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偏高岭土高性能混凝土氯离子抗渗性试验研究_王宝民

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偏高岭土高性能混凝土氯离子抗渗性试验研究

王宝民,刘　伟

(大连理工大学土木工程学院,辽宁大连116024)

摘要:偏高岭土是高岭土在一定高温煅烧下的产物。为提高高性能混凝土抗渗性,本文将5%、10%、15%的偏高岭

土取代等质量水泥掺加到混凝土中,并对通过偏高岭土高性能混凝土的电量进行测量。试验表明,与混凝土试件相比,掺量为5%、10%、15%的偏高岭土混凝土通电量分别减少了22.8%、45.8%和49.5%,氯离子扩散系数分别减少了8.2%、16.6%和17.9%。可见随着偏高岭土掺量的增加,高性能水泥混凝土的抗氯离子渗透能力逐渐增加,以掺量为15%的偏高岭土混凝土的抗渗性能最好。

关键词:氯离子渗透性;混凝土;偏高岭土;导电量中图分类号:TU528 文献标识码:A 文章编号:1672-2132(2010)增刊-0369-04

0　引言

随着建筑物的老化和周围环境污染,混凝土的

耐久性问题日益突出,混凝土的渗透性是影响其耐

久性的最主要的因素之一。混凝土的渗透性高低影

响液体(或气体)渗入的速度,而有害的液体或气体

渗入混凝土内部后,将与混凝土组成成分发生一系

列物理化学和力学作用;水还可以把侵蚀产物及时

运出混凝土体外,再补充进去侵蚀离子,从而引起恶

性循环。因此抗渗性是提高和保证混凝土耐久性首

先要考虑和控制的主要性能[1]。

作为一种优质掺合料,偏高岭土在混凝土中的

应用成为国内外研究的热点,本文将不同掺量的偏

高岭土磨细粉取代等量水泥,通过ASTMC1202-

97的方法对通过偏高岭土高性能混凝土的电量进

行测量,进而研究其对混凝土渗透性的影响。

1　试验原材料及试验方法

1.1　原材料

1.1.1　偏高岭土

高岭土属于层状硅酸盐结构,层与层之间由范

德华键结合,OH-在其中结合得较牢固。高岭土在空气中受热时,会发生几次结构变化,加热到大约

600°C时,高岭土的层状结构因脱水而破坏,形成结

晶度很差的过渡相,生成偏高岭土。偏高岭土

(Metakaolin)简称MK,是以高岭土(Al2O3·2SiO2·2H2O-AS2H2)为原料,在高温下脱水形成的无水

硅酸铝(Al2O3·2SiO2-AS2)。煅烧温度会影响产物

的活性。煅烧反应的方程式如下:

2Al2Si2O2(OH)4→2Al2Si2O7+4H2O

(高岭土) 600～900°C (偏高岭土)

由于偏高岭土的分子排列是不规则的,呈现热

力学介稳状态,在适当激发下具有胶凝性。图1为偏

高岭土的结构示意。

高岭土煅烧保温4小时后进行冷却,磨细后可

制成偏高岭土。本文选用经750°C煅烧处理的磨细

图1　偏高岭土结构示意第30卷增刊2010年9月防灾减灾工程学报JournalofDisasterPreventionandMitigationEngineeringVol.30Suppl.Sep.2010󰀴

收稿日期:2010-06-10;修回日期:2010-07-12基金项目:大连理工大学青年教师基金项目(20070030)资助作者简介:王宝民(1972-),男,副教授,博士。主要从事建筑材料方面的研究。Email:wangbm@dlut.edu.cn偏高岭土为原料,其密度约为2.51g/cm3,80μm筛

的筛余约为0.01g,烧失量为0.6%。

1.1.2　水泥

试验所用水泥为大连小野田水泥厂P·Ⅱ

42.5R硅酸盐水泥。0.08mm筛筛余0.1g,化学成

分见表1,水泥物理力学性能见表2。

表1　水泥化学成分

CaOSiO2Al2O3Fe2O3MgO64.1421.074.612.981.42C3SC2SC3AC4AF59.515.57.29.1

表2　水泥物理力学性能

初凝/(h∶min)终凝/(h∶

min)抗压/抗折强度/MPa3d28d1∶583∶0531.1/6.647.0/8.0

1.1.3　骨料

石子选用粒径为5～25mm连续级配的花岗岩

碎石,其密度为2.78g/cm3。砂子采用中砂,细度模

数2.40。

1.1.4　水

试验所用水均为饮用自来水。

1.1.5　外加剂

上海麦斯特建材有限公司生产的GLENIUM

SP-8N混凝土高性能AE减水剂。适宜掺量为

0.5%～3.0%,标准掺量为1.1%。

1.2　试验方法

试验配合比见表3,试验方法为美国的ASTM

C1202法,即混凝土抵抗氯离子渗透能力评价方法,

简称电量法。该方法通过测定流过混凝土的电量,快

速评价混凝土的渗透性高低。混凝土的电量法分级

标准见表4[2],测试步骤如下:

