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混凝土结构的耐久性，是指混凝土结构在外部环境和自身内部因素作用下，在设计使用期内保持其安全、正常使用和整体外观要求的能力。它是钢筋混凝土可靠性（安全性、适用性、耐久性）中目前研究最少的一个环节。混凝土的耐久性主要指抗冻性，抗渗性，抗碳化，抗裂缝，碱集料反应等。不同的矿物细掺料对混凝土耐久性有不同的影响，下面主要介绍粉煤灰、石灰石粉、矿渣粉对混凝土耐久性的影响。1. 粉煤灰 1.1 粉煤灰的概念 粉煤灰是从煤燃烧后的烟气中收集下来的细灰，是燃煤电厂排出的主要固体废物，是我国当前排量较大的工业废渣之一，随着电力工业的发展，燃煤电厂的粉煤灰排放量逐年增加。大量的粉煤灰不加处理，就会产生扬尘，污染大气；若排入水系会造成河流淤塞，而其中的有毒化学物质还会对人体和生物造成危害。其主要的氧化物组成为：SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2等。如果能将其用于混凝土中，不仅能减少对环境的污染，还能改善混凝土的性能，一举两得。1.2 粉煤灰改善混凝土耐久性的作用机理1.2.1 抗冻性混凝土的抗冻性是指混凝土在低温寒冷环境中使用，长期经受冻融循环作用，能保持其强度、正常使用和外观要求的能力。它是混凝土耐久性指标之一。如果在混凝土中掺入适量的粉煤灰来代替等量的水泥则可以有效地提高混凝土的抗冻性，从而达到提高混凝土的耐久性。主要的作用机理表现在以下方面：（1）活性效应固定了氢氧化钙，使之不致于因浸析而扩大冰冻劣化所产生的孔隙；（2）形态效应减少用水量，从而减少孔隙和毛细孔；（3）填充效能细化孔隙，减少混凝土中的空气和水分，从而较好地改善混凝土的抗冻性。1.2.2 抗渗性混凝土的抗渗性是指在水环境中使用，混凝土材料自身抵抗压力水渗透其中的能力。粉煤灰的火山灰效应会产生水化硅酸钙，它填充于混凝土中的毛细孔隙，改善了混凝土的孔结构，提高了密实度，阻塞渗透通道，增强混凝土的抗渗能力。1.2.3 碱集料反应混凝土的碱集料反应分为碱-硅酸反应和碱-碳酸反应两种，它被称作‘混凝土癌症’。主要是指混凝土中的碱活性物质与孔隙溶液中的钠、钾离子反应，生成碱-硅凝胶，其在吸水后膨胀，产生压力，压力过大后致使混凝土开裂。而在混凝土中掺入粉煤灰后能降低混凝土的碱性，从而抑制碱集料反应。2. 石灰石粉 2.1 石灰石粉的概念石灰石粉是指在生产粗骨料和砂的过程中，产生的一种粉末，以CaC03为主要成分。大量的石粉如不加以利用，不但浪费了资源，而且污染环境。若掺入混凝土中，则可以改善其耐久性。2.2 石灰石粉改善混凝土耐久性的作用机理2.2.1 抗冻性和抗渗性石灰石粉的活性效应指两个方面内容：石灰石粉中的CaC03与铝盐反应和石灰石粉中的CaC03与水泥水化反应的产物Ca(OH)2反应。石灰石粉的掺入，使得硫铝酸盐的生成减慢，而碳铝酸盐的生成更快了，因为碳铝酸盐更加稳定。生成的水化碳铝酸盐与其它水化产物相互联接，混凝土的密实度提高了，孔隙细化了，从而提高了混凝土的抗冻性和抗渗性，改善其耐久性。2.2.2 抗碳化混凝土碳化是指空气中CO2通过裂缝渗透到混凝土中，与碱性物质发生化学反应后生成碳酸盐和水，使混凝土碱度降低的过程。当石灰石粉的掺入量很小时，由于CaC03与Ca(OH)2会发生反应，反而会加速混凝土的碳化。但是当石灰石粉的掺入量在30%时，比表面积增大，混凝土强度增加，结构更加密实，碳化深度就小了，从而提高了混凝土的抗碳化能力。3. 矿渣粉3.1 矿渣粉的概念矿渣粉是高炉炼铁的炉渣的简称，在高炉炼铁过程中，生成了以硅酸盐和硅铝酸盐为主要成分的熔融物，从排渣口排出，经过空气和水急冷处理，形成的粒状颗粒物，再经干燥、粉磨，达到相当细度且符合相当活性指数的粉体，是一种混凝土掺合料。3.2 矿渣粉改善混凝土耐久性的作用机理3.2.1 抗渗性矿渣粉的主要成分有SiO2和Al2O3，它们有较好的活性，能与水泥水化产物Ca(OH)2发生反应，生成水化硅酸盐产物，填充于混凝土的孔隙中，大幅度地提高混凝土的密实度，优化孔细结构，减小孔隙尺寸，使混凝土形成了密实填充结构，从而达到改善混凝土的抗渗透能力。3.2.2 抗裂缝混凝土的水泥水化反应会产生大量的水化热，而混凝土的表面和内部的热量散发快慢不同，形成较大的温差，导致混凝土因不均匀温差产生拉应力，当拉应力超过抗拉强度时就会产生裂缝。当加入矿渣粉后，其可以降低浆体的水化热，从而减小温差，达到抵抗裂缝出现效果。4. 结论 粉煤灰、石灰石粉、矿渣粉等作为活性混合料掺入到混凝土中，可以有效增加混凝土密实度，改善孔结构和水化产物性质，从而显著改善混凝土的耐久性。同时，要控制好掺入量，以便更好地发挥其作用。在今后的工程实际中，它们将会得到更加广泛的应用。参考文献：[1]钱觉时,粉煤灰特性与粉煤灰混凝土[M].北京:科学出版社,2002．[2]涂成厚,石灰石粉的应用，国外建材科技，1999年12月，第20卷，第4期.[3]陈剑雄，崔洪涛等．掺入超细石灰石粉的混凝土性能研究【J】．施工技术，2004，4(33)：39-41．[4]李景民,试论粉煤灰混凝土的耐久性[期刊论文]-科技情报开发与经济 2002(01).[5]王边,高建明,朱亚菲,周典生,须熙元;矿渣微粉对混凝土强度和耐久性影响的试验研究[J];混凝土与水泥制品;2001年05期 |
