高摻量粉煤灰對混凝土抗凍性能的實驗研究

孟 宗

（辛集市通暢混凝土有限公司，辛集 052300）

混凝土的凍融破壞是北方地區(qū)常出現(xiàn)的耐久性問題［1］。粉煤灰是煤粉爐煙道中收集的粉末，是一種工業(yè)廢渣，如不合理利用，不僅污染環(huán)境，還會造成大量浪費。因此，如何合理使用粉煤灰，在現(xiàn)實中，有重大意義。在實際應(yīng)用中，混凝土工程由于各方面因素的影響，其性能都可能發(fā)生改變，特別是在北方的大環(huán)境中，混凝土的抗凍性能的優(yōu)劣，直接影響其使用壽命。由于粉煤灰的摻入改善了混凝土的內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)，使孔細化，導致冰點降低，使凍孔數(shù)量減少［2］。因此，粉煤灰合理取代部分水泥后，不僅降低水化熱，混凝土抗凍性也可達到甚至超越不摻粉煤灰混凝土的抗凍水平，后期強度較高，并且大大節(jié)約了水泥用量，達到節(jié)約生產(chǎn)成本，產(chǎn)生經(jīng)濟效益和社會效益的目的。不同摻量粉煤灰對混凝土各項性能影響不同［3］，文章重點研究高摻量粉煤灰對混凝土抗凍性能的影響，通過試驗研究討論粉煤灰的實效性，并確定粉煤灰的相對最佳使用量。

1 粉煤灰對混凝土抗凍性能實驗

1）水泥：金隅鼎鑫水泥廠生產(chǎn)的普通水泥，等級強度42.5，密度3.06g/cm3.

2）減水劑：TB－16聚羧酸高性能減水劑，非引氣型。

3）粉煤灰：F類Ⅱ級粉煤灰，其質(zhì)量指標如表1所示。

表1 粉煤灰質(zhì)量指標

4）細骨料：靈壽砂，Ⅱ區(qū)中砂，細度模數(shù)為2.6，表觀密度為2 610kg/m3

5）粗骨料：井陘山碎石，粒徑5～20mm，表觀密度2 740kg/m3

6）水：標準飲用水。

試驗配合比如表2所示，以國家標準（GB/T 50082—2009）《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》為依據(jù)，將混凝土試件在水凍水融條件下，以經(jīng)歷快速凍融的循環(huán)次數(shù)來表示混凝土的抗凍性能。混凝土試件為尺寸100mm×100mm×400mm的棱柱體，每3塊為一組。成型24h后拆模，在標準養(yǎng)護室內(nèi)養(yǎng)護24d，取出后在（20±2）℃水中浸泡4d，浸泡時，液面高出試件頂面20～30mm。最后按要求放入凍融試驗箱中，開始進行凍融循環(huán)試驗，通過混凝土試件質(zhì)量損失和混凝土相對動彈性模量來評價混凝土的抗凍性能好壞。

表2 混凝土試驗配合比

2 結(jié)果與討論

試驗結(jié)果如表3、表4、表5及圖1所示。

表3 混凝土質(zhì)量損失結(jié)果

表4 混凝土相對彈性模量結(jié)果

表5 混凝土耐久性系數(shù)

由表3可知，試驗隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，整體上，混凝土A、B、C、D、E質(zhì)量損失都是增加的，只是質(zhì)量損失速度不同。其中，混凝土B與混凝土A質(zhì)量損失速度較為接近，混凝土C、D、E質(zhì)量損失速度較快。

由表4可知，試驗隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，整體上，混凝土A、B、C、D、E相對動彈性模量均下降。其中，動彈性模量下降速度最慢的為混凝土B，并且優(yōu)于基準混凝土A；混凝土C，D動彈性模量下降趨勢與基準混凝土A接近，但差于基準混凝土A；混凝土E動彈性模量下降速度最快，是混凝土A、B、C、D、E中最差的。

由圖1可知，在混凝土A，B，C，D，E中，混凝土B的耐久性系數(shù)最大，為17.6，是基準混凝土A耐久性系數(shù)的177%，而混凝土C、D、E的耐久性系數(shù)均低于基準混凝土A，分別為97%、85%、45%。

在本試驗中，混凝土B耐久性系數(shù)遠遠高出基準混凝土A，這是因為其質(zhì)量損失稍微高于基準混凝土A，但是相對動彈性模量卻始終高于基準混凝土A，所以粉煤灰取代水泥量為30%時，其抗凍性不低于基準混凝土。這主要是因為粉煤灰在混凝土中發(fā)揮良好的形態(tài)效應(yīng)、活性效應(yīng)以及微集料效應(yīng)［4］。

相對來說，本試驗中，混凝土C，D，抗凍性能較差，混凝土E最差，這是因為粉煤灰在混凝土中發(fā)揮作用進行水化反應(yīng)需要分兩步進行，其中的二次水化反應(yīng)是在水泥水化反應(yīng)的基礎(chǔ)上發(fā)生的，所以粉煤灰取代量越大，水泥水化產(chǎn)物相對越少，二次水化的水化產(chǎn)物相應(yīng)減少，水化產(chǎn)物的總量減少，并且那時（28d齡期）粉煤灰的有效活性并未完全發(fā)揮，且構(gòu)成水泥石最重要的組成部分就是水化產(chǎn)物，所以水化產(chǎn)物減少導致混凝土的密實性變差。其次，隨著粉煤灰摻量的增加，在相同水膠比下，水泥漿體體積增大，降低了單位體積內(nèi)的含氣量，影響了混凝土的抗凍融性能［5］。再次，當粉煤灰過量取代水泥時，混凝土中粗、細集料相對減少，但是，粉煤灰顆粒較細，不能使粗骨料中的空隙完美地被細骨料填充，出現(xiàn)級配斷層，降低混凝土密實性?；炷撩軐嵭韵陆担炷量箖鲂宰儾?。

3 結(jié) 論

a.隨著粉煤灰取代水泥量的增加，混凝土試件凍融次數(shù)越高，混凝土的質(zhì)量損失越大，混凝土相對動彈性模量越低。

b.當粉煤灰取代水泥量為30%時，耐久性系數(shù)最大，約為基準混凝土的177%，隨著粉煤灰摻量的增加，混凝土耐久性系數(shù)降低，低于基準混凝土。

c.北方抗凍型混凝土中粉煤灰摻量不宜超過30%。

［1］ 沈旦申.粉煤灰混凝土［M］.北京：中國鐵道出版社，1989.

［2］ 馬志霞.不同摻量粉煤灰混凝土強度試驗研究［J］.河北建筑科技學院學報，2005（12）.

［3］ 張承志.商品混凝土［M］.化學工業(yè)出版社，2010.

［4］ 錢覺時.粉煤灰特性與粉煤灰混凝土［M］.科學出版社，2001.

［5］ 王愛勤.粉煤灰三大效應(yīng)及其在三峽工程中的應(yīng)用［D］.東南大學，1999.