超摻量粉煤灰混凝土的耐久性研究

譚學(xué)生

（中國(guó)水利水電第十二工程局施工科學(xué)研究所 浙江 建德 311600）

0 前言

粉煤灰是工業(yè)廢棄料，俗稱“工業(yè)三廢”，合理利用粉煤灰可以減少污染保護(hù)環(huán)境， 本文對(duì)超摻量粉煤灰混凝凝土（25%－35%）的物理性能和耐久性進(jìn)行試驗(yàn)研究，通過激發(fā)劑和引氣高效減水劑的使用，改變混凝土的抗凍、抗硫酸鹽侵蝕、抗沖磨等耐久性能。

1 試驗(yàn)用原材料及混凝土配合比

1.1 原材料

試驗(yàn)用水泥為富陽(yáng)山亞南方水泥有限公司產(chǎn)P·O42.5級(jí)水泥；粉煤灰為寧波北侖電廠Ⅰ級(jí)粉煤灰；細(xì)集料采用桐廬本地的河砂， 細(xì)度模數(shù)2.6； 粗骨料采用桐廬中山的碎石（5～31.5mm）； 外加劑采用山西黃騰外化工有限公司生產(chǎn)的HT－YQ 引氣型高效減水劑，粉煤灰活性激發(fā)劑采用自制無(wú)機(jī)鹽復(fù)配的活性激發(fā)劑J－1。

1.2 混凝土配合比

配合比設(shè)計(jì)如下，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，粉煤灰摻用超量替代，超量系數(shù)為1.1，設(shè)計(jì)混凝土坍落度為90±10mm。

表1 試驗(yàn)用混凝土配合比（單位：kg/m3）

2 混凝土力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果和分析

由表2 可見在水膠比保持不變的情況下，混凝土的強(qiáng)度變化隨著粉煤灰的摻量的增加而略微有所降低，對(duì)于有摻加無(wú)機(jī)鹽復(fù)配的活性激發(fā)劑的粉煤灰混凝土，其早期強(qiáng)度較普通粉煤灰混凝土要高，但是還是略低于普通混凝土，后期強(qiáng)度影響不大。

表2 混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

3 混凝土耐久性能試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 超摻量粉煤灰混凝土的抗凍融性能試驗(yàn)

表3 快凍法試驗(yàn)試驗(yàn)結(jié)果

由表3 可以看出，100 次凍融循環(huán)下的混凝土的動(dòng)彈模量下降至38%，抗凍性能差；引氣劑的摻加，極大的改善了混凝土的抗凍性能，大量的氣泡的形成，阻隔了毛細(xì)孔之間相互連通，極大地消解了混凝土內(nèi)部產(chǎn)生的拉應(yīng)力，同時(shí)氣泡連接毛細(xì)孔壁產(chǎn)生的微笑裂縫后，可減少裂縫尖端的應(yīng)力集中效應(yīng)，遲滯裂縫的擴(kuò)展和連通。 同時(shí)隨著粉煤灰摻量的增加混凝土抗凍性能降低， 這是因?yàn)閾郊臃勖夯业幕炷?，早期粉煤灰的水化反?yīng)緩慢，對(duì)水泥石的結(jié)構(gòu)沒有改善，降低了水泥石對(duì)應(yīng)力的抵抗能力。 而摻加活性激發(fā)劑后，混凝土的早期強(qiáng)度提高較未摻加激發(fā)劑的粉煤灰混凝土早期強(qiáng)度高， 這說(shuō)明粉煤灰在激發(fā)的作用下改善了混凝土的孔結(jié)構(gòu)，減少了孔隙，阻斷了部分連通孔，降低了游離水在凍結(jié)時(shí)產(chǎn)生的膨脹應(yīng)力和滲透壓力，改善了混凝土的抗凍性能。

