油菜秸稈灰分混凝土抗硫酸鹽的侵蝕性能

黃偉，劉保華,2*，齊臻，易督航，鄧?yán)?.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 4028；2.湖南省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備工程技術(shù)研究中心，湖南 長(zhǎng)沙 4028)

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油菜秸稈灰分混凝土抗硫酸鹽的侵蝕性能

黃偉1，劉保華1,2*，齊臻1，易督航1，鄧?yán)?
(1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410128；2.湖南省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備工程技術(shù)研究中心，湖南 長(zhǎng)沙 410128)

摘 要：用油菜秸稈灰分等量替代5%、10%、15%、20% 和25%的水泥，在水膠比分別為0.4、0.45、0.5下制作油菜秸稈灰分混凝土試件，采用全浸泡方式進(jìn)行混凝土的抗硫酸鹽侵蝕試驗(yàn)，通過(guò)對(duì)試件變形、質(zhì)量損失和抗壓強(qiáng)度的測(cè)試，考察油菜秸稈灰分混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性能。結(jié)果表明：水膠比0.4的油菜秸稈灰分混凝土的抗硫酸鹽侵蝕能力強(qiáng)于水膠比0.5 的；當(dāng)水膠比為0.45，油菜秸稈灰分摻量15%時(shí)，油菜秸稈灰分混凝土抗硫酸鹽侵蝕能力較普通混凝土增強(qiáng)約46%。

關(guān) 鍵 詞：油菜秸稈灰分混凝土；硫酸鹽侵蝕；質(zhì)量損失；抗壓強(qiáng)度

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外界硫酸根離子易滲入到混凝土內(nèi)部并與水化產(chǎn)物Ca(OH)2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成膨脹性物質(zhì)，導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂、剝落[1–3]，影響混凝土的耐久性[4–7]，因此，減少混凝土中Ca(OH)2的含量是提高混凝土抗硫酸鹽侵蝕能力的關(guān)鍵。牛全林[8]研究表明，環(huán)境中具有水硬活性的物質(zhì)如活性SiO2和活性Al2O3，與水泥水化過(guò)程中產(chǎn)生的Ca(OH)2發(fā)生二次反應(yīng)，會(huì)生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣凝膠，填充在混凝土的孔隙中，一方面可減少混凝土中Ca(OH)2的含量，另一方面可提高混凝土的密實(shí)性，減少硫酸根離子進(jìn)入混凝土內(nèi)部。劉巧玲等[9]、張強(qiáng)等[10]研究表明，油菜秸稈通過(guò)水洗處理，經(jīng)500 ℃煅燒5 h后所得灰分，SiO2含量達(dá)到61.76%，具有較好的水硬活性。基于水膠比也是影響混凝土抗侵蝕能力的重要因素[11–13]，筆者嘗試用油菜秸稈灰分等量替代0～25%的水泥，通過(guò)調(diào)控水膠比，研究油菜秸稈灰分混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性能，現(xiàn)將結(jié)果報(bào)道如下。

1　材料與方法

1.1材料

油菜秸稈灰分采用湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗(yàn)基地湘雜油1613號(hào)油菜秸稈，通過(guò)水洗，在500 ℃下高溫煅燒5 h，過(guò)150 μm篩制得。秸稈灰分表觀(guān)密度2.98 g/cm3，SiO2含量61.76%。

使用湖南紅獅建材有限公司生產(chǎn)的復(fù)合硅酸鹽水泥，強(qiáng)度為P·C32.5(旋窯)。

5%的Na2SO4溶液采用西隴化工股份有限公司生產(chǎn)的無(wú)水硫酸鈉配制。

骨料：細(xì)骨料為河砂，人工級(jí)配，細(xì)度模數(shù)為2.75，屬中砂，含泥量小于1%；粗骨料為卵石，最大粒徑為20 mm，連續(xù)級(jí)配。