(1)将混凝土切割成厚度为51±3mm的标准

试样;

表3　偏高岭土混凝土试验配合比

编号水/kg水泥/kgMK/%水胶比砂/kg石/kg砂率/%外加剂/%

O165550.000.37001050402

M5165522.550.36981046402

M10165490.0100.36971045402

M15165467.5150.36931039402

注:O为未渗加偏高岭土的混凝土,M5、M10、M15分别为掺量为5%、10%、15%的偏高岭土混凝土表4　混凝土的电量法分级标准

通过的电量/C混凝土渗透性>4000高2000～4000中等1000～2000低100～1000很低<100可忽略

(2)将试样在混凝土智能真空饱水机中进行真

空饱水;

(3)将真空饱水后的试样安装在试样夹具上;

(4)向固定好的混凝土试样夹具两极分别注入

NaCl(负极)、NaOH(正极)溶液;

(5)接通混凝土电通量测试仪的电源及试样夹

具的正负极;

(6)开启测试,6小时后得出测试结果。

2　试验结果与分析

2.1　试验结果

试验测得的6小时内通过不同掺量偏高岭土高

性能水泥混凝土试件的电流值列于表5。

表5　6h内通过MK水泥混凝土试件的电流值

电流/mA试件种类OM5M10M15

I012.811.17.87.3

I0.514.311.78.17.6

I114.912.38.48.0

I1.515.512.68.78.1

I216.313.08.88.3

I2.516.813.19.18.6

I317.313.29.48.8

I3.517.513.59.68.8

I418.413.69.68.9

I4.518.613.69.79.0

I518.613.79.89.1

I5.518.713.79.89.0

I618.713.79.89.0

6小时内通过试件的电量为

Q=900(I0+2I0.5+2I1+…+

2I5+2I5.5+I6)370　防灾减灾工程学报　第30卷　其中:Q为通过的电量(C);

　I0为施加电压后的瞬时电流(mA);

　It为施加电压后t分钟时的电流(mA)。

计算得通过各个试件的电量值,列于表6。

表6　MK水泥混凝土试件通过的电量值

混凝土种类OM5M10M15

电量值Q/C364.77281.52197.64184.23

根据氯离子扩散系数与电量的关系公式,可以

得到与电量所对应的扩散系数。高性能混凝土氯离

子扩散系数与电量关系的经验公式(文献[2])为

Di=2.71153+0.00421x(2)

式中　Di为氯离子扩散系数(×10-9cm2/s);

　x为通过混凝土试件的电量(C)。

计算得各试件的扩散系数列于表7。

表7　MK水泥混凝土扩散系数Di

混凝土种类OM5M10M15

Di/(×10-9cm2/s)4.2473.903.5433.487

按ASTMC1202-97对试验所得的电量值进行

对比可以发现,偏高岭土高性能水泥混凝土的抗氯

离子渗透能力得到提高,M5、M10、M15的通电量值

与对比试件相比,分别减少了22.8%、45.8%和

49.5%,而氯离子扩散系数则分别减少了8.2%、

16.6%和17.9%。这一结果也间接反映出偏高岭土

水泥混凝土抗渗性能的提高。大体上,随着偏高岭土

掺量的增加,MK水泥混凝土的抗氯离子渗透能力

逐渐增加。

2.2　机理分析

混凝土的抗渗性能取决于其孔结构。凝胶孔在

25nm以下,一般情况下可认为这些孔不透水。孔径

在25nm以上尤其是100nm以上的毛细孔,通常是

危害抗渗性能的主渠道。普通混凝土中含有较多的

氢氧化钙,其在混凝土中呈重叠六方板状结晶体存

在,在结晶体之间或结晶体和骨料之间形成各种形

态的孔隙,为侵蚀性流体在混凝土内渗透提供了通

道[3]。但掺有磨细偏高岭土的混凝土中,偏高岭土的

缓慢火山灰效应将部分氢氧化钙转变为微小的、结

晶极不完善的水化硅酸钙和铝酸钙,密实了混凝土孔结构,减少了渗透通道。同时,偏高岭土水泥浆体中,磨细偏高岭土的细微颗粒均匀分散在水泥浆体中,成为大量水化物的核心,随着水化龄期进展,这

