物掺合料取代部分水泥。在配制混凝土时，加入矿物掺合料不仅能节约水泥，降低混凝土的水化热温升，而且由于矿物掺合料的形态效应、微集料效应和火山灰效应等，能够改善混凝土的工作性能，优化混凝土的内部结构，增进混凝土的后期强度，提高混凝土耐久性。

目前，酸性物质腐蚀混凝土的研究基本集中在一般大气环境和海洋环境下混凝土的腐蚀方面，而对较高二氧化硫浓度的工业环境中混凝土的腐蚀影响研究相对较少，因此开展混凝土在特殊环境下的二氧化硫腐蚀性能研究，尤其开展矿物掺合料混凝土在二氧化硫腐蚀环境中的抗硫化性能研究，不仅可以丰富耐久性领域的研究成果，为工业环境中混凝土寿命预测奠定基础，而且还可以为实际工程中二氧化硫环境条件下材料选取提供科学指导，为此类环境中混凝土耐久性防腐工作提供依据，为国家有关部门制定相应规范标准提供借鉴。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种抗二氧化硫腐蚀的混凝土。

本发明提供一种抗二氧化硫腐蚀的混凝土，其凝胶材料包括15wt％的粉煤灰，10～15wt％的矿渣粉和余量的水泥。

进一步地，所述凝胶材料中矿渣粉的含量为10wt％或15wt％。

进一步地，粉煤灰使用Ⅱ级粉煤灰或以上，性能达到国家标准GBT-1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》的规定；矿渣粉使用S75级矿渣粉，性能达到国家标准GB/T18046-2000《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》的规定。

进一步地，还包括细骨料和粗骨料。

进一步地，所述细骨料的粒径小于5mm，所述粗骨料的粒径为5～25m。

本发明还提供一种提高混凝土抗二氧化硫腐蚀的方法，其在胶凝材料中使用粉煤灰和矿渣粉部分取代水泥；所粉煤灰的取代率为15wt％，所述矿渣粉的取代率为10～15wt％。

进一步地，所述矿渣粉的取代率为10wt％或15wt％。

本发明提供一种抗二氧化硫腐蚀的混凝土，其是在胶凝材料中使用粉煤灰和矿渣粉部分取代水泥，同时合理的选择矿渣粉在混凝土中的取代率，由此解决混凝土抗SO₂腐蚀的问题，改善混凝土的耐久性能。

具体实施方式

本发明公开了一种抗二氧化硫腐蚀的混凝土和提高混凝土抗二氧化硫腐蚀的方法。本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。

粉煤灰及磨细后的矿渣粉用作混凝土掺合料，都具有火山灰活性，掺入混凝土中可显著改善混凝土的内部孔隙结构，提高其抗渗性及对海水、酸及硫酸盐等的抗化学侵蚀能力。同时，本发明合理的选择矿物掺和料在混凝土中的取代率，设置粉煤灰的取代率为15wt％，矿渣粉的取代率为10～15wt％。

优选的，所述凝胶材料中矿渣粉的含量为10wt％或15wt％。

作为本发明的由优选方案，上述粉煤灰使用Ⅱ级粉煤灰或以上，性能达到国家标准GBT-1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》的规定；矿渣粉使用S75级矿渣粉，性能达到国家标准GB/T18046-2000《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》的规定。

进一步地，上述抗二氧化硫腐蚀的混凝土还包括细骨料和粗骨料。优选的，所述细骨料的粒径小于5mm，所述粗骨料的粒径为5～25m。

本发明的抗二氧化硫腐蚀的混凝土是在胶凝材料中使用粉煤灰和矿渣粉部分取代水泥，同时合理的选择矿渣粉在混凝土中的取代率，由此解决混凝土抗SO₂腐蚀的问题，改善混凝土的耐久性能。

优选的，所述矿渣粉的取代率为10wt％或15wt％。

本发明提供的上述方法可用于解决混凝土抗SO₂腐蚀的问题，改善混凝土的耐久性能。

下面结合实施例，进一步阐述本发明：

实施例

本发明实施例混凝土原料的选择：

混凝水泥：混凝土采用普通硅酸盐水泥PO.42.5，其物理性能见表1。

细骨料：中砂粒径小于5mm，堆积密度、细度模数、含泥量、表观密度、级配等各项性指标合格。

普通粗骨料：碎石粒径5～25mm，堆积密度、细度模数、含泥量、表观密度、级配等各项性能指标合格。

粉煤灰：采用Ⅱ级粉煤灰，其各项性能指标如表2所示。

矿渣粉：采用S75矿渣粉，其各项性能指标如表3所示。

表1水泥的物理性能指标

表2粉煤灰的物理性能指标

表3矿渣粉的物理性能指标

混凝土试件制作

混凝土试件选用C40混凝土作为基准组，水胶比统一采用0.4。为了防止混凝土外加剂以及各种矿物掺合料的影响，配制混凝土过程中仅选用砂、石、水泥和水，参照《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ55-2011)、粉煤灰混凝土应用技术规范》(GB/T50146-2014)等规范和标准所规定的内容，计算得出基准配合比，经实际试配并调整，最终得出不同掺量矿渣粉的混凝土配合比如表4所示。