混凝土拌合水、養(yǎng)護(hù)水均為自來(lái)水。

1.2方法

參照J(rèn)CJ55—2011， 設(shè)計(jì)水膠比為0.4、0.45、0.5，以油菜秸稈灰分等量替代5%、10%、15%、20%、25%水泥，制作尺寸為100 mm×100 mm×100 mm的混凝土試件，每組6個(gè)試件，共16組。成型后拆模放入恒溫、恒濕標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱，28 d后取出試件，放入(80±5) ℃烘箱中干燥6 h，再自然冷卻2 h，記錄試件的初始質(zhì)量。將每組3個(gè)試件移入5%的Na2SO4溶液中，進(jìn)行化學(xué)侵蝕，另3個(gè)試件放入淡水作為對(duì)照養(yǎng)護(hù)；28 d后取出試件，用鋼絲刷除去試件表面的水化產(chǎn)物，清潔腐蝕層，自然晾干后稱(chēng)取試件侵蝕后的質(zhì)量，用數(shù)顯混凝土壓力試驗(yàn)機(jī)測(cè)試水養(yǎng)護(hù)試件抗壓強(qiáng)度、硫酸鈉溶液養(yǎng)護(hù)試件抗壓強(qiáng)度，計(jì)算質(zhì)量損失和強(qiáng)度損失[9]。依據(jù)GB/T50082—2009，從表觀(guān)變化、質(zhì)量損失和抗壓強(qiáng)度3個(gè)方面考察油菜秸稈灰分混凝土的抗硫酸鹽侵蝕能力。

2　結(jié)果與分析

2.1油菜秸稈灰分混凝土硫酸鹽侵蝕后的表觀(guān)變化

同一水膠比下，隨著油菜秸稈灰分摻量的增加，混凝土試塊顏色由深變淺。水膠比0.4、油菜秸稈灰分摻量20%的混凝土，經(jīng)硫酸鹽侵蝕后，除了棱角受到輕微破壞外，表面基本保持完整(圖1–1)；水膠比為0.45，油菜秸稈灰分摻量為20%的混凝土，經(jīng)硫酸鹽侵蝕后出現(xiàn)1條粗大的裂縫，邊緣骨料出現(xiàn)部分脫落現(xiàn)象(圖1–2)；水膠比為0.5，油菜秸稈灰分摻量為25%的混凝土，經(jīng)硫酸鹽侵蝕后，嚴(yán)重開(kāi)裂(圖1–3)。

圖1　油菜秸稈灰分混凝土硫酸鹽侵蝕后的開(kāi)裂情況Fig.1 The cracking situation of the rape straw doped ash content concrete after erosion

比較各試塊表觀(guān)破壞情況，水膠比在0.4、0.45、0.5時(shí)，水膠比越小，抗硫酸鹽侵蝕性能越強(qiáng)。

2.2油菜秸稈灰分混凝土硫酸鹽侵蝕后的質(zhì)量損失

表1結(jié)果表明，油菜秸稈灰分摻量在15%時(shí)，混凝土試塊受硫酸鈉溶液侵蝕，質(zhì)量損失較??；當(dāng)油菜秸稈灰分摻量超過(guò)15%時(shí)，試塊的質(zhì)量損失增大。在同一水膠比下，秸稈灰分摻量為15%試件質(zhì)量損失較小，水膠比0.45時(shí)，秸稈灰分摻量15%時(shí)，質(zhì)量損失僅為0.5%；秸稈灰分摻量超過(guò)20%時(shí)，質(zhì)量損失達(dá)到1%。秸稈灰分摻量在15%時(shí)，水膠比0.4的混凝土質(zhì)量損失為0.75%，水膠比0.5的為1%，質(zhì)量損失均小于其他油菜秸稈灰分摻量的混凝土。由質(zhì)量損失分析可知，油菜秸稈灰分能有效提高混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能，且摻量為15%時(shí)，混凝土抗侵蝕能力最強(qiáng)。