3.2 超量粉煤灰混凝土的抗?jié)B性能

表4 混凝土抗?jié)B性試驗(yàn)結(jié)果

由表4 可以看出，對(duì)于粉煤灰和引氣型高效減水劑雙摻的混凝土而言，其抗?jié)B性能有了明顯的提高。 尤其是摻加活性激發(fā)劑的高摻量粉煤灰混凝土， 其28 天抗?jié)B性能表現(xiàn)非常好，優(yōu)質(zhì)粉煤灰和高效減水劑的使用可以降低混凝土用水量，改善混凝土拌合物的和易性，提高混凝土的密實(shí)性，減少其內(nèi)部的孔隙數(shù)量和孔徑，由于粉煤灰的填充作用，還大大的減少了混凝土由于泌水而引起的連通孔的數(shù)量，從而提高了混凝土密實(shí)性，進(jìn)而提高混凝土的抗?jié)B性能。 同時(shí)表4 中的平均滲透高度可以看出，對(duì)于摻加了同時(shí)激發(fā)劑和粉煤灰的混凝土來(lái)說(shuō)，其抗?jié)B性能明顯高于普通混凝土，而且隨著齡期的增長(zhǎng)這類混凝土混凝土的抗?jié)B性能還會(huì)增加。

3.3 抗硫酸鹽類試驗(yàn)結(jié)果及分析

表5 抗硫酸鹽類試驗(yàn)結(jié)果

由表5 的強(qiáng)度變化率可以看出，粉煤灰混凝土抗硫酸鹽侵蝕性較普通混凝土的抗硫酸鹽性能有明顯的提高, 尤其是參量達(dá)到30%左右時(shí)抗硫酸鹽侵蝕性能最好, 對(duì)于同時(shí)摻入活性激發(fā)劑和粉煤灰的混凝土而言，其抗侵蝕性能較單摻粉煤灰的混凝土也有提高。 這是由于粉煤灰的火山灰反應(yīng)，大大降低了水泥混凝土中的氫氧化鈣的含量，同時(shí)由于粉煤灰填充效應(yīng)改善了混凝土內(nèi)部的孔結(jié)構(gòu)和分布，也起到了抵抗硫酸鹽侵蝕的作用。

3.4 抗沖磨性能試驗(yàn)結(jié)果及分析

表6 抗沖磨性能試驗(yàn)結(jié)果

一般來(lái)說(shuō)，混凝土的耐磨蝕性能隨著混凝土抗壓強(qiáng)度的變化而變化，選用硬質(zhì)耐磨骨料和摻用微珠含量高的優(yōu)質(zhì)粉煤灰也會(huì)提高混凝土的抗沖耐磨性能。 由表6 可以看出，粉煤灰混凝土的磨損率是隨著粉煤灰摻量的增加而增加，粉煤灰混凝土與普通混凝土相對(duì)比，摻量在一定范圍時(shí)其抗磨損性能有所提高，通過試驗(yàn)可以看出，30%摻量的粉煤灰混凝土與普通混凝土的抗沖磨性能接近，而摻加了激發(fā)劑之后，30%摻量的混凝土的抗沖磨性能有了明顯的提高，考慮到粉煤灰混凝土后期強(qiáng)度的增長(zhǎng)，混凝土的抗沖磨性能仍然會(huì)有一定的提高。

4 結(jié)論

4.1 超摻量粉煤灰混凝土早期強(qiáng)度低，后期強(qiáng)度高，摻有激發(fā)劑的粉煤灰混凝土，早期強(qiáng)度發(fā)展較快，接近普通混凝土。

4.2 超摻量粉煤灰混凝土在摻加引起減水劑后其抗?jié)B性和抗凍性明顯提高。

4.3 超摻量粉煤灰混凝土在抗硫酸鹽侵蝕性能上明顯高于普通混凝土， 尤其是粉煤灰在激發(fā)劑的作用下活化之后，其抗?jié)B性能更好。

4.4 超摻量粉煤灰混凝土的粉煤灰含量小于30%時(shí)， 其抗沖磨性能高于普通混凝土，經(jīng)激發(fā)劑活化后，抗沖磨性能明顯提高。

總之， 超摻量粉煤灰混凝土可以改善混凝土的和易性，對(duì)混凝土的孔隙起到填充和阻斷的作用，有效的減少了混凝土的徐變，加強(qiáng)混凝土的抗凍性能、抗沖磨性能和抗硫酸鹽侵蝕的性能，提高混凝土的質(zhì)量，延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的使用壽命。