粉煤灰改善石灰石粉混凝土抗渗性能研究

【摘要】本文通过测定混凝土库仑电量，研究了粉煤灰对不同掺量、不同细度、不同水胶比的

石灰石混凝土的抗渗性能影响。研究结果表明：粉煤灰改善了石灰石粉混凝土抗渗性能；

同时石灰石粉掺量增加，混凝土抗渗性能下降，石灰石粉细度对混凝土抗渗性影响不大。

【关键词】石灰石粉；粉煤灰；细度；抗渗性能

混凝土的抗渗性能影响到混凝土的寿命及其耐久性，为保证混凝土结构的承载能力和安全使用寿命，混凝土抗渗性研究就不容忽视。矿物掺合料对混凝土抗渗性能有重要影响，研究粉煤灰、石灰石粉等对混凝土抗渗性能影响具有重要意义。

众多学者通过研究混凝土抗氯离子渗透性来评价矿物掺合料对混凝土耐久性影响。文献[1～3]通过研究混凝土的抗氯离子扩散系数来研究石灰石粉对混凝土抗氯离子渗透性影响。研究结果认为，石灰石粉对混凝土抗氯离子渗透性不利，随石灰石粉掺量增加，混凝土抗氯离子渗透性能越差。文献[4～5]认为粉煤灰由于对氯离子具有较强的物理吸附和化学固结作用，能有效提高混凝土抗氯离子渗透性能，掺粉煤灰混凝土的氯离子扩散系数随粉煤灰掺量的增加先减小后增大，粉煤灰掺量30%时，氯离子扩散系数最小。

石灰石粉资源丰富，加以利用不仅可以降低成本，还可以保护环境，但由于石灰石粉对混凝土耐久性多为不利，而粉煤灰能改善混凝土的耐久性，但粉煤灰最近几年由于用量急剧增加，出现供不应求的局面。如果将粉煤灰与石灰石粉双掺到混凝土中，不仅可以缓解粉煤灰紧缺的矛盾，还可以降低石灰石粉对混凝土耐久性不利的影响。

对于石灰石粉与粉煤灰双掺对混凝土抗氯离子渗透性能影响研究较少，肖佳等人[6]的研究认为石灰石粉混凝土中掺入粉煤灰能明显改善混凝土抗氯离子渗透性，石灰石粉掺量为20%的混凝土，粉煤灰掺量为20%时，其抗氯离子渗透性能最好。

由于大多数研究都是通过电通量法来评价混凝土抗氯离子渗透性能，而电通量法作为评价混凝土抗氯离子渗透性能又有一定的缺陷，同时由于石灰石粉与粉煤灰双掺对混凝土抗渗性研究不多，本文实验方法虽用电通量法，但将该方法作为评价混凝土抗渗性而不是混凝土抗氯离子渗透性能指标。实验通过研究石灰石粉掺量、细度、变水胶比等方法来研究石灰石粉与粉煤灰对混凝土抗渗性能影响。

2. 结果与分析

2.1石灰石粉对混凝土电通量影响。

2.1.1石灰石粉掺量对混凝土电通量影响。

图1为掺10%、20%、30%石灰石粉对混凝土电通量的影响。

从图1中可以得出，随着石灰石粉掺量增加，混凝土的库仑电量增加，石灰石粉掺量为10%、20%、30%时库仑电量较基准混凝土分别增加了1.21%、4.95%、5.91%，石灰石粉对混凝土抗渗性不利，石灰石粉掺量越多，通过混凝土的库仑电量越大，混凝土抗渗性越差。文献[7]研究认为石灰石粉对混凝土抗渗性不利原因是由于石灰石粉的掺加增加了水泥基材料的总孔隙率。文献[8]的研究也认为石灰石粉使水泥基材料孔结构由小孔向大孔转变，石灰石粉的掺加使孔变粗。故可得出石灰石粉掺加对混凝土抗渗性不利。

图1石灰石粉掺量对混凝土电通量的影响

图2石灰石粉细度对混凝土电通量影响

图3粉煤灰对混凝土电通量影响

2.1.2石灰石粉细度对混凝土电通量影响。

Fig.2 Effect of ground limestone fineness on coulomb electric charge of concretes

图2为石灰石粉掺量为20%时，1250目、800目、400目3种不同石灰石粉细度对混凝土电通量影响。从图2中可以得出，随着石灰石粉细度增加，通过混凝土电通量变化很小，石灰石粉为1250目混凝土的库仑电量较石灰石粉为400目混凝土库仑电量仅仅减小了1.25%，细度变化对通过混凝土库仑电量变化不大，即石灰石粉细度对混凝土抗渗性影响不大，研究结果同熊远柱[9]认为石灰石粉作为混凝土掺合料，石灰石粉的细度对混凝土抗渗性影响不大结论一致。

2.2粉煤灰对混凝土电通量影响。

图3为粉煤灰掺量对混凝土电通量影响。从图中可以看出随粉煤灰掺量增加通过混凝土库仑电量逐渐减少，粉煤灰掺量越多，通过混凝土库仑电量越小，粉煤灰掺量为10%、20%、30%通过混凝土库仑电量较通过基准混凝土库仑电量减小了0.86%、1.21%、1.86%。这是由于粉煤灰的火山灰效应，不仅降低了Ca（OH）2晶体取向度，改善了混凝土内浆体与集料的界面性能，而且减小了混凝土内部孔隙率，改善了孔的级配；后期生成的水化产物密实了混凝土结构，提高了混凝土抗渗性能，提高对离子的结合和吸附能力，试验研究结果与黎鹏平[10]等人的研究结果相同。