些细微颗粒及其火山灰反应的水化产物进一步填充

了水泥石的空隙,减少了25nm以上的渗透孔,从而

改善了混凝土的孔结构,逐渐降低了混凝土的渗透

性,阻碍了侵蚀性介质的进入,从而提高了抗渗性

能。

另一方面,从浆体与骨料的界面区域来看,混凝

土的渗透系数主要取决于25nm以上孔的总体积及

其连通程度。混凝土中孔径较大的部分,往往集中在

混凝土中集料与浆体的界面区域,因此氯离子的扩

散途径除毛细孔外,还有骨料与浆体间的界面缝隙。

通常混凝土界面处的水灰比相对增大,因此结构疏

松,孔隙较多,离子扩散系数相对增大[4]。由于偏高

岭土在配制混凝土时能充分发挥其形态效应和微集

料效应,同时,火山灰反应增加了C-S-H的含量,使

浆体更为致密,提高了界面处浆体的致密性,改善了

混凝土中界面的结构。在电镜下观察,偏高岭土水泥

混凝土结构均匀致密。由于偏高岭土水泥混凝土界

面过渡区二次水化反应干扰了水化物的结晶,水化

产物生长空间受到限制,使水化物的富集成度和取

向程度有所下降,各种水化产物结晶颗粒变得细小,

过渡区中粗大的晶体含量减少,增加了界面粘结力,

改善了界面孔结构,从而缩窄了混凝土中粗骨料及

浆体间的过渡区,改善了偏高岭土高性能混凝土界

面过渡层的性质。这种均匀及致密的结构对提高混

凝土的强度及抗渗能力很有利。另外,由于偏高岭土

二次水化,也使水泥浆体中的通道比混凝土浆体的

弯曲[5],这也是其渗透性降低的原因之一。

3　结论

(1)采用偏高岭土作为掺合料加入混凝土中,能

够有效地降低混凝土的氯离子导电量和渗透系数,

提高混凝土的耐久性。

(2)在一定的水胶比下,随着偏高岭土掺量的增

加,偏高岭土高性能混凝土的抗氯离子渗透能力逐

渐增加,当掺量为15%时,导电量最低,抗渗性能最

好。

(3)偏高岭土作为新型的功能型胶凝材料,具有

良好的市场前景。371　增刊王宝民等:偏高岭土高性能混凝土氯离子抗渗性试验研究

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高强轻集料混凝土抗氯离子渗透性能试验研究

高强轻集料混凝土抗氯离子渗透性能试验研究

第２９卷　第６期　２００７年１２月　重庆建筑大学学报　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ　Ｊｉａｎｚｈｕ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　Ｖｏ１．２９　ＮＯ．６　Ｄｅｃ．２００７　

高强轻集料混凝土抗氯离子渗透性能试验研究＊　

吴　芳，　谭盐宾，　杨长辉，　叶建雄　

（重庆大学材料科学与工程学院，重庆４０００４５）　

摘要：采用ＡＳＴＭＣ１２０２—９７方法测试了高强结构轻集料混凝土（ＨＳＬＣ）２８　ｄ和６０　ｄ龄期的导电量，分　

析了其氯离子渗透性能。试验结果表明：陶粒预湿处理会降低ＨＳＬＣ早期抗Ｃ１一渗透性能，但对后期能　

力影响较小；粉煤灰的掺入可有效提高ＨＳＬＣ抗ｃｌ一渗透性能，且随其掺量的增加，其增强作用大大提　高；龄期对ＨＳＬＣ抗Ｃ１一渗透性能的影响程度高于其对普通混凝土的影响，尽管ＨＳＬＣ早期抗Ｃｌ～渗透　性能低于普通混凝土，但其后期增长率显著高于普通混凝土。　

关键词：ＨＳＬＣ；抗氯离子渗透性；预湿处理；龄期　

中图分类号：ＴＵ５２８．２　文献标志码：Ａ　文章编号：１００６—７３２９（２００７）０６—０１１７—０４　

Ａｎ　Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　Ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　Ａｎｔｉ－＿Ｃｈｌｏｒｉｄｅ　Ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　

Ｈｉｇｈ－。ｓｔｒｅｎｇｔｈ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　Ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ　Ａｇｇｒｅｇａｔｅ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　