表4不同掺量矿渣粉的混凝土配合比

对各组试件分别进行不同龄期的强度及硫化深度测试，其测试结果如表5～表6。

表5双掺不同掺量粉煤灰和矿渣粉的混凝土各硫化龄期强度试验结果

注：↗表示递增，表示先增后减，表示先增后减再增。

由表5可知，在各粉煤灰掺量条件下，掺入矿渣粉后在各个腐蚀龄期内强度测试值都高于硫化前的强度值，双掺粉煤灰和矿渣粉对混凝土硫化后的强度没有不利影响，由强度变化趋势可知，双掺粉煤灰和矿渣粉的混凝土硫化后强度变化有三种情况，第一种是，当双掺总量较小时随腐蚀龄期强度在逐渐递增；第二种是随着腐蚀龄期强度先增后减；第三种是当双掺总量较大时强度随腐蚀龄期先增后减再增。由表1可知，当粉煤灰掺合量为30％，矿渣粉掺量为30％，硫化12天后强度提升最大为25.24％。

由F20S15～F30S25试验组强度测试结果可知，硫化过程中强度变化表现为先增后减，在硫化后期强度开始出现下降趋势，且掺量越大，后期下降幅度越大。由F30S25和F30S30试验组可知，当粉煤灰掺量为30％，矿渣粉掺量为25％或30％时，硫化深度表现出先增后减再增的渐进式腐蚀过程，由于硫化后期当硫化产物堆积产生膨胀破坏，裂纹增多，二氧化硫扩散途径增多，硫化反应速度有增大趋势，故强度变化率表现出先增后减再增大的变化规律。

表6双掺不同掺量粉煤灰和矿渣粉的混凝土各硫化龄期硫化深度

由上表可知，粉煤灰和矿渣粉双掺条件下，硫化深度随硫化龄期的增大而增大，同时增大趋势越来越缓慢，在硫化初期由于二氧化硫在混凝土表面孔隙内快速扩散，硫化深度增大较快，随着产物的积累孔隙得到密实，硫化反应越来越困难，深度增加缓慢。部分总掺量较大的试验组，在硫化9天后又表现出快速增长的变化趋势。由表6可知，5％粉煤灰掺量条件下，各龄期硫化深度随着矿渣粉的掺量增加呈先减后增的变化趋势，结合表6第5栏可知，当矿渣粉掺量为25％、30％时各时期硫化深度均超过对照组F5，当矿渣粉掺量为10％，其对应试验组F5S10表现出较好的抗硫化性能，各时期硫化深度均位于对照组F5下方，硫化12天后硫化深度为1.93mm，当矿渣粉掺量为30％时，对应试验组F5S30硫化深度达到2.92mm，已超过对照组F5的硫化深度，不利于抗硫化性能的提高；由表6第2栏可知，在粉煤灰掺量为10％条件下，各硫化曲线相对比较集中，由此可知，当粉煤灰掺量为10％，矿渣粉掺量小于30％时，对混凝土的抗硫化作用影响不大。

由表6可知，当粉煤灰掺量为15％时，硫化深度随矿渣粉的增加呈先减后增的变化规律，结合由表6第3栏可知，硫化深度曲线均分布在对照组F15下方且分布较分散，说明在粉煤灰掺量为15％时，矿渣粉的掺入对混凝土的抗硫化性能影响较大，在整个硫化周期中，掺10％和15％矿渣粉的试验组表现出优异的抗硫化性能，硫化深度分别为1.46mm和1.57mm，硫化深度在整个硫化过程中增长速度较慢。由表6第4栏可知，当粉煤灰掺量为20％时，掺入矿渣粉的试验组硫化深度均小于对照组F20，表明当粉煤灰为20％时，矿渣粉的掺入能够改善混凝土的抗硫化性能。由由表6第5和6栏可知，当粉煤灰25％和30％，硫化深度随着矿渣粉的增加而增加，相比之前低粉煤灰掺量的试验组硫化深度大幅的升高，由表6中试验组F30S15、F30S20、F30S25和F30S30硫化深度可以看出，当矿物掺合料掺量超过45％时，硫化深度已经高于单掺对照组F30，矿渣粉的加入并未起到改善作用，相反对混凝土的抗硫化能力有较大削弱。

由表6可以看出，当粉煤灰掺量为15％，矿渣粉掺量为10％时，硫化12天后的硫化深度仅为1.46mm，表现出相对较好的抗硫化性能，为较合理的双掺掺量。

通过对各组试件的质量、强度及硫化深度的测试结果进行对比分析，得出对混凝土抗二氧化硫腐蚀的最优矿渣粉掺量为15％。

综上所述，本发明公布了一种提高混凝土抗二氧化硫腐蚀的方法可用于解决混凝土抗SO₂腐蚀的问题，改善混凝土的耐久性能。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种抗二氧化硫腐蚀的混凝土，其特征在于，其凝胶材料包括15wt％的粉煤灰，10～15wt％的矿渣粉和余量的水泥。

2.根据权利要求1所述的抗二氧化硫腐蚀的混凝土，其特征在于，所述凝胶材料中矿渣粉的含量为10wt％或15wt％。

3.根据权利要求1或2所述的抗二氧化硫腐蚀的混凝土，其特征在于，粉煤灰使用Ⅱ级粉煤灰或以上，性能达到国家标准GBT-1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》的规定；矿渣粉使用S75级矿渣粉，性能达到国家标准GB/T18046-2000《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》的规定。

4.根据权利要求1所述的抗二氧化硫腐蚀的混凝土，其特征在于，还包括细骨料和粗骨料。

5.根据权利要求4所述的抗二氧化硫腐蚀的混凝土，其特征在于，所述细骨料的粒径小于5mm，所述粗骨料的粒径为5～25m。

6.一种提高混凝土抗二氧化硫腐蚀的方法，其特征在于，在胶凝材料中使用粉煤灰和矿渣粉部分取代水泥；所粉煤灰的取代率为15wt％，所述矿渣粉的取代率为10～15wt％。

7.根据权利要求6所述的提高混凝土抗二氧化硫腐蚀的方法，其特征在于，所述矿渣粉的取代率为10wt％或15wt％。