表1　不同油菜秸稈灰分摻量混凝土硫酸鹽侵蝕的質(zhì)量損失Table 1　Mass loss of the ash concretes with different rape straw content after erosion

2.3油菜秸稈混凝土硫酸鹽侵蝕后的強(qiáng)度變化

由表2可知，混凝土抗壓強(qiáng)度隨油菜秸稈灰分摻量的增加而降低，當(dāng)灰分摻量低于15%時(shí)，混凝土的實(shí)際抗壓強(qiáng)度仍然高于設(shè)計(jì)強(qiáng)度值。油菜秸稈灰分摻量在10%以?xún)?nèi)，同等摻量的混凝土，抗壓強(qiáng)度隨水膠比的增大而加強(qiáng)。

表2　不同秸稈灰分摻量混凝土試塊的抗壓強(qiáng)度Table 2　Mass loss of the ash concretes with different rape straw content after erosion

由表3可知，硫酸鹽溶液侵蝕后，混凝土的強(qiáng)度損失率隨秸稈灰分摻量的增加呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì)。油菜秸稈灰分摻量為15%，混凝土強(qiáng)度損失最小。水膠比0.4時(shí)，強(qiáng)度損失最小，為1.6%；水膠比為0.45時(shí)，強(qiáng)度損失為1.5%；水膠比為0.5時(shí)，強(qiáng)度損失3.1%。由強(qiáng)度損失可知，水膠比為0.45，油菜秸稈灰分摻量15%時(shí)，混凝土抗侵蝕性能最佳，且較普通混凝土增強(qiáng)約46%。

表3　不同秸稈灰分摻量混凝土試塊的抗壓強(qiáng)度損失率Table 3　The loss percentage of compressive strength for the ash concretes with different rape straw content after erosion

3　結(jié)論

水膠比為0.4、0.45、0.5時(shí)，水膠比越小，油菜秸稈灰分混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性能越強(qiáng)。等量摻入15%油菜秸稈灰分替代水泥，能夠獲得最佳抗硫酸鹽侵蝕效果。

在油菜秸稈灰分最佳摻量為15%，水膠比為0.45時(shí)，混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能較普通混凝土增強(qiáng)約46%。

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責(zé)任編輯：羅慧敏英文編輯：吳志立

Erosion resistance on the sulfate for the rape straw doped ash concretes

Huang Wei1，Liu Baohua1,2*，Qi Zhen1，Yi Duhang1，Deng Li1
(1.College of Engineering, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China; 2.Hunan Provincial Engineering Technology Research Center for Modern Agricultural Equipment, Changsha 410128, China)

Abstract:A series of ash concretes with 5%, 10%, 15%, 20% and 25% rape straw was used to make the test samples with the water-binder ratio of 0.4, 0.45, and 0.5. The deformation, mass lost, and compressive strength of the samples were detected to evaluate the erosion resistance by the sulfate erosion test with complete soaking treatment. The results indicated that the ash concrete with water-binder ratio of 0.4 have the high resistance to sulfate erosion than that with water-binder ratio of 0.5. For the 15% rape straw doped ash concretes with water-binder ratio of 0.45, the resistance to sulfate erosion increased 46% than the normal concretes.

Keywords:rape straw doped ash concrete; sulfate erosion; mass loss; compressive strength

中圖分類(lèi)號(hào)：TU528.33

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1007?1032(2016)02?0222?03

收稿日期：2015–12–19 修回日期：2016–01–18

基金項(xiàng)目：湖南省政府重大專(zhuān)項(xiàng)(湘府閱[2012]35號(hào))；湖南省教育青年基金項(xiàng)目(15B108)

作者簡(jiǎn)介：黃偉(1989—)，男，湖南益陽(yáng)人，碩士研究生，主要從事新型建筑材料研究，937118796@qq.com；*通信作者，劉保華，副教授，主要從事農(nóng)業(yè)廢棄物在建筑材料中的應(yīng)用、土木工程結(jié)構(gòu)理論研究，bhliu@hunau.edu.cn