ＷＵ　Ｆａｎｇ，ＴＡＮ　Ｙａｎ—ｂｉｎ，ＹＡＮＧ　Ｃｈａｎｇ—ｈｕｉ，ＹＥ　Ｊｉａｎ—ｘｉｏｎｇ　

（Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｍａｔｅｒｉａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ　４０００４５，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ　ｏｆ　ｈｉｇｈ—ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ　ａｇｇｒｅｇａｔｅ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ（ＨＳＬＣ）ａｔ　２８　ｄａｙ　ａｎｄ　６０　

钼尾矿砂掺量对超高性能混凝土性能的影响研究

钼尾矿砂掺量对超高性能混凝土性能的影响研究

试验研究Experimental Research

53总179期 2024.05 混凝土世界引言我国作为世界上钼矿储量最大的国家之一，钼矿的年开采量不断上升，伴随着钼矿的开采，高品位钼矿数量下降，钼尾矿排放量加剧，除了二次回收钼、钨等金属元素以外，钼尾矿在建筑材料制备方向的综合利用主要是替代混凝土骨料，制备陶瓷、玻璃等[1-2]。研究发现[3-5]，钼尾矿作为掺合料和骨料在混凝土领域应用时，其性能钼尾矿砂掺量对超高性能混凝土性能的影响研究周立红 徐诗凯 王 硕 侯鑫鑫中铁建物产科技有限公司 河南 洛阳 471000摘 要：将钼尾矿进行磨细处理制备成钼尾矿砂取代UHPC中的石英砂制备超高性能混凝土（UHPC），研究钼尾矿砂对UHPC工作性能、力学性能、抗氯离子渗透性能以及干燥收缩性能的影响规律。结果表明：随着钼尾矿砂掺量的增加，UHPC的扩展度呈先增大后减小的趋势，当钼尾矿砂掺量为40%时，UHPC的扩展度最大，为616 mm，工作性能最好；在标准养护条件下，随着钼尾矿砂掺量的增加，各龄期UHPC的抗压强度均呈不同程度的下降；在90 ℃蒸养3 d条件下，UHPC的抗压强度随着掺量的增加呈先上升后下降的趋势，当钼尾矿砂掺量小于40%时，UHPC的抗压强度上升至峰值，相较于钼尾矿砂掺量为0%时提高了6.5%；对于UHPC抗折强度而言，无论是标准养护或蒸汽养护方式，随着钼尾矿砂掺量的增加，UHPC的抗折强度均是下降的；随着钼尾矿砂掺量的增加，UHPC的抗氯离子渗透性能及干燥收缩性能均呈先提高后降低的趋势，当钼尾矿砂掺量为40%时，UHPC的抗氯离子渗透性能及干燥收缩性能最佳。关键词：钼尾矿砂；超高性能混凝土；力学性能；干燥收缩；抗氯离子渗透Study on the Effect of Molybdenum Tailings Content on the Performance of Ultra-high Performance Concrete Abstract: This paper describes the preparation of ultra-high performance concrete (UHPC) by grinding molybdenum tailings into molybdenum tailings sand instead of quartz sand in UHPC, and investigates the influence of molybdenum tailings sand on the workability, mechanical properties, chloride ion penetration resistance, and drying shrinkage performance of UHPC. The results show that with the increase of molybdenum tailings content, the expansion degree of UHPC shows a trend of first increasing and then decreasing. When the molybdenum tailings content is 40%, the expansion degree of UHPC is the highest, at 616 mm, and the working performance is the best; under standard curing conditions, as the content of molybdenum tailings increases, the compressive strength of UHPC at different ages decreases to varying degrees; under the condition of steam curing at 90 ℃ for 3 days, the compressive strength of UHPC shows a trend of first increasing and then decreasing with the increase of dosage. When the dosage of molybdenum tailings is less than 40%, the compressive strength of UHPC rises to its peak, which is 6.5% higher than when the dosage of molybdenum tailings is 0%; for the flexural strength of UHPC, whether it is standard curing or steam curing, the flexural strength of UHPC decreases with the increase of molybdenum tailings content; with the increase of molybdenum tailings content, the resistance to chloride ion penetration and drying shrinkage performance of UHPC show a trend of first increasing and then decreasing. When the molybdenum tailings content is 40%, the resistance to chloride ion penetration and drying shrinkage performance of UHPC is the best.Key words: Molybdenum tailings; ultra-high performance concrete; mechanical performance; dry shrinkage; chloride penetration resistance收稿日期：2023-11-9第一作者：周立红，1982年生，高级工程师，主要从事钢结构及超高性能混凝土新材料相关研究工作，E-mail：*****************试验研究Experimental Research

偏高岭土对水泥土强度影响的试验研究(一)

偏高岭土对水泥土强度影响的试验研究(一)