2.3石灰石粉——粉煤灰对混凝土电通量影响。

2.3.1掺量变化对混凝土电通量影响。

图4石灰石粉与粉煤灰双掺对混凝土电通量影响

图5石灰石粉与粉煤灰双掺对混凝土电通量影响

（1）图4和图5为石灰石粉与粉煤灰等量取代水泥双掺时，分别研究了10%石灰石粉与10%粉煤灰双掺、10%石灰石粉与20%粉煤灰双掺、20%石灰石粉与10%粉煤灰双掺、20%石灰石粉与20%粉煤灰双掺四种掺量变化对混凝土抗渗性能的影响。

（2）图4（a）、（b）中，石灰石粉掺量一定时，通过混凝土的库仑电量随粉煤灰掺量增加而减小。图4（a）中10%石灰石粉与10%粉煤灰双掺、10%石灰石粉与20%粉煤灰双掺时通过试件库仑电量较单掺10%石灰石粉试件分别减小了1.02%和1.46%；图4（b）中当石灰石粉掺量为20%时，掺入20%粉煤灰试件和掺入10%粉煤灰试件较只单掺20%石灰石粉试件库仑电量分别减小了2.2%和1.21%，说明粉煤灰能减小石灰石粉混凝土库仑电量，即粉煤灰能改善石灰石粉混凝土抗渗性。

（3）图5（a）为当粉煤灰掺量为10%时，混凝土电通量随石灰石粉掺量变化。10%粉煤灰与10%石灰石粉双掺试件、10%粉煤灰与20%石灰石粉双掺试件较单掺10%粉煤灰试件库仑电量分别增加了2.42%和3.51%。说明当粉煤灰掺量一定时，石灰石粉掺入将增大粉煤灰混凝土库仑电量，即石灰石粉对粉煤灰混凝土抗渗性不利。

（4）图5（b）和图5（c）分别为胶凝材料总掺量为20%和30%时通过混凝土库仑电量变化图。从图中可以得出，在石灰石粉与粉煤灰总掺量一定时，双掺石灰石粉与粉煤灰试件的库仑电量都介于单掺石灰石粉试件或单掺粉煤灰试件之间，进一步说明了石灰石粉不利于减小通过混凝土库仑电量，而粉煤灰由于后期火山灰效应则有利于减小通过混凝土库仑电量。叶建雄[11]认为粉煤灰能改善石灰石粉混凝土抗渗性主要是由于粉煤灰能改善混凝土孔结构，使混凝土孔细化，提高了混凝土对CL-阻碍能力，同时粉煤灰对CL-具有一定的物理和化学吸附作用。

图6石灰石粉与粉煤灰双掺时细度对混凝土电通量影响

图7水胶比对混凝土电通量影响

2.3.2细度变化对混凝土电通量影响。

（1）图6为10%石灰石粉与10%粉煤灰双掺时，1250目、800目、400目三种不同石灰石粉细度对混凝土抗渗性能影响。

（2）图6中，石灰石粉与粉煤灰双掺时，掺1250目石灰石粉混凝土

库仑电量较掺400目石灰石粉混凝土库仑电量减小了仅仅0.99%，说明石灰石粉与粉煤灰双掺时石灰石粉细度对混凝土库仑电量影响不大，即石灰石粉与粉煤灰双掺时，石灰石粉细度对混凝土抗渗性影响不大。

2.3.3水胶比变化对混凝土电通量影响。

（1）图7为10%石灰石粉与10%粉煤灰双掺时，分别研究了水胶比为0.35、0.4、0.5对混凝土抗渗性能影响。

（2）从图7中可以看出，随着水胶比逐渐增大，通过混凝土库仑电量逐渐增大。水胶比分别为0.4、0.5时通过混凝土库仑电量较水胶比为0.35时分别增加了0.59%、2.27%。这是由于随着水胶比增大，混凝土中的孔隙增多，混凝土密实程度下降，造成通过混凝土的离子介质增多，导致通过混凝土的库仑电量增大。故同等条件下水胶比较大时，不利于改善混凝土抗渗性。

3. 结论

（1）石灰石粉降低了混凝土抗渗性能。石灰石粉掺量越多，混凝土抗渗性越差。

（2）石灰石粉细度对混凝土抗渗性能影响较小。

（3）粉煤灰能提高混凝土抗渗性能，粉煤灰掺量越多，混凝土抗渗性越好。

（4）石灰石粉对粉煤灰混凝土抗渗性不利。石灰石粉掺量增加粉煤灰混凝土抗渗性越差；双掺石灰石粉与粉煤灰混凝土抗渗性能随水胶比增大而减小。

参考文献

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[10]黎鹏平，苏达根，王胜年，范志宏.掺合料对胶凝材料水化热及混凝土氯离子扩散系数的影响[J].水运工程：2009（11）：6～9.

[11]叶建雄.矿物掺合料对混凝土氯离子渗透扩散性研究[J].重庆建筑大学学报， 2005，27（3）：89～92.

[文章编号]1006-7619（2013）04-15-307

[作者简介] 袁庆莲（1969.8-） ，女 ，籍贯：湖南，职称：高级工程师，工作单位：湖南省建筑科学研究院。