偏高岭土对水泥土强度影响的试验研究(一)

偏高岭土对水泥土强度影响的试验研究

1. 研究背景

• 偏高岭土在工程领域的应用逐渐增多

• 水泥土是一种常用的基础材料

• 研究偏高岭土对水泥土强度的影响具有重要意义

2. 研究目的

• 探究偏高岭土掺量对水泥土强度的影响

• 分析不同掺量下水泥土的工程性能

3. 实验设计

• 选取一定比例的偏高岭土掺入水泥土中

• 设计不同掺量的实验组，并设置对照组

• 进行压缩试验、抗弯试验和抗渗试验等

4. 实验结果与分析

• 偏高岭土掺量对水泥土强度产生了一定影响

• 随着偏高岭土掺量的增加，水泥土的抗压强度逐渐降低 • 抗弯强度也受到一定程度的影响，但相对较小

• 抗渗性能方面，偏高岭土的掺入可提高水泥土的抗渗性

5. 结论

• 偏高岭土的掺入对水泥土的强度产生了明显的影响

• 适量的偏高岭土掺入可以改善水泥土的抗渗性能

• 在工程中需合理控制偏高岭土的掺量，以综合考虑强度和工程性能

6. 讨论与展望

• 本研究为偏高岭土掺入水泥土的强度影响提供了一定的实验数据

• 可进一步研究其他参数对水泥土强度的影响

• 探索优化水泥土配合比，提高工程性能

7. 参考文献

• [参考文献1]

• [参考文献2]

• [参考文献3]

适用于水下混凝土结构的高性能注浆修补材料的抗氯离子渗透性能试验研究

适用于水下混凝土结构的高性能注浆修补材料的抗氯离子渗透性能试验研究

２００８年第１２期（总第２３０期）　Ｎｕｍｂｅｒ　１２　ｉｎ　２００８（Ｔｏｔａｌ　Ｎｏ．２３０）　混　凝　土　

Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　理论研究　ＴＨＥＯＲＥＴＩＣＡＬ　ＲＥＳＥＡＲＣＨ　

适用于水下混凝土结构的高性能注浆修补材料的　

抗氯离子渗透性能试验研究　

黄淑贞。弓国军　（广东省电力设计研究院，广东广州５１０６６３）　

摘要：　氯离子抗渗性是评价混凝土耐久性的重要指标，运用氯离子渗透率测定仪测定已初步制备出的一种适用于水下混凝土结构裂　

缝的高性能注浆修补材料的有效性，试验方案是分别对两组试块：Ｃ２０和Ｃ５０试块，在无缝状态，人为制造裂缝状态以及用注浆料修补后　的状态等三种情况下进行测量，从而判定其能否恢复结构的抗渗透性及耐久性。试验表明，所设计的修补注浆材料能有效地修补试块中的　

裂缝，使其抗渗透性得到提高，从而提高试块的耐久性。　

关键词：注浆；修补；水下混凝土；抗渗性　中图分类号：ＴＵ５２８．０１　文献标志码：　Ａ　文章编号：　１００２—３５５０（２００８）１２—００１１—０４　

Ａｎ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｔｏ　ｐｅｎｅｔｒａｂｉｌｔｙ　ｏｆ　ａ　ｈｉｇｈ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｇｒｏｕｔ　

ｆｏｒ　ｒｅｐａｉｒｉｎｇ　ｃｒａｃｋｓ　ｉｎ　ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　

ＨＵｎＧＳｈｕ－ｚｈｅｎ，ＧＯＮＧＧｕｏ－ｊｕｎ　（Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　５　１　０６６３，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｔｏ　ｐｅｎｅｔｒａｂｉｌｉｔｙ　ｉｓ　ｏｎｅ　ｏｆｔｈｅ　ｍｏｓｔ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｇｕｉｄｅｌｉｎｅ　ｆｏｒ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ．ＰＲＯＯＶＥ’ｉｔ　ｃｈｌｏｒｉｄｅ　ｉｏｎ　ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ　ｔｅｓｔ－　ｉｎｇ　ｍａｃｈｉｎｅ　ｗａｓ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｃｈｅｃｋ　ｏｕｔ　ｔｈｅ　ｖａｌｉｄｉｔｙ　ｏｆｔｈｅ　ｎｅｗ　ｔｙｐｅ　ｏｆｈｉ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｇｒｏｕｔ　ｐｒｅｐａｒｅｄ　ｂｙ　ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ，ｗｈｉｃｈ　ｃｏｕｌｄ　ｂｅ　ｍａｎａｇｅｄ　ｔｏ　ｒｅ—